1、基于基于單片機(jī)的電子音樂(lè)門(mén)鈴的設(shè)計(jì)單片機(jī)的電子音樂(lè)門(mén)鈴的設(shè)計(jì) 摘摘 要要 隨著時(shí)代的前進(jìn)和發(fā)展，控制智能化、儀器小型化、功耗微小化得到廣泛關(guān)注。在這 些領(lǐng)域中，單片機(jī)起到了舉足輕重的作用，這就把單片機(jī)的應(yīng)用提升到重要的地位，單片 機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)就成為新的技術(shù)熱點(diǎn)。 近幾年來(lái)，隨著市場(chǎng)上智能化樓宇的不斷升溫，門(mén)鈴系統(tǒng)已作為智能化辦公室和智能 化住宅小區(qū)的一個(gè)重要組成部分，被各商家和用戶(hù)所接受。人們已開(kāi)始習(xí)慣用門(mén)鈴系統(tǒng)代 替?zhèn)鹘y(tǒng)的鐵鑰匙去管理各通道門(mén)，這使門(mén)鈴系統(tǒng)得到了飛躍性的發(fā)展。隨著單片機(jī)技術(shù)的 飛速發(fā)展，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)人們對(duì)物質(zhì)生活的滿(mǎn)足，這將會(huì)日益成為今后的一個(gè)重要發(fā)展 的方向。 本設(shè)計(jì)是

2、介紹了由AT89C51單片機(jī)來(lái)構(gòu)成電子音樂(lè)門(mén)鈴系統(tǒng)的工作過(guò)程，本系統(tǒng)主要 完成該電子門(mén)鈴不僅具有普通電子門(mén)鈴的功能，而且還具有一些擴(kuò)展功能。它的工作狀態(tài) 能夠由用戶(hù)自行設(shè)定等常規(guī)功能，并給來(lái)訪(fǎng)者提供必要的語(yǔ)音和文字回應(yīng)信息，此外。這 給人們生活提供了很大的便利。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電子門(mén)鈴；液晶顯示；語(yǔ)音錄放 The design of electronic music doorbell based on Single Chip Microprocessor Abstract With the progress of the times and development of intell

3、igent control,small machines, micro- power consumption get a wide concern. In these areas,Single chip microprocessor played a pivotal role,which the MCU applications important to enhance the status of Single Chip Microprocessor applications designed to become the new hot technology. In recent years,

4、with intelligent buildings on the market has been heating up,the doorbell system has been as intelligent office and intelligent residential quarters of an important component of the traders and users to accept. People have begun to use doorbell system used to replace the traditional iron keys to man

5、age the access door, rang the doorbell so that this system has been leap of development. With the rapid development of Single Chip Microprocessor technology,people will increasingly become an important future development direction, through the material life of the meet. It is introduced by the AT89C

6、51 chip to a system of electronic music doorbell process. This system is mainly to complete the electronic doorbell rang the doorbell not only a common electronic features, but also has some extensions. Its work by the state to set its own users, such as conventional capabilities, and visitors to pr

7、ovide the necessary response to the voice and text information, in addition, users can also visit a wide range of information enquiries. Key words: Single Chip Microprocessor;Electronic doorbell;LCD display;Voice record-play 目目 錄錄 引引 言言.1 第第 1 章章 緒論緒論.2 1.1 概述.2 1.2 課題的總體設(shè)計(jì)及思路.2 第第 2 章章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)

8、.4 2.1 硬件最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).4 2.1.1 核心芯片 AT89C51 簡(jiǎn)介.4 2.1.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì).5 2.1.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì).6 2.1.4 存儲(chǔ)器的分配.7 2.2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì).8 2.2.1 DS1302 芯片簡(jiǎn)介 .8 2.2.2 DS1302 結(jié)構(gòu)框圖與引腳介紹 .8 2.2.3 DS1302 與單片機(jī)的硬件電路的設(shè)計(jì) .10 2.3 顯示提示電路的設(shè)計(jì).11 2.3.1 液晶顯示原理.11 2.3.2 SMC1602 芯片簡(jiǎn)介.12 2.3.3 顯示電路的設(shè)計(jì).14 2.4 語(yǔ)音提示電路的設(shè)計(jì).14 2.4.1 ISD 芯片簡(jiǎn)介.14 2.4.2 ISD1420

9、 芯片特點(diǎn)及引腳介紹.15 2.4.3 存儲(chǔ)芯片 AT24C02 簡(jiǎn)介.18 2.4.4 ISD1420 與單片機(jī)連接電路的設(shè)計(jì).19 2.5 按鍵電路的設(shè)計(jì).20 第第 3 章章 軟件部分設(shè)計(jì)軟件部分設(shè)計(jì).21 3.1 主程序設(shè)計(jì).21 3.2 相應(yīng)子程序設(shè)計(jì).22 3.2.1 按鍵掃描子程序設(shè)計(jì).22 3.2.2 門(mén)鈴鍵子程序設(shè)計(jì).23 3.3.3 錄音（RECORD）和播放（PLAY）程序設(shè)計(jì).25 第第 4 章章 調(diào)調(diào) 試試.27 結(jié)論與展望結(jié)論與展望.29 致致 謝謝.30 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).31 附錄附錄 A：總圖：總圖.32 附錄附錄 B：外文文獻(xiàn)及譯文：外文文獻(xiàn)及譯文.33 附

10、錄附錄 C: 主要參考文獻(xiàn)及摘要主要參考文獻(xiàn)及摘要 .40 附錄附錄 D: 源程序源程序 .42 插圖清單插圖清單 圖 1-1 設(shè)計(jì)框圖3 圖 2-1 AT89C51 引腳圖4 圖 2-2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)6 圖 2-3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)6 圖 2-4 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7 圖 2-5 DS1302 結(jié)構(gòu)框圖8 圖 2-6 DS1302 引腳排列圖9 圖 2-7 時(shí)鐘芯片電路10 圖 2-8 1602 實(shí)物圖12 圖 2-9 AT89C51 與 SMC1602 顯示電路14 圖 2-10 ISD1420 功能塊圖16 圖 2-11 ISD1420 管腳排列17 圖 2-12 AT24C02 引腳圖18

11、 圖 2-13 ISD1420 與單片機(jī)的硬件電路19 圖 3-1 主程序流 程21 圖 3-2 按鍵掃描子程序22 圖 3-3 門(mén)鈴鍵子程序23 圖 3-4 語(yǔ)音和顯示子程序 1 流程圖24 圖 3-5 語(yǔ)音和顯示子程序 2 流程圖24 圖 3-6 PLAY 鍵子程序25 表格清單表格清單 表 2-1 復(fù)位后寄存器態(tài)6 表 2-2 DS1302 的日歷、時(shí)鐘寄存器及其控制字10 表 2-3 1602LCD 的引腳功能表12 表 2-4 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器的 11 條控制指令13 表 2-5 基本時(shí)序表13 引引 言言 近幾年來(lái)，隨著市場(chǎng)上智能化樓宇的不斷升溫，門(mén)鈴系統(tǒng)已作為智能化

12、辦公室和 智能化住宅小區(qū)的一個(gè)重要組成部分，被各商家和用戶(hù)所接受。人們已開(kāi)始習(xí)慣用門(mén) 鈴系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鐵鑰匙去管理各通道門(mén)，這使門(mén)鈴系統(tǒng)得到了飛躍性的發(fā)展。在 2000 年，全世界的門(mén)鈴系統(tǒng)銷(xiāo)量比 1999 增長(zhǎng)了接近 10 倍，占整個(gè)安防市場(chǎng)的 40%。 從以前的“叮咚”門(mén)鈴，它價(jià)格便宜，性能可靠，耗電量少，安裝也簡(jiǎn)便；然后 就有了音樂(lè)門(mén)鈴，按下再也不是“叮咚”聲，而是悅耳的音樂(lè)，讓客人可以耐心的等 待；現(xiàn)在的門(mén)鈴已經(jīng)出現(xiàn)可視門(mén)鈴，在屋里屋外都有可視機(jī)，并且可以對(duì)話(huà)，通過(guò)對(duì) 話(huà)，主人可以在里屋按動(dòng)旋紐開(kāi)門(mén)，這樣主人就不用親自出來(lái)開(kāi)門(mén)了，很方便。 目前市場(chǎng)上的門(mén)鈴種類(lèi)繁多，既有功能比較簡(jiǎn)單的，

13、也有一些功能較強(qiáng)的，如可 視對(duì)講門(mén)鈴等?？梢晫?duì)講門(mén)鈴在現(xiàn)在已經(jīng)很普遍，城市居民樓單元入口大多數(shù)是敞開(kāi) 著的，這方便了居民的進(jìn)出，但同時(shí)也給居民的生活帶來(lái)了諸多的不便。例如，由于 任何人都可隨意進(jìn)入居民樓道內(nèi)，因此在居民樓道內(nèi)我們隨處都能看到貼于墻上或樓 梯臺(tái)階上的各類(lèi)紙質(zhì)廣告，也能看到印刷于墻上或樓梯臺(tái)階上的各類(lèi)廣告，這既影響 了樓道內(nèi)的衛(wèi)生，更影響了樓道的美觀(guān)，樓宇防盜直按可視對(duì)講門(mén)鈴系統(tǒng)很好的解決 了這些問(wèn)題，特別適于居民樓單元入口處防盜門(mén)安裝使用。本文介紹的電子門(mén)鈴則主 要從其它一些特殊功能的角度來(lái)設(shè)計(jì)。它通過(guò)對(duì)來(lái)訪(fǎng)者提供一些LCD文字和語(yǔ)音的提 示，使它既能給來(lái)訪(fǎng)者一個(gè)較好的感覺(jué)，又能

14、使主人(不在家時(shí))不錯(cuò)過(guò)一些來(lái)訪(fǎng)者。 本系統(tǒng)主要有語(yǔ)音提示，LCD顯示提示，以及響鈴，和外機(jī)按鍵等功能，其中本 設(shè)計(jì)的中心系統(tǒng)是由單片機(jī)AT89C51完成的，主要硬件電路有單片機(jī)、時(shí)鐘與復(fù)位電 路、選擇按鍵輸入電路、存儲(chǔ)電路、音頻發(fā)生器、音頻放大器、揚(yáng)聲器、1602LCD顯 示電路以及ISD1420語(yǔ)音提示電路。并給出了其完整的硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)方案與實(shí) 現(xiàn)方法。 第第 1 1 章章 緒論緒論 1.1 概述 微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大量使用將人類(lèi)社會(huì)帶入一個(gè)新的時(shí)代，單片微型計(jì)算機(jī) （簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)）在其中扮演著十分重要的角色。雖然它沒(méi)有常見(jiàn)的 PC 那樣大的體積和 重量，不會(huì)在辦公桌和控制臺(tái)上占據(jù)一

15、個(gè)顯要的位置，但它就像小小的螺絲釘一樣， 鑲嵌在人們工作生活中需要計(jì)算、控制、測(cè)量等智能活動(dòng)的各個(gè)角落。由于單片機(jī)的 控制功能強(qiáng)大、使用靈活、體積小、可靠性高、性?xún)r(jià)比高、用以產(chǎn)品化等特點(diǎn)，近年 來(lái)在智能儀器儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)控制、分布式多機(jī)系統(tǒng)、家用電氣等各個(gè)領(lǐng)域 都得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著重要的推動(dòng)作用， 對(duì)人們生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生了深刻的影響。 傳統(tǒng)的門(mén)鈴都是叮咚聲，所具備的功能較少，也比較弱，而且結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。根本 不能滿(mǎn)足這個(gè)飛速發(fā)展的社會(huì)的需要。 而現(xiàn)在主要是一種無(wú)繩電話(huà)可視門(mén)鈴對(duì)講系統(tǒng)，包括門(mén)口機(jī)和室內(nèi)機(jī)，所述門(mén)口 機(jī)與所述室內(nèi)機(jī)相互連接，所述的門(mén)

16、口機(jī)，包括攝像頭及音頻電路，所述室內(nèi)機(jī)，包 括連接到電話(huà)線(xiàn)的第一通訊模塊；還包括與所述室內(nèi)機(jī)無(wú)線(xiàn)連接的移動(dòng)終端，所述室 內(nèi)機(jī)還包括控制模塊、視頻發(fā)射模塊以及用于在第一通訊模塊和視頻發(fā)射模塊間切換 的電話(huà)開(kāi)關(guān)模塊，所述電話(huà)開(kāi)關(guān)模塊分別與控制模塊和第一通訊模塊連接，所述移動(dòng) 終端包括與第一通訊模塊無(wú)線(xiàn)連接的第二通訊模塊以及與所述視頻發(fā)射模塊無(wú)線(xiàn)連接 的視頻接收模塊，其中所述第一通訊模塊與第二通訊模塊之間采用時(shí)分雙工通訊。本 發(fā)明通過(guò)采用移動(dòng)終端進(jìn)行對(duì)講和控制，使得可視門(mén)鈴對(duì)講可在任意位置進(jìn)行同時(shí)具 備無(wú)繩電話(huà)功能。將來(lái)的門(mén)鈴將會(huì)更智能化，更人性化，滿(mǎn)足人類(lèi)各種需要。 本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)門(mén)鈴系統(tǒng)在語(yǔ)音

17、提示中文、LCD 顯示英文以及響鈴（主要是各 種不同的音樂(lè)）功能的實(shí)現(xiàn)。 1.2 課題的總體設(shè)計(jì)及思路 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是屬于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功能的典型應(yīng)用，通用性很強(qiáng)，在人們?nèi)粘Ｉ?活中有著廣泛的應(yīng)用。 本系統(tǒng)以單片機(jī) 89C51 為核心，其硬件電路由單片機(jī)、時(shí)鐘與復(fù)位電路、選擇按 鍵輸入電路、存儲(chǔ)電路、音頻發(fā)生器、音頻放大器、揚(yáng)聲器、LCD 顯示電路以及語(yǔ)音 電路。主要功能是當(dāng)主人在家時(shí)，將開(kāi)關(guān)打在“IN” ，來(lái)訪(fǎng)者來(lái)時(shí)按鈴，語(yǔ)音提示： “請(qǐng)稍后，馬上就來(lái)開(kāi)門(mén)”，LCD 顯示：“Please wait for a moment!”并且音樂(lè)響起； 當(dāng)主人不在家時(shí)，將開(kāi)關(guān)打在“OUT” ，來(lái)訪(fǎng)者來(lái)時(shí)按

18、鈴，語(yǔ)音提示：“家里沒(méi)人，請(qǐng) 留言姓名，謝謝！”LCD 顯示：“Please visit me later!”此時(shí)不響音樂(lè)。本設(shè)計(jì)主要由 單片機(jī) AT89C51 構(gòu)成核心電路，由 LM386 構(gòu)成音頻放大，由 1602LCD 構(gòu)成顯示電路， 由 ISD1420 構(gòu)成語(yǔ)音錄放電路。系統(tǒng)帶有選擇按鍵控制功能，對(duì)主人是否在家提供主 觀(guān)上的選擇，當(dāng)主人在家，但不愿意別人的打擾，這時(shí)也可以將選擇按鍵控制為 “OUT” ，這樣大大不僅具有控制方便簡(jiǎn)單和靈活性大的特點(diǎn)，而且提高了人性化的特 點(diǎn)，從而大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。 進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如下問(wèn)題： 1由 1602LCD 構(gòu)成的顯示電路，將要顯示兩句話(huà)“

19、Please wait for a moment!” “Please visit me later!”這兩句話(huà)的程序原代碼設(shè)計(jì)； 2由 ISD1420 語(yǔ)音芯片構(gòu)成語(yǔ)音提示電路中，錄音和放音的過(guò)程。 3硬件電路的連接實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 硬件電路的設(shè)計(jì)框圖如圖 1-1 所示。 時(shí)鐘復(fù)位電路 AT89C51單 片機(jī) 音頻放大器 按鍵輸入電路 1602LCD顯示電 路 揚(yáng)聲器 音頻發(fā)生器 ISD1420語(yǔ)音提 示電路 圖1-1 設(shè)計(jì)框圖 第第 2 章章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 2.1 硬件最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1.1 核心芯片 AT89C51 簡(jiǎn)介 該設(shè)計(jì)所用主要芯片是 AT89C51，現(xiàn)對(duì)各組成部分的情況介

20、紹如下：中央處理器， 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，定時(shí)器，串行口，中斷控制系統(tǒng)，以及時(shí)鐘復(fù)位 電路等等。 AT89C51 芯片引腳圖如圖 2-1 所示，芯片引腳介紹： AT89C51 1 2 22 2120 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/ VPD （ RXD ）P3.0 （ TXD ）P3.1 （INTO ）P3.2 （INT1）P3.3 （T0）P3.4 （

21、T1）P3.5 （ WR ）P3.6 （RD ）P3.7 XTAL 2 XTAL 1 VSS VCC P0.0（AD 0） P0.1（AD 1） P0.6（AD 6） P0.5（AD 5） P0.4（AD 4 ）P0.3（AD 3 ） P0.2（AD 2） P0.7（AD 7） P2.0（A8） P2.1（A9） P2.2（A10） P2.3（A11） P2.4（A12） P2.5（A13） P2.6（A14） P2.7（A15） PSEN ALE / PROG EA/VPP P1.0 P1.1 圖2-1 AT89C51引腳圖 P0 口：P0 口是開(kāi)漏雙向口?？梢詫?xiě)為 1，使其狀態(tài)為懸浮用作高

22、阻輸入，P0 也可 以在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地址的低字節(jié)，在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線(xiàn)。 此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出 1。 P1 口：P1 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，向 P1 口寫(xiě)入 1 時(shí) 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(shí)被外部拉低的 P1 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 P1 口第 2 功能：T2(P1.0)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入/時(shí)鐘輸出(見(jiàn)可編程輸出)。 T2EX(P1.1)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 重裝載控制。 P2 口：P2 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，向 P2 口寫(xiě)入 1 時(shí) 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(shí)被外

23、部拉低的 P2 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流 (見(jiàn) DC 電氣特性)在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)時(shí)分別作為地址高位字節(jié)和 16 位 地址(MOVX DPTR)此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送 1，當(dāng)使用 8 位尋址方式(MOV Ri)訪(fǎng) 問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口發(fā)送 P2 特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口：P3 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，向 P3 口寫(xiě)入 1 時(shí) 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(shí)被外部拉低的 P3 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流 (見(jiàn) DC 電氣特性)P3 口還具有以下特殊功能。 RXD(P3.0)串行輸入口 TXD(P3.1)串行輸出口 INT0(P3

24、.2)外部中斷 0 INT1(P3.3)外部中斷 1 T0(P3.4)定時(shí)器 0 外部輸入 T1(P3.5)定時(shí)器 1 外部輸入 WR(P3.6)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào) RD(P3.7)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào) ALE：地址鎖存使能。在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情 況 ALE 輸出信號(hào)恒定為 1/6 振蕩頻率并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)，注意每次訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù) 據(jù)時(shí)一個(gè) ALE 脈沖將被忽略 ALE 可以通過(guò)置位 SFR 的 auxlilary0 禁止置位后 ALE 只 能在執(zhí)行 MOVX 指令時(shí)被激活。 PSEN：程序存儲(chǔ)使能。當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器代碼時(shí)，PSEN 每個(gè)機(jī)器周期被激活

25、兩次，在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) PSEN 無(wú)效訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí) PSEN 無(wú)效。 EA：當(dāng)此腳為低電平時(shí)，對(duì) ROM 的操作限定在外部程序存儲(chǔ)器，而它為高電平時(shí)， 則對(duì) ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器。 XTAL1：晶體 1 反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入。 XTAL2：晶體 2 反相振蕩放大器輸出【1】。 2.1.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或 操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，也需要按

26、復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。 在振蕩器工作時(shí)將 RST 腳保持至少兩個(gè)機(jī)器周期高電平，12 時(shí)鐘模式為 24 個(gè)振 蕩器周期，6 時(shí)鐘模式為 12 振蕩器周期，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。為了保證上電復(fù)位的可靠 RST 保持高電平的時(shí)間至少為振蕩器啟動(dòng)時(shí)間通常為幾個(gè)毫秒再加上兩個(gè)機(jī)器周期復(fù)位后 振蕩器以 12 時(shí)鐘模式運(yùn)行當(dāng)已通過(guò)并行編程器設(shè)置為 6 時(shí)鐘模式時(shí)除外。 單片機(jī)在 RESET 為高電平控制下，程序計(jì)數(shù)器（PC）和特殊功能寄存器的復(fù)位如 表 21 所示。單片機(jī)的復(fù)位并不影響芯片內(nèi)部 RAM 狀態(tài)，只要 RESET 引腳保持高 電平，單片機(jī)將循環(huán)復(fù)位。在復(fù)位有效期間內(nèi)，ALEPSEN 將輸出高電平【1】。 表

27、 2-1 復(fù)位后寄存器狀態(tài) 寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài) PC0000HTMOD00H ACC00HTCON00H B00HTL000H PSW00HTH000H SP07HTL100H DPTR0000HTH100H P0P30FFHSCON00H IPBSBUF不定 IE0PCON00000 本次設(shè)計(jì)復(fù)位電路，如圖 2-2 所示。 20F 10k RESET VCC RES 圖2-2 復(fù)位電路 2.1.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路產(chǎn)生與單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步 時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格的按 時(shí)序進(jìn)行工作。而時(shí)序所

28、研究的則是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互時(shí)間的關(guān)系。 在 51 芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端 引腳為 XTAL2，在芯片的外部通過(guò)這兩個(gè)腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電 路，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器6。如圖 2-3 所示： 30pF 30pF 12MHZ XTAL1 XTAL2 圖2-3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 內(nèi)部程序存振蕩晶體可在 1.2MHz12MHz 之間選擇，電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但在電 容值取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CX1、CX2 可在 20pF100pF 之間取值，但在 60pF70pF 時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)

29、定性。本設(shè)計(jì) 選取晶振為 12MHz，電容為 30pH【2】。 2.1.4 存儲(chǔ)器的分配 AT89C51 的內(nèi)部共有 256 個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元，通常把著 256 個(gè)單元按其功能劃分 為兩部分：低 128 單元和高 128 單元。 其中內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的分配情況如圖 2-4 所示： 特殊功能 寄存器 數(shù)據(jù) 緩沖區(qū) 位尋址區(qū) 128位 工作寄存器區(qū) 4組R0-R7 FFH 80H 7FH 30H 2FH 20H 1FH 10H 圖 2-4 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 2.2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 2.2.1 DS1302 芯片簡(jiǎn)介 在以單片機(jī)為核心構(gòu)成的裝置中，經(jīng)常需要一個(gè)實(shí)時(shí)的時(shí)鐘和日歷，以便對(duì)一些 實(shí)時(shí)發(fā)生事件記

30、錄時(shí)給予時(shí)標(biāo)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片便可起到這一作用，過(guò)去多用并行接口 的時(shí)鐘芯片，如 MC，DS12887 等。它們已能完全滿(mǎn)足單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的要求， 但是這些芯片與單片機(jī)接口復(fù)雜、占用地址，數(shù)據(jù)總線(xiàn)接線(xiàn)多、芯片體積大占用空間 多，近年來(lái)串行接口的各種芯片在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用愈來(lái)愈多，串行接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 芯片也出現(xiàn)了不少，DS1302 是一個(gè)綜合性能較好且價(jià)格便宜的串行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。 2.2.2 DS1302 結(jié)構(gòu)框圖與引腳介紹 電源控制 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 輸入移位 寄存器 命令和 控制邏輯 31*8 RAM 振蕩器 和分頻器 /RST SCLK VCC1 VCC2 GND I/O DATA BUS

31、ADDRESS BUS 圖2-5 DS1302結(jié)構(gòu)框圖 1結(jié)構(gòu)框圖與引腳介紹 DS1302 原理框圖見(jiàn)圖 2-5 所示。DS1302 是一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片， 附加有 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線(xiàn)接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可以采用突發(fā) 方式，一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM 數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以提供秒、分、時(shí)、日、 星期、月和年，一個(gè)月小于 31 日時(shí)可自動(dòng)調(diào)整，包括閏年，有效至 2100 年?？梢圆?用 12h 或 24h 方式計(jì)時(shí)，采用雙電源供電，可設(shè)置備用電源充電方式，同時(shí)提供了對(duì) 后備電源進(jìn)行涓流充電的能力。7 個(gè)附加字節(jié)的暫存寄存器，包括移位寄存器、

32、控制邏 輯、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和 RAM。芯片為 8 引腳小型 DIP 封裝，引腳排列如圖 2-6 所示 【3】。 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC2 X1 X2 GND VCC1 SCLK IO RST 圖2-6 DS1302引腳排列 DS1302 具有一個(gè)可編程的涓流充電器，主電源和備份電源的雙電源引腳，7 個(gè)附 加字節(jié)的暫存寄存器，包括移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和 RAM。引腳 描述如下： GND電源地； VCC1在單電源供電系統(tǒng)中的電源引腳，在雙電源系統(tǒng)中接備份電源； VCC2在雙電源供電系統(tǒng)中的主電源引腳，DS1302 由 VCC1 和 VCC2 兩者中 較大者供電，

33、當(dāng) VCC2 小于 VCC1 時(shí)，VCC1 給 VCC2 供電； SCLK串行接口的同步時(shí)鐘； I/O雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)引腳； /RST復(fù)位信號(hào)，在一個(gè)讀寫(xiě)期間必須保持高電平； X1，X2連接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 32768HZ 石英晶體。DS1302 也可用外部振蕩器驅(qū)動(dòng)， 這時(shí) X1 引腳連接外部振蕩器信號(hào)，X2 懸浮。 2DS1302 功能： 命令字節(jié)每次數(shù)據(jù)傳輸由命令字節(jié)開(kāi)始，MSB(位 7)必須是邏輯 1，若該位是 0，則禁止操作 DS1302，位 6 為 0 時(shí)選擇實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷數(shù)據(jù)，位 6 為 l 時(shí)選擇 RAM 數(shù)據(jù)，位 5l 選擇操作的寄存器，LSB(位 0)選擇寫(xiě)操作(邏輯 0)或讀操作(邏

34、輯 l)。 復(fù)位和時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)是由 RST 置為高電平開(kāi)始的，RST 啟動(dòng)控制 邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器，一個(gè)時(shí)鐘周期是一個(gè)下降沿緊跟一個(gè)上升 沿，數(shù)據(jù)輸入的時(shí)候，在時(shí)鐘上升沿?cái)?shù)據(jù)必須有效；如果 RST 變低，所有數(shù)據(jù)傳送即 被終止，I/0 引腳到一個(gè)高阻狀態(tài)。在電源上電過(guò)程中，RST 必須保持邏輯 0，直到 VCC 大于 2.0V，在 RST 由 0 變 1 的過(guò)程中，SCLK 必須是邏輯 0。 數(shù)據(jù)輸入輸入命令字節(jié) 8 個(gè)時(shí)鐘周期之后，在下 8 個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿輸人 數(shù)據(jù)，若有額外的 SCLK 周期是不予理睬的，數(shù)據(jù)輸入開(kāi)始位是位 0。 數(shù)據(jù)輸出輸入讀命令字節(jié) 8

35、 個(gè)時(shí)鐘周期之后，在下 8 個(gè)時(shí)鐘周期的下降沿?cái)?shù) 據(jù)被送出，注意：第一個(gè)數(shù)據(jù)位被送出發(fā)生在寫(xiě)命令字節(jié)最后一位的第一個(gè)下降沿， 數(shù)據(jù)輸出開(kāi)始位為位 0【4】。 3DS1302 的寄存器 DS1302 共有 12 個(gè)寄存器，其中有 7 個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位 為 BCD 碼形式，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字如表 2-2 所列。 此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)除充電寄存器外的所有寄存 器內(nèi)容。DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類(lèi)，一類(lèi)是單個(gè) RAM 單元，共 31 個(gè)，

36、每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè) 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 COHFDH，其中奇數(shù)為讀操作， 偶數(shù)為寫(xiě)操作；另一類(lèi)為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫(xiě)所有的 RAM 的 31 個(gè)字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫(xiě))、FFH(讀)。 表 2-2 DS1302 的日歷、時(shí)鐘寄存器及其控制字 命令字各位內(nèi)容寄存器名 寫(xiě)操作讀操作 取值范圍 76543210 秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC 分寄存器82H83H0059010MINMIN 時(shí)寄存器84H85H0112 或 002312/24010HRHR 日寄存器86H87H0128、29、30、310010DATEDATE 月寄存

37、器88H89H011200010MMONTH 周寄存器8AH8BH010700000DAY 年寄存器8CH8DH009910YEARYEAR 2.2.3 DS1302 與單片機(jī)的硬件電路的設(shè)計(jì) DS1302 與單片機(jī)的連接僅需要 3 條線(xiàn)，即 SCLK、I/O、RST。VCC2 在單電源與 電池供電的系統(tǒng)中提供低電源并能提供低功率的電池備份。VCC2 在雙電源系統(tǒng)中提 供電源，在這種運(yùn)行方式下 VCC1 連接到備份電源，以便在沒(méi)有主電源的情況下能保 存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302 由兩者中的較大者供電。當(dāng) VCC2 大于 VCC1+0.2v 時(shí)， VCC2 給 DS1302 供電。當(dāng) VCC

38、2 小于在單片機(jī)系統(tǒng)中使用 VCC1 的時(shí)候，DSl302 由 VCC1 供電。 在本設(shè)計(jì)中，以 AT89C51 為主器件，DS1302 為從器件，RST 接在主器件 P3.2 上， 此引腳為高位的時(shí)候，選中該芯片，對(duì)其進(jìn)行操作。串行數(shù)據(jù)線(xiàn) I/O 與串行時(shí)鐘線(xiàn) SCLK 分別接在 P3.1 和 P3.0 上，所有的單片機(jī)地址、命令及數(shù)據(jù)均通過(guò)這兩條線(xiàn)傳輸。 在此設(shè)計(jì)中，主器件在總線(xiàn)上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，尋址信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)，而從器件則相應(yīng) 接受數(shù)據(jù)，送出數(shù)據(jù)。對(duì) DS1302 的每一次讀寫(xiě)都需要 16 個(gè)時(shí)鐘脈沖，前 8 個(gè)脈沖輸 入操作地址和讀寫(xiě)命令。電路圖如圖 2-7 所示。 10pF 10pF

39、 32.768 kHz VCC2 X1 X2 GND VCC1 SCLK IO R/S/T/ +5V+3.6V P30 P31 P32 圖2-7 時(shí)鐘芯片電路 2.3 顯示提示電路的設(shè)計(jì) 2.3.1 液晶顯示原理 1液晶顯示原理 液晶顯示器利用液晶的物理特性，通過(guò)外加電壓對(duì)顯示區(qū)域進(jìn)行控制，可以顯示字 符或圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩 色顯示的特點(diǎn)，廣泛用于便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA 移動(dòng)通信工具等領(lǐng)域。 2液晶顯示器的分類(lèi) 液晶顯示的分類(lèi)方法很多，按顯示方式可分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白 顯示外，液晶顯示器還有多灰度、彩色顯示等。如果根據(jù)

40、驅(qū)動(dòng)方式，可以分為靜態(tài)驅(qū) 動(dòng)(static)、單純矩陣驅(qū)動(dòng)(simple Matrix)和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)(Active Matrix)等三種【5】。 3液晶顯示器各種類(lèi)形的顯示原理 (1)線(xiàn)段的顯示 點(diǎn)陣圖形式液晶由 M*N 個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列對(duì)應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，則每行由 16 字節(jié)，共 16*8=128 個(gè)點(diǎn)組成。屏上的 64*l6 個(gè)顯示單元與顯示 RAM 區(qū) 1024 個(gè)字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相 應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如，屏的第一行的亮或暗，由 R 人 M 區(qū)的 000H00FH 的 16 字 節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)

41、(000H)=FFH 時(shí)，屏幕的左上角顯示一條短亮線(xiàn)，長(zhǎng)度為 8 個(gè)點(diǎn)；當(dāng) (3FFH)=FFH 時(shí)，屏幕的右下角顯示一條短亮線(xiàn)；當(dāng)（000H）=FFHF、(001H) =00H、(002H)=00H、(00EH)=00H、(00FH)=00H 時(shí)，在屏幕的頂部顯示一條由 8 段亮 線(xiàn)和 8 條暗線(xiàn)組成的虛線(xiàn)。 (2)字符的顯示 用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 6*8 或 8*8 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示 屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“l(fā)” ，其他 的為”0”，(為“1”的點(diǎn)亮，為”0”的不亮)，這樣就組成了某個(gè)字符。對(duì)于內(nèi)帶字符發(fā) 器

42、的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，并在 此處送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。 (3)漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形方式。事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼，每個(gè) 漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 1、3、5右邊為 2、4、6，根據(jù) 在 LCD 上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)， 送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三 個(gè)字節(jié)，直到 32B 顯示完，就可以在 LCD 上得到一個(gè)完整漢字16

43、。 2.3.2 SMC1602 芯片簡(jiǎn)介 字符型液晶顯示模塊是專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣式 LCD，目前常 用的有 16*1、16*2、20*2 和 40*2 行等。下面以 1602 字符型液晶顯示器為例，介紹其 用法，實(shí)物如圖 2-8 所示【16】。 圖 2-8 1602 實(shí)物圖 11602LCD 的引腳功能 表 2-3 1602LCD 的引腳功能表 編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明 1VSS電源地 9D2數(shù)據(jù) 2VDD電源正極 10D3數(shù)據(jù) 3VL液晶顯示偏壓 11D4數(shù)據(jù) 4RS數(shù)據(jù)命令選擇 12D5數(shù)據(jù) 5R/W讀/寫(xiě)選擇 13D6數(shù)據(jù) 6E使能信號(hào) 14D7數(shù)據(jù) 7D0數(shù)據(jù)

44、 15BLA背光源正極 8D1數(shù)據(jù) 16BLK背光源負(fù)極 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn) 14 腳(無(wú)背光)或 8 腳(帶背光)接口，各引腳功能如表 2-3 所示。 VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接電源正極時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高。 若對(duì)比度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生“鬼影” ，使用時(shí)可以通過(guò)一只 10K 電阻來(lái)調(diào)整對(duì)比度。 RS 為寄存器選擇端，RS 為高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，為低電平時(shí)選擇指令寄存 器。 R/W 為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，為高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，為低電平時(shí)為寫(xiě)操作。當(dāng) Rs 和 R/W 同為低電平時(shí)可以寫(xiě)人指令或者顯示地址；當(dāng) RS 為低電平、R/W 為高電平時(shí)可 以讀忙信號(hào)；當(dāng) RS 為高電平、R/

45、W 為低電平時(shí)可以寫(xiě)人數(shù)據(jù)。 E 為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)。 21602LCD 的指令說(shuō)明及時(shí)序 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 2-4 所示。 表 2-4 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器的 11 條控制指令 序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0 1清顯示0000000001 2光標(biāo)返回000000001/ 3置輸入模式00000001I/DS 4顯示開(kāi)/關(guān)控制0000001DCB 5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L/ 6置功能00001DLNF/ 7置字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址000

46、1字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址 8置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址001顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址 9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址 10寫(xiě)數(shù)到 CGRAM 或 DDRAM10要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11從 CDRAM 或 DDRAM 讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 1602 液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置。 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移。 S：屏幕上所有文字是否左移或者右移，高電平表示有效，低電平則無(wú)效。 指令 4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)

47、與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示；C：控制光標(biāo) 的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo)；B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃 爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位。 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 指令 6：功能設(shè)置命令。 DL：高電平時(shí)為 4 位總線(xiàn)，低電平時(shí)為 8 位總線(xiàn)；N：低電平時(shí)為單行顯示，高電 平時(shí)雙行顯示；F：低電平時(shí)顯示 5*7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5*10 的點(diǎn)陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 8：DDRAM 地址設(shè)置。 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址。 BF：忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)；低電平表示不忙。 指令 10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 與 SMC1602 芯片的時(shí)序如表 2-5 所示。 表 2-5 基本時(shí)序表 讀狀態(tài)輸入RS=L、R/W=H、