1、中文摘要第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)基本組成及工作原理系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu)圖如如圖2-1所示，圖文顯示屏的硬件模塊基本結(jié)構(gòu)可以分為屏體和控制器和驅(qū)動器三大部分：圖2-1系統(tǒng)框圖 屏體部分主要是4個88的LED點(diǎn)陣組成的1616的LED點(diǎn)陣和行列驅(qū)動電路構(gòu)成。不論是圖形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個點(diǎn)所在的位置相對應(yīng)的LED器件發(fā)光。根據(jù)屏幕所需的平面面積大小，選擇一定數(shù)量的LED。用點(diǎn)陣方式構(gòu)成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任意組合和變化，只要設(shè)計(jì)好合適的數(shù)據(jù)文件，每個LED發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的一位，通過對點(diǎn)陣上全部的LED進(jìn)行控制，在需要該LED器件發(fā)光時，數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位

2、填1，否則填0，這樣依照所需顯示的圖形文字，按顯示屏的各行各列逐點(diǎn)填寫顯示數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個顯示數(shù)據(jù)文件，得到比較滿意的顯示效果。由于文字的顯示點(diǎn)陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計(jì)算機(jī)通用的字庫字模，如漢字的宋體、楷體和黑體等多種可供選擇的方案；其大小也可以有 1616、2424、3232、4848 等不同規(guī)格。因?yàn)楸敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì)使用的四個88的LED點(diǎn)陣組成一個1616得LED點(diǎn)陣，然后通過級聯(lián)，把兩個1616的LED連在一起組成了1632的LED點(diǎn)整 ，分別顯示漢字，所以仍然可以使用1616的字模。字體選擇了在1616規(guī)格下，顯示的比較清晰、容易識別的宋體。從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只

3、要控制與組成這些圖形或文字的各個點(diǎn)所在的位置相對應(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各個發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。1616的點(diǎn)陣共有256個發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來計(jì)算，1616的點(diǎn)陣需要256/8=32個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是1616的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如16

4、行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就1616的點(diǎn)陣來說，把所有同1行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。采用掃描方式進(jìn)行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機(jī)的存儲器中，按8位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中

5、各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉?。采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)長，

6、在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時間就太少了，以致影響到LED的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具有的功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能,對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。控制器部分主要是單片機(jī)及其外圍電路。由16行16列組成的1616顯示屏其 LED 發(fā)光器件數(shù)量

7、相當(dāng)大，不宜使用靜態(tài)顯示驅(qū)動電路，而采用多行的同名列共用一套列驅(qū)動器。控制電路負(fù)責(zé)有序的選通各行，在選通每一列之前還要把該列各行的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。這樣，這一行上的LED發(fā)光器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。這種時序控制電路，一般都采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)?？刂齐娐凡捎脝纹瑱C(jī)，主要負(fù)責(zé)控制存儲顯示數(shù)據(jù)模塊、安排控制信號的定時與順序、控制驅(qū)動LED顯示點(diǎn)陣的電路等。驅(qū)動電路，則分為行驅(qū)動電路和列驅(qū)動電路，用來驅(qū)動LED顯示點(diǎn)陣。綜上所述，系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)2.2 系統(tǒng)的主要元器件介紹2.2.1 74HC13874HC138是一款高速COMS器件，74HC138引腳兼容低功耗肖特基TT

8、L（LSTTL）系列。74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（A0, A1和A2），并當(dāng)使能時，提供8個互斥的低有效輸出（Y0至Y7）。74HC138特有3個使能輸入端：兩個低有效（E1和E2）和一個高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需4片74HC138芯片和1個反相器，即可輕松實(shí)現(xiàn)并行擴(kuò)展，組合成為一個1-32（5線到32線）譯碼器。任選一個低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則74HC138亦可充當(dāng)一個8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。

9、譯碼過程實(shí)際上是一種翻譯過程,即編碼的逆過程。譯碼器的輸入是n位二值代碼，輸出是m個表征代碼原意的狀態(tài)信號（或另一種代碼）。小于等于2的n次方，即譯碼器輸入線比輸出線要少。譯碼器按其功能可分為三大類：（1）變量譯碼器：將輸入的二進(jìn)制代碼還原為原始輸入信號。例如有兩位二進(jìn)制代碼（0 ，1），可經(jīng)譯碼器還原為四個信號狀態(tài)（0，0）（0，1）（1，0) (1，1)（2）代碼變換譯碼器：用于將一個數(shù)據(jù)的不同代碼之間的相互轉(zhuǎn)換。例如二十進(jìn)制譯碼器可將8421碼轉(zhuǎn)換為十個狀態(tài)。（3）顯示譯碼器：將數(shù)字、文字或符號的代碼還原成相應(yīng)的數(shù)字、文字、符號并顯示出來的電路74HC138 3-8線譯碼器/CD74HC

10、138 ，CD74HC238和CD74HCT138 ，CD74HCT238是高速硅柵CMOS解碼器，適合內(nèi)存地址解碼或數(shù)據(jù)路由應(yīng)用。74HC138 作用原理于高性能的存貯譯碼或要求傳輸延遲時間短的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),在高性能存貯器系統(tǒng)中,用這種譯碼器可以提高譯碼系統(tǒng)的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時,譯碼器的延遲時間和存貯器的賦能時間通常小于存貯器的典型存取時間,這就是說由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延遲可以忽略不計(jì)。74HC138 按照三位二進(jìn)制輸入碼和賦能輸入條件,從8 個輸出端中譯出一個低電平輸出。兩個低電平有效的賦能輸入端和一個高電平有效的賦能輸入端減少了擴(kuò)展所需要的外接門或倒

11、相器,擴(kuò)展成24 線譯碼器不需外接門；擴(kuò)展成32 線譯碼器,只需要接一個外接倒相器。在解調(diào)器應(yīng)用中,賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端功能表如表2-1所示。1 、 低靜態(tài)電流：80 mA最大2 、 低輸入電流：1 mA最大 3 、 8位串行，并行輸出移位寄存器 與存儲 4 、 寬工作電壓范圍：為2V到6V 5 、 級聯(lián) 6 、 移位寄存器具有直接清除 7 、 保證移頻：DC至30兆赫正常使用時的典型參數(shù)：1 、電源電壓（Vcc）： 26 V2 、直流輸入/輸出電壓： 0Vcc V3 、工作環(huán)境溫度 ： 4084 、輸入上升/下降延時：VCC = 2.0 V 1000 nsVCC = 4.5 V 500

12、 nsVCC = 6.0 V 400 ns 表2-1 74HC138功能表74HC138 74HCT138 T1TRUTH TABLE真值功能表INPUTS 輸入Outputs輸出ENABLE 使能ADDRESS地址E3E2E1A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7XXHXXXHHHHHHHHLXXXXXHHHHHHHHXHXXXXHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL2.2.2 74HC

13、1544 線16線譯碼器簡要說明： 74HC154 為4 線16線譯碼器，其主要電特性的典型值如下：當(dāng)選通端（G1、G2）均為低電平時，可將地址端（ABCD）的二進(jìn)制編碼在一個對應(yīng)的輸出端，以低電平譯出。若將G1和G2中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端，由ABCD對輸出尋址， 74HC154 還可作1線16線數(shù)據(jù)分配器。74HC154，其中最外面的那些數(shù)字和字母是外部功能引腳。靠近內(nèi)部的數(shù)字，為管腳的分部情況，功能表如表2-2。74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC154 HYPERLINK /view/990160.htm t _bla

14、nk 譯碼器可接受4位高有效二進(jìn)制地址輸入，并提供16個互斥的低有效輸出。74HC154的兩個輸入使能門電路可用于 HYPERLINK /view/990160.htm t _blank 譯碼器選通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號”，也可用于譯碼器擴(kuò)展。該使能門電路包含兩個“ HYPERLINK /view/674177.htm t _blank 邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，74HC154可充當(dāng)一個1-16的 HYPERLINK /view/990221.htm t _blank 多路分配器。當(dāng)其余的使能輸入端置低時，地址輸出將會跟隨應(yīng)用的狀態(tài)。引

15、出端符號：A、B、C、D 譯碼地址輸入端(低電平有效) G1、G2 選通端(低電平有效) 015 輸出端(低電平有效) 1 、電源靜態(tài)電流：80毫安（74HC）2 、低輸入電流：1 mA最大3 、三寬電源電壓范圍：2 - 6V的正常使用時的典型參數(shù)：1 、電源電壓（Vcc）： 26 V 2 、直流輸入/輸出電壓： 0Vcc V3 、工作環(huán)境溫度： 40854 、輸入上升/下降延時：VCC = 2.0 V 1000 nsVCC = 4.5 V 500 nsVCC = 6.0 V 400 ns 輸入 低電平 輸出 控制 譯碼值 G1 G2 D C B ALLLLLL0LLLLLH1LLLLHL2L

16、LLLHH3LLLHLL4LLLHLH5LLLHHL6LLLHHH7LLHLLL8LLHLLH9LLHLHL10LLLLHH11LLHHLL12LLHHLH13LLHHHL14LLHHHH15LHHHLL-表2-2 74HC154真值表2.2.3 74HC59574HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路，遵守 HYPERLINK /view/93359.htm t _blank JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。74HC595是具有8位 HYPERLINK /view/1533062.htm t _blank 移位寄存器和一個 HYPERLINK /view/87697.htm t _blank

17、 存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和 HYPERLINK /view/87697.htm t _blank 存儲器是分別的時鐘。數(shù)據(jù)在SHcp（移位寄存器時鐘輸入）的上升沿輸入到 HYPERLINK /view/1533062.htm t _blank 移位寄存器中，在STcp（存儲器時鐘輸入）的上升沿輸入到存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。移位寄存器有一個串行移位輸入（Ds），和一個串行輸出（Q7）,和一個異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。8位串行輸入/輸出或者

18、并行輸出移位寄存器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài)，三態(tài)。特點(diǎn)簡述：1 、 低靜態(tài)電流：80 mA最大2 、 低輸入電流：1 mA最大 3 、 8位串行，并行輸出移位寄存器 與存儲 4 、 寬工作電壓范圍：為2V到6V 5 、 級聯(lián) 6 、 移位寄存器具有直接清除 7 、 保證移頻：DC至30兆赫正常使用時的典型參數(shù)：1 、電源電壓（Vcc）： 26 V2 、直流輸入/輸出電壓： 0Vcc V3 、工作環(huán)境溫度 ： 4084 、輸入上升/下降延時：VCC = 2.0 V 1000 nsVCC = 4.5 V 500 nsVCC = 6.0 V 400 ns74HC595有3層結(jié)構(gòu)：第一層為移位D觸發(fā)器；第二

19、層為鎖存D觸發(fā)器；第三層為輸出態(tài)門；當(dāng)復(fù)位信號為0時，移位D觸發(fā)器清0；當(dāng)移位脈沖從L-H時，第一個移位D觸發(fā)器的Q=D；其它的Qn=Qn-1； 當(dāng)鎖存脈沖從0-1時，第二層為鎖存D觸發(fā)器的輸出=/輸入； 當(dāng)OE=1時，595的輸出為高阻態(tài)； 當(dāng)OE=0時，595的輸出為第二層為鎖存D觸發(fā)器的輸出的反相； 74HC595的數(shù)據(jù)端： QA-QH: 八位并行輸出端，可以接點(diǎn)陣的8列。QH: 級聯(lián)輸出端。將它接下一個595的SI端。SI: 串行數(shù)據(jù)輸入端。 74HC595的控制端說明： RESET： 復(fù)位信號 。shitf clock：移位時鐘。serial data input：串行數(shù)據(jù)輸入。ou

20、tput enable：輸出使能。latch clock：鎖存時鐘 。/SCLR(10腳)：低電平時將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。通常將它接Vcc。 SCK(11腳)：上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。QA-QB-QC-.-QH；下降沿移位存器數(shù)據(jù)不變。（脈沖寬度：5V時，大于幾十納秒就行了。通常都選微秒級） RCK(12腳)：上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變。通常將RCK置為低電平，當(dāng)移位結(jié)束后，在RCK端產(chǎn)生一個正脈沖（5V時，大于幾十納秒就行了。通常都選微秒級），更新顯示數(shù)據(jù)。 /G(13腳): 高電平時禁止輸出（高阻態(tài)）。如果單片機(jī)的引腳不緊張，用一個引腳控

21、制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。比通過數(shù)據(jù)端移位控制要省時省力。 注：74HC164和74HC595功能相仿，都是8位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器。74HC164的驅(qū)動電流(25mA)比74HC595(35mA)的要小,14腳封裝，體積也小一些。 74HC595的主要優(yōu)點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)存儲寄存器，在移位的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變。這在串行速度慢的場合很有用處，數(shù)碼管沒有閃爍感。與164只有數(shù)據(jù)清零端相比，595還多有輸出端時能/禁止控制端，可以使輸出為高阻態(tài)。功能表如表2-3。表2-3 74HC595真值表 輸入 輸出 功能SHCPSTCPOEMRDSQ7QNLLLNCMR為低電平時影

22、響僅移位寄存器LLLL空移位寄存器輸出寄存器HLLZ清空移位寄存器 并行輸出高組態(tài)LHHQ6NC邏輯高電平移入寄存器0LHNCON寄存器內(nèi)容到達(dá)并保持輸出LHQ6ON內(nèi)容移入 先前寄存器內(nèi)容保持輸出2.3 主控芯片單片機(jī)2.3.1單片機(jī)的介紹 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)是一種集成 HYPERLINK /view/134362.htm t _blank 電路 HYPERLINK /view/26651.htm t _blank 芯片，是采用 HYPERLINK /view/1081357.htm t _blank 超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理

23、能力的 HYPERLINK /view/14045.htm t _blank 中央處理器CPU、 HYPERLINK /view/151093.htm t _blank 隨機(jī)存儲器RAM、 HYPERLINK /view/188818.htm t _blank 只讀存儲器ROM、多種I/O口和 HYPERLINK /view/597855.htm t _blank 中斷系統(tǒng)、 HYPERLINK /view/281961.htm t _blank 定時器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、 HYPERLINK /view/849406.htm t _blank 脈寬調(diào)制電路、模擬多路 HY

24、PERLINK /view/110440.htm t _blank 轉(zhuǎn)換器、 HYPERLINK /view/990260.htm t _blank A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的 HYPERLINK /view/932916.htm t _blank 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時的4位、8位 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)單片 HYPERLINK /view/22503.htm t _blank 微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式 HYPERLINK

25、/view/368297.htm t _blank 微控制器（Microcontroller Unit）， HYPERLINK /picview/1012/1012/0/1a94b36e8b7b3de280cb4a5c.html?fr=lemma o 查看圖片 t _blank 單片機(jī)芯片常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱 HYPERLINK /view/154544.htm t _blank 單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的 HYPERLINK /view/26651.htm t _blank 芯片，而是把一個 HYPERLINK /view/4646187.htm t

26、_blank 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機(jī)由 HYPERLINK /view/147768.htm t _blank 運(yùn)算器、 HYPERLINK /view/122229.htm t _blank 控制器、 HYPERLINK /view/87697.htm t _blank 存儲器、 HYPERLINK /view/2632399.htm t _blank 輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比， HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括的講，一塊 HYPERLINK /view/26651.htm

27、t _blank 芯片就成了一臺計(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)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。由于 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由僅有CPU的專用 HYPERLINK /view/50152.htm t _blank 處理器芯片發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和 HYPERLINK /view/2089.htm t _blank CPU集成在一個

28、 HYPERLINK /view/26651.htm t _blank 芯片中，使 HYPERLINK /view/1130583.htm t _blank 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 HYPERLINK /view/2396.htm t _blank INTEL的8080是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的 HYPERLINK /view/50152.htm t _blank 處理器，當(dāng)時的 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是 HYPERLINK /view/2396.htm t _blan

29、k INTEL的 HYPERLINK /view/2335918.htm t _blank 8051，此后在8051上發(fā)展出了 HYPERLINK /view/712784.htm t _blank MCS51系列 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)系統(tǒng)。因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e獲得了很大的好評。盡管2000年以后 HYPERLINK /view/11200.htm t _blank ARM已經(jīng)發(fā)展出了32位的 HYPERLINK /view/1058.htm t _blank 主頻超過300M的高端 HYPERLINK /view/1012.htm t

30、_blank 單片機(jī)，直到現(xiàn)在，基于8051的 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)還在廣泛的使用。在很多方面單片機(jī)比專用 HYPERLINK /view/50152.htm t _blank 處理器更適合應(yīng)用于 HYPERLINK /view/6115.htm t _blank 嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。事實(shí)上 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)是世界上數(shù)量最多 HYPERLINK /view/50152.htm t _blank 處理器，隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣?，F(xiàn)代

31、人類生活中所用的幾乎每件有電子器件的產(chǎn)品中都會集成有 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)。手機(jī)、 HYPERLINK /view/3248.htm t _blank 電話、 HYPERLINK /view/42510.htm t _blank 計(jì)算器、家用電器、電子玩具、 HYPERLINK /view/30816.htm t _blank 掌上電腦以及鼠標(biāo)等電子產(chǎn)品中都含有 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)。 汽車上一般配備40多片 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)，復(fù)

32、雜的 HYPERLINK /view/3094773.htm t _blank 工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百片單片機(jī)在同時工作，單片機(jī)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 HYPERLINK /view/1151618.htm t _blank PC機(jī)和其他計(jì)算機(jī)的總和。2.3.2單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。 HYPERLINK /view/35448.htm t _blank 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)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 HYPERLINK /view/4189.htm t _blan

33、k IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， HYPERLINK /view/111680.htm t _blank 錄像機(jī)、 HYPERLINK /view/45678.htm t _blank 攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)。更不用說自動控制領(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， HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(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。 HYPERLINK /view/1012

34、.htm t _blank 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、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：1、智能控制單片機(jī)體積小耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的 HYPERLINK /view/16431.htm t _blank 傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、電流、 HYPERLINK /view/44147.htm t _blank 功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)控制使

35、得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采電子或 HYPERLINK /view/635019.htm t _blank 數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（電壓表、 HYPERLINK /view/1608633.htm t _blank 功率計(jì)， HYPERLINK /view/130973.htm t _blank 示波器，各種分析儀）。單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、 HYPERLINK /view/2102581.htm t _blank 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、無線感知系統(tǒng)、測控

36、系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種 HYPERLINK /view/1352949.htm t _blank 報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。2、家電電器家用電器廣泛采用了 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他 HYPERLINK /view/68529.htm t _blank 音響視頻器材、再到 HYPERLINK /view/287613.htm t _blank 電子秤量設(shè)備和 HYPERLINK /view/131262.htm t _blank

37、 白色家電等。3、網(wǎng)絡(luò)和通信現(xiàn)代的 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)普遍具備 HYPERLINK /view/1296283.htm t _blank 通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型 HYPERLINK /view/84642.htm t _blank 程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信， HYPERLINK /view/19599.htm t _blank 無線電對講

38、機(jī)等。4、設(shè)備領(lǐng)域 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。5、模塊化系統(tǒng)某些專用 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種 HYPERLINK /view/134362.htm t _blank 電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)，看似簡單的功能，微縮在純電子 HYPERLINK /view/

39、26651.htm t _blank 芯片中（有別于 HYPERLINK /view/220750.htm t _blank 磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由 HYPERLINK /view/368297.htm t _blank 微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。在大型 HYPERLINK /view/134362.htm t _blank 電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。6、汽車電子 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank

40、 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機(jī)智能 HYPERLINK /view/2066657.htm t _blank 電子控制器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、 HYPERLINK /view/1029.htm t _blank abs防抱死系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、胎壓檢測等。此外， HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。2.4 單片機(jī)紅外無線2.4.1紅外遙控紅外遙控系統(tǒng)是集中集光、電于一體的系統(tǒng)。其工作原理是用戶按鍵信號經(jīng)單片機(jī)編碼處理后轉(zhuǎn)化為

41、脈沖信號，經(jīng)由紅外發(fā)射頭發(fā)送出去，接收端由紅外一體化接收頭實(shí)現(xiàn)對接收信號的放大解調(diào)并還原為數(shù)據(jù)流，經(jīng)由單片機(jī)解碼后對相關(guān)IO口進(jìn)行操作，從而完成整個遙控操作。整個系統(tǒng)主要是由電源電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、LED 顯示電路等部分組成。系統(tǒng)硬件由以下幾部分組成：紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路，鍵盤采用普通按鍵鍵盤，按鍵統(tǒng)一接在單片機(jī)P0口。整體設(shè)計(jì)思路為：根據(jù)掃描到不同的按鍵值對發(fā)射脈沖編碼賦值后單片機(jī)將按照數(shù)據(jù)處理要求從 P3.5 輸出控制脈沖與 T0 產(chǎn)生的 8KHz 的載波（周期是 26us）進(jìn)行調(diào)制，經(jīng) NPN 三極管對信號放大驅(qū)動紅外發(fā)光管將控制信號發(fā)送出去。紅外數(shù)據(jù)接收則是采用 HS38B

42、一體化紅外接收頭，內(nèi)部集成紅外接收、數(shù)據(jù)采集、解碼的功能，只要在接收端 INT0 檢測頭信號低電平的到來，就可完成對整個串行的信號進(jìn)行分析得出當(dāng)前控制指令的功能。然后根據(jù)所得的指令去操作相應(yīng)的用電器件工作，如圖 2-3所示。遙控按鍵 編碼遙控按鍵 編碼單片機(jī)紅外發(fā)射管紅外傳輸紅外傳輸紅外一體化 紅外一體化 解碼單片機(jī)紅外發(fā)射管 圖2-3系統(tǒng)總框圖2.4.2紅外遙控發(fā)射紅外遙控發(fā)射部分系統(tǒng)框圖如圖2-4。發(fā)送端采用單片機(jī)的定時中斷功能，由定時器 T0 產(chǎn)生周期為 26us 的矩形脈沖,即每隔13us定時器 T0 產(chǎn)生中斷輸出一個相反的信號使單片機(jī)輸出端產(chǎn)生周期為38KHz的脈沖信號。系統(tǒng)通過直連

43、單片機(jī)的按鍵獲取用戶遙控信息，經(jīng)按鍵掃描確認(rèn)，然后交由單片機(jī)對將要發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調(diào)制在38kHz脈沖基波上，生成脈沖發(fā)射信號,最后通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。圖 2-4 紅外遙控發(fā)射電路框圖2.4.5紅外遙控接收紅外遙控接收電路框圖見圖2-5所示。紅外接收端普遍采用價(jià)格便宜,性能可靠的一體化紅外接收頭(HS38B , 它接收紅外信號頻率為38KHz ,周期約26s)。它能同時對信號進(jìn)行放大、檢波、整形,得到TTL 電平的編碼信號。紅外接收頭收到信號后單片機(jī)立即產(chǎn)生中斷，開始接收紅外信號。接收到的信號經(jīng)單片機(jī)解碼得到用戶遙控信息并轉(zhuǎn)至IO口執(zhí)行,同時單片機(jī)還完成對處于

44、工作狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)行計(jì)數(shù)并顯示。 圖2-5 紅外接收框圖 2.4.6紅外編碼標(biāo)準(zhǔn)本設(shè)計(jì)中采用不同的脈寬寬度來實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制信號的編碼,編碼由發(fā)送單片機(jī)來完成。以間隔0.56ms、脈寬為0.565ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“1”；以間隔1.685ms、脈寬為0.565ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“0”， 遙控編碼脈沖信號由引導(dǎo)碼、識別碼、識別反碼、控制碼、控制反碼信號組成。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為5ms的高電平和寬度為3ms的低電平組成，用來標(biāo)志遙控編碼脈沖信號的開始。 識別碼也叫系統(tǒng)碼，它用來指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其它遙控系統(tǒng)，防止各遙控系統(tǒng)的誤動作?？刂拼a也叫

45、功能碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。識別反碼與控制反碼分別是識別碼與控制碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生差錯。脈沖位置表示的“0”和“1”組成的 32 位二進(jìn)制碼前 16 位控制指令，控制不同的紅外遙控設(shè)備。而不同的紅外家用電器又有不同的脈沖調(diào)控方式，后 16位分別是 8 位的控制碼和 8 位的控制反碼。串行數(shù)據(jù)碼時序圖如2-6所示。 二進(jìn)制信號的調(diào)制仍由發(fā)送單片機(jī)來完成,A是二進(jìn)制信號的編碼波形,B 是頻率為38KHz (周期為26s) 的連續(xù)脈沖,C 是經(jīng)調(diào)制后的間斷脈沖串(相當(dāng)于C = A B) ,用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送

46、的波形。待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為101。圖中脈沖個數(shù)僅為示意非真實(shí)情況。 圖2-6紅外接收頭接收及輸出波形二進(jìn)制信號的解調(diào)由一體化紅外接收頭HS38B來完成,它把接收到的紅外信號經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)原,在輸出腳輸出中波形E (正好是波形A 的取反) ,HS38B 的解調(diào)可理解為，在輸入有脈沖串時,輸出端輸出低電平,否則輸出高電平?？芍苯优c單片機(jī)串行輸入口及外中斷相聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)隨時接收遙控信號并產(chǎn)生中斷，然后由單片機(jī)對編碼還原。二進(jìn)制信號的解碼由接收單片機(jī)來完成,它把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼,還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。把波形E 解碼還原成原始二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息101。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第三章

47、系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)3.1.1單片機(jī)的選擇STC89C51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯如圖3-1所示STC89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的STC89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。

48、STC89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指，三個 16 位 定時器/計(jì)數(shù)器一個6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C51 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作支持2種軟件可選擇節(jié)電模式空閑模式下CPU 停止工作允許RA定時器/計(jì)數(shù)器串口中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，AM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 圖3-1 STC89C51的引腳圖STC89C51單片機(jī)一般采用雙列直插DIP封裝，共40個引腳。40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制各I/O引腳。一 電源Vcc芯片電源，接+5V；GN

49、D接地端。二 時鐘XTAL1、XTAL2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。三. 控制線 控制線共有4根，其中3根是復(fù)用線。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能，正常使用時是一種功能，在某種條件下是另一種功能。1ALE/地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。（1）ALE功能：用來鎖存P0口送出的低八位地址。 STC89C51在并行擴(kuò)展外存儲器時，P0口用于分時傳送低8位地址和數(shù)據(jù)信號，且均為二進(jìn)制數(shù)。當(dāng)ALE信號有效時，P0口傳送的是低8位地址信號；ALE信號無效時，P0口傳送的是低8位地址信號。在ALE信號的下降沿，鎖定P0口傳送的內(nèi)容，即低8位地址信號。需要指出的是，當(dāng)CPU不執(zhí)行訪問外RAM指令，AL

50、E以時鐘振蕩頻率1/6的固定頻率輸出，因此ALE信號也可作為外部芯片CLK時鐘或其他需要。但是，當(dāng)CPU執(zhí)行MOVX指令時，ALE將跳過一個ALE脈沖。（2）功能：片內(nèi)EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。2 外ROM讀選通信號。 89C51讀外ROM時，每個機(jī)器周期內(nèi)兩次有效輸出?？勺鳛橥釸OM芯片輸出允許的選通信號。在讀內(nèi)ROM或讀外RAM時，無效。3RST/VPD復(fù)位/備用電源。（1）正常工作時，RST端為復(fù)位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機(jī)器周期以上高電平，AT89C51芯片即實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始，CPU從0000H（2）VPD功能：在VCC掉

51、電情況下，該引腳可接上備用電源，由VPD向片內(nèi)RAM供電，以保持片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。4/VPP內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。（1）功能：正常工作時，為內(nèi)外ROM選擇端。AT89C51單片機(jī)ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內(nèi)，60KB在片外。當(dāng)保持高電平時，先訪問內(nèi)ROM，但當(dāng)PC值超過4KB時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外ROM中的程序。保持低電平時，則只訪問外ROM，當(dāng)不管芯片內(nèi)有否內(nèi)ROM。（2）VPP功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源。四 I/O引腳STC89C51有P0、P1、P2、P3 4個8位并行I/O端口，共32個引腳。P0口是

52、一組8位漏級開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在Flash編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在驗(yàn)證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時，要求外接上拉電阻。P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P1口寫入1時P1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時被外部信號拉低的P1口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出一個電流。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。P2 口是帶內(nèi)部上拉電阻

53、的雙向I/O口，向P2口寫入1時P2口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的P2口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行MOVX DPTR指令)時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)，當(dāng)使用8位尋址方式(MOVXRI)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口發(fā)送P2特殊功能寄存器的內(nèi)容，在整個訪問期間不改變。Flash編程和程序校驗(yàn)時，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P3口寫入1時P3口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的P3口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外

54、，更重要的是它的第二功能，如表3-1所示。表3-1 P3各端口第二功能表3-1 P3各端口第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD串行口輸入端P3.1TXD串行口輸出端P3.2外部中斷0請求輸入端P3.3外部中斷1請求輸入端 P3.4T0定時/計(jì)數(shù)器0外部信號輸入端 P3.5T1定時/計(jì)數(shù)器1外部信號輸入端P3.6外RAM寫選通信號輸出端P3.7外RAM讀選通信號輸出端3.1.2時鐘電路石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本結(jié)構(gòu)大致是從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極

55、，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。石英晶體的壓電效應(yīng)：若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。注意，這種效應(yīng)是可逆的。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產(chǎn)生機(jī)械振動，同時晶片的機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機(jī)械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，

56、它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。晶振在電氣上可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯(lián)諧振，較高的頻率為并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值

57、，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。 晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無

58、源晶振需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個說法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個完整的諧振振蕩器。石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC共同作用來工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時一般需要提供3.3V電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個重要技術(shù)參數(shù)：諧振電阻（RR），諧振器沒有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，因此這是各商家競爭的一個重要參數(shù)。STC89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL和XTAL2分別是該

59、放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，單片機(jī)18（X1）、19（X2）引腳接由12M晶振和兩個22pF電容構(gòu)成的時鐘電路，振蕩電路如圖3-2所示。圖3-2時鐘電路外接石英晶體（或陶瓷振蕩器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的穩(wěn)定性，起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，則推薦電容使用30pF10pF，而如使用陶瓷振蕩器建議選擇40pF10F。用戶也可以采用外部時鐘，采用時鐘的電路如圖。在這種情況下，外部時鐘脈沖接

60、到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。3.1.3復(fù)位電路當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。本次設(shè)計(jì)采用的復(fù)位電路如圖3-3所示。 圖3-3 單片機(jī)復(fù)位電路 9引腳接由電源、電容、電阻構(gòu)成的上電復(fù)位電路，即通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)。這樣，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。3.1.4 最小系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路、供電電路組成的