基于單片機(jī)的電子萬(wàn)年歷系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u29313基于單片機(jī)的電子萬(wàn)年歷系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)案例 150041.1引言 1159111.2硬件系統(tǒng)總體框圖 1213911.3硬件電路設(shè)計(jì) 2226201.3.1STC89C52主控制系統(tǒng) 2114821.3.2溫度DS18B20電路模塊 3125141.3.3時(shí)鐘DS1302電路模塊 4250131.3.4顯示屏LCD1602電路模塊 451621.3.5晶振電路模塊 5314711.3.6蜂鳴器電路模塊 595711.3.7按鍵電路模塊 6159191.3.8復(fù)位電路系統(tǒng) 61.1引言本章主要是對(duì)本設(shè)計(jì)所要用到的各個(gè)模塊的原理介紹，本設(shè)計(jì)所用到的元器件清單如下表3-1模塊名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量（個(gè)/塊）51單片機(jī)STC89C521溫度DS18B201時(shí)鐘DS13021顯示屏LCD16021按鍵矩陣按鍵4電源按鍵1晶振12MHZ1表3-11.2硬件系統(tǒng)總體框圖本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、鍵盤(pán)、數(shù)碼管顯示接口電路、蜂鳴器電路和復(fù)位電路構(gòu)成，設(shè)計(jì)的總體方案如圖3-1所示：圖3-1總體方案1.3硬件電路設(shè)計(jì)1.3.1STC89C52主控制系統(tǒng)STC89C52是具有低功率損耗、性能高、控制功能更全面的微控制器CPU。并具有8位可編程Flash存儲(chǔ)器，支持5V的超低電壓。STC89C52單片機(jī)已改進(jìn)了許多控制性能，使得單片機(jī)具有以前傳統(tǒng)單片機(jī)不具備的功能。STC89C52使得大部分嵌入式控制系統(tǒng)具有靈活度高、有效性好。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash、256字節(jié)RAM、32位輸入輸出接口、定時(shí)器、2個(gè)數(shù)據(jù)指針、三個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器、一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行接口、晶振及時(shí)鐘電路。[13]STC89C52單片機(jī)的仿真原理圖和引腳實(shí)物圖如圖3-2（a）、圖3-2（b）所示。圖3-2（a）STC89C52仿真原理圖圖3-2（b）STC89C52實(shí)物圖其中主要應(yīng)用到的引腳口介紹：（1）P0口的第一功能是作為最基本的輸入輸出接口功能，第二功能是在單片機(jī)訪問(wèn)外存儲(chǔ)器時(shí)，能分別提供低8位地址和高8位的雙向數(shù)據(jù)。（2）P1口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，51子系列中P1只能用作一般I/O口，52子系列中P1.0和P1.1引腳還具有第二功能。（3）P2口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，第二功能是在CPU訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，作為高8位地址總線，輸出高8位地址。（4）P3口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，其第一功能等同于P0口的第一功能，第二功能是中斷信號(hào)和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)控制信號(hào)。（5）RES，復(fù)位信號(hào)高電平有效。1.3.2溫度DS18B20電路模塊DS18B20是人們常用的溫度傳感器。其特點(diǎn)包括：體積小、成本低、精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同進(jìn)行外觀的改變，可用于電纜溝測(cè)溫、鍋爐表面測(cè)溫、室內(nèi)機(jī)房測(cè)溫、農(nóng)產(chǎn)品庫(kù)測(cè)溫等各種有限溫度場(chǎng)合，適用于各種狹小空間的設(shè)備測(cè)溫并以數(shù)字形式顯現(xiàn)。獨(dú)特的接線口，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍1.0V至5.5V無(wú)需備用電源，測(cè)量溫度范圍為-55℃至+125℃。在-10℃至+85℃范圍內(nèi)精度為±0.5℃。DS18B20是數(shù)字型溫度傳感器可以提供9至12位。由于DS18B20溫度傳感器僅有一條通信線口，所以中央微處理器與DS18B20只有一條連接線口。為讀寫(xiě)以及溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的功率消耗其本身將獲得能量，不需要外接電源。因?yàn)橐粋€(gè)DS18B20包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè)DS18B20可以同時(shí)存在于一條總線。這樣就使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。DS18B20采用通信線接口一，主要提供以下功能命令之一：讀ROM、ROM匹配、搜索ROM、跳過(guò)ROM、報(bào)警檢查。DS18B20芯片的仿真原理圖和管腳實(shí)物圖如圖3-3（a）、圖3-3（b）所示。圖3-3（a）DS18B20仿真原理圖圖3-3（b）DS18B20實(shí)物圖1.3.3時(shí)鐘DS1302電路模塊DS1302時(shí)鐘模塊具有低功耗、高性能、實(shí)時(shí)的時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)工作，工作電壓為3V~6V，并且采用三線接口與CPU同步通信。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8用于臨時(shí)存放數(shù)據(jù)的隨機(jī)存儲(chǔ)寄存器。DS1302與DS1202相比較時(shí)，可以看出DS1302增加了主備用雙電源引腳，同時(shí)還提供了對(duì)備用電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的引腳排列：VCC1為備用電源，VCC2為主用電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的持續(xù)運(yùn)行（掉電走時(shí)功能）。DS1302由VCC1或VCC2兩者中優(yōu)先級(jí)高者供電。當(dāng)VCC2大于VCC1＋0.2V時(shí)，VCC2給DS1302供電，當(dāng)VCC2小于VCC1＋0.2V時(shí)，DS1302由VCC1供電。X1和X2是起振源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位電路，且輸入有兩種功能：（1）RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；（2）RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送先被初始化，然后對(duì)DS1302進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。當(dāng)RST置為低電平時(shí)，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。DS1302模塊的仿真電路圖和實(shí)物圖如圖3-4（a）、圖3-4（b）所示。圖3-4（a）DS1302仿真電路圖圖3-4（b）DS1302實(shí)物圖1.3.4顯示屏LCD1602電路模塊LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16×2即32個(gè)字符（即兩行數(shù)據(jù)顯示），每行可輸入16個(gè)字節(jié)符號(hào)。LCD1602顯示屏的顯示原理是根據(jù)液晶的物理特性，通過(guò)上電后的電流對(duì)顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示。1602顯示模塊是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示數(shù)字、字母、常見(jiàn)符號(hào)等的點(diǎn)陣式的顯示模塊。它由若干個(gè)5×7或者5×11的點(diǎn)陣字符位構(gòu)成，每字符位之間有一個(gè)點(diǎn)距的距離，每行之間也有一定的距離，起到了字符間距和行間距的作用。LCD1602模塊的仿真電路圖和實(shí)物圖如圖3-5（a）、圖3-5（b）所示。圖3-5（a）LCD1602仿真電路圖圖3-5（b）LCD1602實(shí)物圖1.3.5晶振電路模塊晶振電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本電路模塊，它為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)，沒(méi)有時(shí)鐘電路，單片機(jī)則不能正常工作。單片機(jī)的晶振電路由振蕩器電路和分頻器電路兩部分組成。其中，振蕩電路又包括反相器、電容和并聯(lián)石英晶體三部分組成，它的主要功能是產(chǎn)生振蕩脈沖。而要得到所需要的時(shí)鐘信號(hào)就要用到振蕩脈沖的分頻電路。圖中引腳XTAL1、引腳XTAL2分別為輸入端和輸出端。在這2個(gè)引腳上外接石英晶體振蕩器和C1、C2電容就可形成振蕩回路。晶體的振蕩頻率對(duì)振蕩器頻率起決定性的作用，由于電容容值的大小對(duì)起振的振蕩頻率有微弱影響，所以可以用C1、C2兩只電容來(lái)進(jìn)行頻率微調(diào)。晶振仿真電路原理圖如圖3-6所示。圖3-6晶振仿真電路1.3.6蜂鳴器電路模塊蜂鳴器是一種電子模擬報(bào)警（告警）器，本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器來(lái)判斷按鍵是否按下的提醒電路，當(dāng)按鍵按下時(shí)發(fā)出“滴”的提示音時(shí)，表示按鍵按下時(shí)有效。蜂鳴器由單片機(jī)的輸入輸出端口控制，驅(qū)動(dòng)電路主要是一個(gè)“PNP”型三極管對(duì)電流進(jìn)行功率放大來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，使其產(chǎn)生人耳分貝內(nèi)的提示音。蜂鳴器仿真電路原理圖如圖3-7所示。圖3-7蜂鳴器仿真電路1.3.7按鍵電路模塊單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的按鍵或鍵盤(pán)都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。為了方便設(shè)置溫度、日期、時(shí)間的報(bào)警閾值的修改，本系統(tǒng)一共涉及了4個(gè)按鍵（選擇鍵K1、減鍵K2、加鍵K3、確認(rèn)鍵K4）。鍵盤(pán)電路如圖3-8所示。圖3-8按鍵電路模塊1.3.8復(fù)位電路系統(tǒng)單片機(jī)的復(fù)位仿真原理圖如圖3-9所示，用途相當(dāng)于各類(lèi)電子產(chǎn)品的重啟功