基于单片机的遥控定时计时系统接口设计论文

基于单片机的遥控定时计时系统接口设计论文内容摘要：

脚图及其引脚功能说明 硬件电路设计 第 4 页 (共 61 页 ) 图 3 AT89C51引脚图 VCC:电源电压 GND：地 PO 口： P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“ 1”可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据 存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 FLASH 编程时， P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口： P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“ 1”，通过北部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 Flash 编程和程序校验期间， P1 接收低 8 位地 址。 P2 口： P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“ 1”，通过北部的上拉电硬件电路设计 第 5 页 (共 61 页 ) 阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR 指令）时， P2 口送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX@RI 指令）时， P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（ SFR）区中 R2寄存器 的内容），在整个访问期间不改变。 Flash 编程和程序校验期间， P2 亦接收高地址和其他控制信号。 P3 口： P3 是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P3 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对 P3 口写入“ 1”时，他们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 作输入端口时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电源。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表 1 P3 口第 2 功能表 P3 口还接 收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入，当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位自己。 即使不访问外部存储器， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的，要注意的是：每当硬件电路设计 第 6 页 (共 61 页 ) 访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲 对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。 如有必要，可通过对待特殊功 能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。 PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的 PSEN 信号不出现。 EA/VPP：外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部存储器（地址为 0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 VCC 端）， CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 Flash 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 2． 2． 4 振荡时钟电路的设计 XTAL1和 XTAL2各为内部放大器的输入和输出端，在使用单片机内部振荡电路时，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容。 在使用外部时钟时，则用来输入时钟脉冲。 XTAL1 和 XTAL2 放大器可被配置为一个片内振荡器。 本设计是使用单片机内部的振荡电路，如图 4所示。 XTAL1 反向振荡器的放大器输入端和内部时钟工作电路的输入端。 XTAL2 反向振荡器的放大器输出端。 硬件电路设计 第 7 页 (共 61 页 ) 图 4 振荡时钟电路 2． 2． 5 复位电路设计 通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初始状态操作称为复位。 复位可分为上电复位和外部复位两种方式 ，如图 5 所示。 上电复位是在单片机接通电源时，对单片机的复 位。 在上电瞬间 RST/VPD 端与VCC 电位相同，随着电容上电压的逐渐上升， RST/VPD 端电位逐渐下降。 上电复位所需的最短时间是振荡器振荡建立时间的 2个机器周期。 适当选择电容 C 和电阻 R 的数值，就能使 RST 引脚上的高电平保持 2个以上的周期，实现复位操作。 复位电路的容阻参数通常取 22uF， R取 1KΩ，可在 RST/VPD 端提供足够的高电平脉冲，使 单片机能够可靠地上电自动复位。 单片机在启动或断电后，程序需要从头开始执行，机器内全部寄存器、 I/O 接口等都必须重新复位。 当 89C51 的 ALE及 PSEN 两引脚输出高电平， RST 引脚高电平到时，单片机复位。 RST/VPD 端的高电平直接由上电瞬间产生则上电复位，若通过按动按钮产生高电平复位称为外部复位。 图 5 中，上电时，刚接通电源、电容 C 相当于瞬间短路， +5V 立即加到了 RST/VPD端，该高电平 89C51 全机复位。 若运行过程中 ，需要程序从头执行只需按动按钮 K即可。 按下 K，则直接把 +5V加到了 RST/VPD 端从而复位，这就是外部复位。 C2 C1 XTAL2 XTAL1 GND 注：用晶体时 C C2=30PF177。 10PF（包括分布电容）。 硬件电路设计 第 8 页 (共 61 页 ) 图 5 上电 /外部复位电路 2． 2． 6 报警电路设计 报警电路由蜂鸣器和发光二极管构成声光报警系统，其驱动电路由三极管实现，如图 6所示： 图 6 报警电路 2． 3 LED显示器与单片机接口电路设计 在单片机的应用系统中，显示器是必不可少的外部设备之 一，其中 LED（发光二极管显示器）是应用较多的一种，它特别适用于强光和光线极弱的场合。 在单片机应用系统中使用 LED显示块构成 N位 LED 显示器，根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。 段选线控制显示不同的字符，位选线控制显示器某一位的亮、暗。 为简化电路设计，显示电路采用动态扫描显示，接 4 个大屏幕一 LED 显示器。 为简化89C51 5V 100Ω 89C51 RST/VPD VSS R1 C R Vcc 硬件电路设计 第 9 页 (共 61 页 ) 电路，降低成本，此处采用 动态扫描驱动显示。 这时需解决好两个问题：显示 不闪烁和有足够的显示亮度。 为使显示不闪烁，通常采用较高的字刷新频率。 实验证明，若要达到显示不闪烁需刷新频率应不低于 lOOHz，这主要由软件设计来保证；要获得足够的显示亮度，就应合理地选择 LED 的正向电流， 并据此来选择驱动电路的驱动能力和限流电阻值。 动态扫描显示驱动电路的设计与静态显示驱动电路的设计有很大的不同，若点亮时的正向电流和静态 显示时一样的话，那么动态扫描中显示器的亮度将明显低于静态显示方式。 若一般器件手册上给出静态显示方式工作电流为 Ip0(每段 )，则在动态扫描方式时，可按下式计算工作电流： Ip， Ip=N Ip0。 本文设计的遥控定时系统，显示器选用字符高度为 60ram的 LED数码管。 根据字符高度与可视距离的关系，可得 适宜观察距离为 20米以内。 Q1A(7407)接段选， U2A(7407)接位选。 当段选输入为高电平 l时，电流经 R R2向左流，三极管处于饱和状态，发射极电流近似等于集电极电流， LED点亮，当段选输入为低电平 O，三极管处于截止状态，该段 LED不亮。 驱动电路如下图所示： 图 7 LED显示驱动电路 2． 3． 1 LED 显示器与单片机一般接口 硬件电路设计 第 10 页 (共 61 页 ) 它是由单片机 89C51 扩展 I/O（如 8155）组成，然后再使用逻辑门驱动芯片（如7407 等）驱动相应的位码和段码。 这种设计，芯片间连线十分复杂。 其结构图如图 8所示： 图 8 结构图 此电路是采用软件译码的多位 LED 扫描显示的接口电路。 它的设计思想是预先在内存中存放一张如表 2所示的段码表，根据要显示的数字或字符去查表取得相应的段码，将找到的段码加到七段 LED的驱动器上即可显示出数字或字符。 具体显示时，采用扫描的方法控制哪一位 LED 被点亮，在本接口中先从最右一位 LED 开始，逐个左移，直到最后一个 LED显示完毕，然后重复上述过程，由于人眼的视觉暂留，看起来不会有闪动感觉。 在接口电路中，用可编程并行接口芯片 8155 的 PB口作 为 LED 的字形输出口， PA 口作为 LED 的字位控制口，由于字位控制器为反向驱动器，显示时从最右边的一位 LED开始点亮。 ~ ALE /ER /RD 89C51 AD0~AD7 PB口 ALE /WR /RD /CE IO/M PA 口 8155 驱 动 器 反向驱动器 八位 LED 显示器 硬件电路设计 第 11 页 (共 61 页 ) 存储器 中地址 数字 共阴极接法七段状态 g f e d c b a 共阴极接法段码（十六进制） 共阳极接法段码（十六进制） SEG SEG+1 SEG+2 SEG+3 SEG+4 SEG+5 SEG+6 SEG+7 SEG+8 SEG+9 SEG+10 SEG+11 SEG+12 SEG+13 SEG+14 SEG+15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 3F 06 5B 4F 66 6D 7D 07 7F 67 77 7C 39 5E 79 71 40 79 24 30 19 12 01 78 00 18 08 03 46 21 06 0E 表 2 段码表 2． 3． 2 LED 显示器与单片机简单接口 从图 2中可以看出，这种设计，芯片间连线十分复杂，系统工作可靠性不高，己越来越 不适应单片机系统集成化、小型化的发展要求。 特别是系统并行扩展 I/O，其缺点十分明显： 连线太多，系统连线复杂，印制板布线不方便； 硬件电路设计 第 12 页 (共 61 页 ) 并行总线上挂靠的器件太多，系统工作的稳定性很低； 体积太大，集成度不高。 根据以上的分析可设计一种简单的接口，如图 9所示。