單片機(jī)搖搖棒設(shè)計(jì)

吉林建筑工程學(xué)院城建學(xué)院電氣信息工程系自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)論文紙PAGEPAGE20第一章緒論單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)的簡(jiǎn)介單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTELi960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專(zhuān)用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。、、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元即可用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸！對(duì)于家用PC的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來(lái)運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的?？梢哉f(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成。還有一類(lèi)計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱(chēng)微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類(lèi)頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱(chēng)前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。單片機(jī)的工作過(guò)程單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過(guò)程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程，即一條條執(zhí)行的指令的過(guò)程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫(xiě)下來(lái)，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類(lèi)的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問(wèn)題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲(chǔ)功能的部件——存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元（最小的存儲(chǔ)單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房間號(hào)一樣，每一個(gè)存儲(chǔ)單元也必須被分配到唯一的地址號(hào)，該地址號(hào)稱(chēng)為存儲(chǔ)單元的地址，這樣只要知道了存儲(chǔ)單元的地址，就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個(gè)部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器PC（包含在CPU中），在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí)，給PC賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，PC在中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量由本條指令長(zhǎng)度決定，可能是1、2或3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。1.3單片機(jī)的硬件特性1、單片機(jī)集成度高。單片機(jī)包括CPU、4KB容量的ROM（8031無(wú)）、128B容量的RAM、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位并行口、全雙工串口行口。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化。3、單片機(jī)可靠性高，可工作到10^6~10^7小時(shí)無(wú)故障。4、處理功能強(qiáng)，速度快。單片機(jī)的應(yīng)用目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域。第二章?lián)u搖棒的電路分析2.1硬件電路的設(shè)計(jì)控制單元單片機(jī)以其集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗低、價(jià)格廉、使用靈活等一系列優(yōu)點(diǎn)得到迅速的發(fā)展，滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。此次設(shè)計(jì)主要采用STC89C52單片機(jī)為控制單元。STC89C52的芯片管腳圖如下圖所示：（1）組成：1、一個(gè)8位的微處理器。2、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，用以存放可以讀/寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以顯示的數(shù)據(jù)等。3、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM/EPROM，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。4、四個(gè)8位并行I/O接口P0～P3，每個(gè)口可以用作輸入，也可以用作輸出。5、兩個(gè)（或三個(gè)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。6、五（或六）個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。7、一個(gè)全雙工UART接口（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。8、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容須要外接。可以看出STC89C52RC系列單片機(jī)也是一款功能強(qiáng)大的單片機(jī)。（2）特點(diǎn)：1、增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期8051CPU。2、工作電壓：5.5V-3.4V（5V單片機(jī))/3.8V-2.0V（3V單片機(jī)）。3、工作頻率范圍：0-40MHz，相當(dāng)于普通8051的0-80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。4、.用戶應(yīng)用程序空間4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字節(jié)。5、片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM。6、通用I/O口（32/36個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。7、.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器/仿真器，可通過(guò)串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序，8K程序3秒即可完成一片。8、.EEPROM功能。9、看門(mén)狗。10、內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路(D版才有)，外部晶體20M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路。11、共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用。12、外部中斷4路：下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。13、.通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART。14、封裝：LQFP-44，PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。（3）引腳功能說(shuō)明：1、VCC——電源電壓2、GND——地3、P0口——P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接“上拉電阻”。4、P1口——P1口是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸出口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P1.0和P1.1的第二功能：a、P1.0T2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出b、P1.1T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）5、P2口——P2是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P2寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。FLASH編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。6、P3口——P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下所示：P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào))P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào))此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。7、RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。8、ALE/PROG——當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。D0置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。9、PSEN——程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)STC89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。10、EA/VPP——外部訪問(wèn)允許，欲使CPU訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址0000H-FFFFH），EA端必需保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。2.1.2電源與復(fù)位單元任何電路都離不開(kāi)電源部分，單片機(jī)也不例外，而且我們應(yīng)該高度重視電源部分，不能因?yàn)殡娫床糠蛛娐繁容^簡(jiǎn)單而有所忽略，其實(shí)有將近一半的故障或制作失敗都和電源有關(guān)，電源部分做好才能保證電路的正常工作。3節(jié)1.5V電池是最好的，電池輸出的電壓是最干凈的，不會(huì)有任何干擾波動(dòng)。本次課程設(shè)計(jì)使用的由USB口外5V電源。上電復(fù)位：保障上電時(shí)能準(zhǔn)確地啟動(dòng)系統(tǒng)。掉電復(fù)位：當(dāng)電源失效或電壓降到某一電壓值以下時(shí)，復(fù)位系統(tǒng)自動(dòng)保存數(shù)據(jù)。除上電復(fù)位和掉電復(fù)位外，很多監(jiān)控電路集成了系統(tǒng)所需的功能。電源測(cè)控：供電電壓出現(xiàn)異常時(shí)提供預(yù)警指示或中斷請(qǐng)求信號(hào)，方便系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異常處理。數(shù)據(jù)保護(hù)：當(dāng)電源或系統(tǒng)工作異常時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的保護(hù)，如保護(hù)數(shù)據(jù)備份或切換后備電池。復(fù)位電路如下圖所示：2：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘有一個(gè)11.0592MHz的晶振和兩個(gè)30PF的小電容阻成，它們決定了單片機(jī)的工作時(shí)間精度為1Us。單片機(jī)內(nèi)各部件之間有條不紊地協(xié)調(diào)工作，其控制信號(hào)是在基本節(jié)拍的指揮下按一定時(shí)間順序發(fā)出的，這些控制信號(hào)在時(shí)間上的相互關(guān)系就是CPU時(shí)序，而產(chǎn)生這種基本節(jié)拍的電路就是振蕩器和時(shí)鐘電路。STC89C52RC單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的單級(jí)反相放大器。 引腳XTAL1為反相器輸入端，XTAL2為反相器輸出端。當(dāng)在放大器兩個(gè)引腳上外接一個(gè)晶體（或陶瓷振蕩器）和電容組成的并聯(lián)諧振電路作為反饋元件時(shí)，夠成一個(gè)自激振蕩器。此振蕩器由XTAL1端向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供一定頻率的時(shí)鐘源信號(hào)。另外振蕩器的工作還可以由軟件控制，當(dāng)對(duì)單片機(jī)內(nèi)電源控制寄存器PCON中的PD位置1時(shí)，可停止振蕩器的工作，使單片機(jī)進(jìn)入省電工作狀態(tài)，此振蕩器稱(chēng)為內(nèi)部振蕩器。 單片機(jī)也可以通過(guò)外部振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路輸入固定頻率的時(shí)鐘源信號(hào)。此時(shí)，外部信號(hào)接至XTAL1端，輸入給內(nèi)部時(shí)鐘電路，而XTAL2端浮空即可。 片內(nèi)振蕩器頻率是由外接石英晶體的頻率決定的，其頻率值可在0～24MHz之間。當(dāng)頻率穩(wěn)定性要求不高時(shí)，可選用陶瓷振蕩器。 片內(nèi)振蕩器對(duì)構(gòu)成并聯(lián)諧振電路的外接電容C1和C2要求并不嚴(yán)格。外接晶體時(shí)，C1和C2的典型值為30PF左右；外接陶瓷振蕩器時(shí)，C1和C2的典型值為47PF左右。而且在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體（或陶瓷）振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得靠近單片機(jī)，以減少寄生電容，保證振蕩器的穩(wěn)定性和可靠性。內(nèi)部方式時(shí)鐘電路如下圖所示：2.1.4顯示模塊：LED顯示器具有功耗低，接口控制方便等優(yōu)點(diǎn)，而且模塊的接口信號(hào)和操作指令具有廣泛的兼容性，并能直接與單片機(jī)接口，可方便地實(shí)現(xiàn)各種不同的操作，在各類(lèi)測(cè)量及控制儀表中被廣泛的應(yīng)用。當(dāng)在LED上顯示漢字時(shí)，應(yīng)先取得漢字的點(diǎn)陣構(gòu)成數(shù)據(jù)，然后將其寫(xiě)入顯示存儲(chǔ)器中進(jìn)行顯示。搖搖棒顯示是一種通過(guò)同步控制發(fā)光二極位置和點(diǎn)亮狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖文顯示的新型顯示器，其結(jié)構(gòu)新穎，成本低廉，可視角度達(dá)360°。本設(shè)計(jì)采用16個(gè)并排發(fā)光二極管分別接單片機(jī)的P0口和P2口，利用人眼的“視覺(jué)暫留效應(yīng)”顯示文字及圖案。顯示模塊如下圖所示：設(shè)計(jì)的總電路：硬件制作注意項(xiàng);1、使用直徑為3mm的高亮LED燈焊接顯示部分，使用別的直徑的LED燈，看效果很好但近看時(shí)字不夠連貫。2、水銀開(kāi)關(guān)里的水銀珠很活躍，導(dǎo)致在接通時(shí)容易產(chǎn)生抖動(dòng)，所以將水銀開(kāi)關(guān)斜向上放置（尖尖朝斜上方45°角），靠水銀珠自身重力的作用減少抖動(dòng)。3、IC座里面隱藏元件，既美觀又能保護(hù)元件。4、底座連線部分，通過(guò)合理緊湊的布線，可以使線路更加牢固。第三章設(shè)計(jì)方案的選定3.1單片機(jī)選擇方案一：選用單片機(jī)STC89C51作為掃描顯示控制核心，由其直接控制LED線陣的顯示,并外加掃描控制開(kāi)關(guān)控制字符或圖形的掃描顯示。該方案線路簡(jiǎn)單，掃描控制開(kāi)關(guān)可選擇機(jī)械開(kāi)關(guān)或編碼開(kāi)關(guān)或水銀開(kāi)關(guān)，在基于單片機(jī)的LED顯示搖搖棒的設(shè)計(jì)，顯示棒搖擺時(shí)接通線路控制單片機(jī)掃描輸出字符或圖形的列編碼信號(hào)；單片機(jī)外另接有中斷控制按鈕用以切換不同字符或圖形的顯示，LED線陣采用普通三極管驅(qū)動(dòng)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是：?jiǎn)纹瑱C(jī)C51的端口較多，可實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)并行傳輸，速度較快，且外圍電路簡(jiǎn)單，調(diào)試較方便。缺點(diǎn)是：?jiǎn)纹瑱C(jī)使用的晶振頻率較大，軟件不易實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)數(shù)的控制。方案二：由單片機(jī)STC89C52最小系統(tǒng)、寄存器組、驅(qū)動(dòng)電路、LED線陣和電源部分組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)寄存器組驅(qū)動(dòng)電路LED線陣顯示電源，該方案通過(guò)單片機(jī)將列編碼輸入寄存器，通過(guò)寄存器組移位功能實(shí)現(xiàn)字符圖像的掃描輸出。與方案一比較，方案二中單片機(jī)所需輸出端口很少，可選用小型單片機(jī)STC89C52，不僅功能強(qiáng)，而且尺寸小，價(jià)位比較低，其數(shù)據(jù)輸出串口輸出方式，所需端口較少，編程同C51兼容，總體線路較簡(jiǎn)單，電路板占用面積?。焕眉拇嫫饕莆还δ芸奢p易實(shí)現(xiàn)顯示LED燈數(shù)量的擴(kuò)展，不僅具備方案一的大部分優(yōu)點(diǎn)，而且外圍器件更少，能耗更低，電路調(diào)試簡(jiǎn)單，故選擇方案二。3.2外部中斷信號(hào)產(chǎn)生方式通過(guò)外部中斷可以控制數(shù)據(jù)開(kāi)始傳輸?shù)臅r(shí)刻。選擇好外部中斷來(lái)源是本次制作的難點(diǎn)和重點(diǎn)。方案一：使用水銀開(kāi)關(guān)。通過(guò)搖擺使得水銀開(kāi)關(guān)中的水銀珠與兩個(gè)觸點(diǎn)接觸，利用這種接觸產(chǎn)生的電平變化來(lái)觸發(fā)中斷，結(jié)合軟件控制顯示，制作簡(jiǎn)單，使用方便。方案二：使用遮光器。在擺棒上安裝一個(gè)可以擺動(dòng)的用來(lái)遮擋光遮斷器光線的細(xì)桿，細(xì)桿每左右搖擺一次這個(gè)桿就會(huì)通過(guò)遮光器，發(fā)生電平變化。同樣通過(guò)這種電平變化，結(jié)合軟件控制顯示。本次設(shè)計(jì)的中斷時(shí)為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的單程傳輸。如果使用遮光器，其觸發(fā)單片機(jī)的時(shí)刻處于正中央，不能解決圖片因?yàn)榉祷嘏c原來(lái)圖片重疊的現(xiàn)象。而使用水銀開(kāi)關(guān)因?yàn)樵谧笥叶加杏|點(diǎn)，所以很容易在往返途中產(chǎn)生中斷，從而選擇方案一。3.3總體方案整體系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為中央控制器使用16只LED等作為顯示單元。當(dāng)水銀開(kāi)關(guān)觸發(fā)中斷時(shí)，單片機(jī)向16只LED傳送數(shù)據(jù)，依據(jù)人體額視覺(jué)暫留原理，隨著顯示棒的擺動(dòng)前進(jìn)，輸出數(shù)據(jù)的列是不會(huì)立刻消失而是隨著擺動(dòng)逐漸顯示在形成的扇形區(qū)域。在搖動(dòng)LED燈棒的時(shí)候單片機(jī)必須單程傳送數(shù)據(jù)否則顯示的圖形會(huì)產(chǎn)生重影，影響視覺(jué)效果。因此當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始通過(guò)水銀開(kāi)關(guān)中水銀的位置來(lái)使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)單程送數(shù)據(jù)給LED。在送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)送完后應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間來(lái)使搖搖棒顯示的每個(gè)字不會(huì)太擁擠。之后再立刻熄滅LED并開(kāi)始重新判斷水銀的位置。系統(tǒng)執(zhí)行的流程圖如下圖所示：N開(kāi)始系統(tǒng)初始化開(kāi)關(guān)按下?lián)Q幅標(biāo)志pic++pic>3選擇相應(yīng)畫(huà)面送數(shù)據(jù)pic歸0Led熄滅延時(shí)3.4程序的編制、運(yùn)行和調(diào)試根據(jù)指導(dǎo)老師的要求：將自己的人名通過(guò)字模軟件取模得到代碼，進(jìn)行程序的編寫(xiě)，最終使程序能夠?qū)崿F(xiàn)在晃動(dòng)搖搖棒的時(shí)候，可以蔣自己的人名顯示出來(lái)。通過(guò)畫(huà)面切換開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的切換，顯示不同的畫(huà)面。單片機(jī)程序清單見(jiàn)附錄2。設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)根據(jù)指導(dǎo)老師的要求，本次設(shè)計(jì)的最后的運(yùn)行結(jié)果:搖搖棒在左右搖擺的時(shí)候，可以清晰的顯示我們?cè)O(shè)計(jì)者的人名。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我可以熟悉地使用字模軟件。這次課程能夠得以順利完成，是所有曾經(jīng)指導(dǎo)過(guò)我的老師，幫助過(guò)我的同學(xué)，一直支持著我的家人對(duì)我的教誨、幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。我要在這里對(duì)他們表示深深的謝意！特別感謝我的指導(dǎo)老師——曲娜老師。曲老師在我程序編寫(xiě)調(diào)試過(guò)程中，給我提供了極大的幫助和指導(dǎo)。本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)完成之后，發(fā)現(xiàn)自己對(duì)于理論知識(shí)的應(yīng)用存在很大不足，對(duì)于單片機(jī)的了解也還不是很深入，今后有待改進(jìn)。參考文獻(xiàn)【1】何立民，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編(1～10)，北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2006【2】江志紅，51單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)案例精選，北京：清華大學(xué)出版社.2008【3】張友德、趙志英、涂時(shí)亮，單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)（第四版），上海：復(fù)旦大學(xué)出版社.2003附錄附錄1:搖搖棒設(shè)計(jì)的總電路附錄2：搖搖棒的程序清單#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineKEYP3^3ucharKY;uchardisp;ucharpic=0,num=0;ucharcodeyu[]={0x80,0x80,0x40,0x20,0x50,0x48,0x44,0xC3,0x44,0x48,0x50,0x20,0x40,0x80,0x80,0x00,0x00,0xFE,0x02,0x12,0x92,0x92,0x92,0xF2,0x92,0x92,0x92,0x12,0x02,0xFE,0x00,0x00,0x00,0x80,0x60,0xF8,0x07,0x00,0x10,0x98,0x54,0x93,0x10,0x10,0x54,0x98,0x30,0x00,0x00,0x40,0x22,0x1A,0x02,0x42,0x82,0x7F,0x02,0x02,0x02,0x0A,0x12,0x60,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x40,0x48,0x48,0x48,0x48,0x4F,0x48,0x4A,0x4C,0x48,0x40,0xFF,0x00,0x00,0x01,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x80,0x89,0x44,0x46,0x2B,0x12,0x2A,0x46,0x80,0x81,0x00,};ucharcodelove[]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x3F,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF8,0x0F,0x04,0x10,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x04,0x10,0xF8,0x0F,0x00,0x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