多功能打鈴系統(tǒng),多功能,打鈴,系統(tǒng) 浙江工業(yè)大學浙西分校畢業(yè)設計（論文）題　　目： 全自動多功能打鈴系統(tǒng) 作　　者： 韓 斐 系 （部）： 信息與電子工程系 專業(yè)班級： 03 電氣 　 　指導教師： 濮陽擯 職　　稱：　 信電系教授　 　2006 年 06 月 08 日浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 1 頁目錄第一章：前言…………………………………………………………………………2第一節(jié)：設計要求 ………………………………………………………………2第二節(jié)：單片機發(fā)展歷程………………………………………………………2第二章：摘要…………………………………………………………………………3第三章：設計綜述……………………………………………………………………4第一節(jié)：中文資料………………………………………………………………4第二節(jié)：英文資料………………………………………………………………4第四章：硬件部分設計方案…………………………………………………………5第一節(jié)：單片機的選擇…………………………………………………………7AT89 單片機的特點…………………………………………………………7AT8989 系列單片機結構簡況………………………………………………8第二節(jié)：鍵盤與顯示電路………………………………………………………8鍵盤輸入電路………………………………………………………………9顯示輸出電路………………………………………………………………10第三節(jié)：打鈴系統(tǒng)輸出部分設計………………………………………………13固態(tài)繼電器系統(tǒng)設計………………………………………………………13交流電鈴選取設計…………………………………………………………14第四節(jié)：X25043 芯片描述設計…………………………………………….16第五節(jié)：片外資源的擴展………………………………………………………23第六節(jié) 5V 穩(wěn)壓電源 ……………………………………………………………24第五章：抗干擾措施…………………………………………………………………25 第六章：軟件部分設計方案…………………………………………………………26第一節(jié)：設計總體思路…………………………………………………………26第二節(jié)：框架流程浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 2 頁圖……………………………………………………………28第三節(jié)：單片機資源分配………………………………………………………30第四三節(jié)：程序列表………………………………………………………………軟件 2831第七章：結論…………………………………………………………………………60第八章:英文資料……………………………………………………………………61第九章：中文資料……………………………………………………………………71第十章：文獻綜述……………………………………………………………………75附錄：參考資料………………………………………………………………………75致謝第一章前言1.1任務與要求設計基本參數(shù)及技術要求：1、正常情況下能顯示時鐘：用 LED 顯示器顯示年份、月份、日期、星期及時、分、秒等信息； 2、能自動修正時間：可通過按鍵修改上述年、月、日、時、分、秒等數(shù)據(jù)；3、具有定時功能：可通過按鍵輸入需要定時的時間，定時時間到了后能發(fā)出聲光信號；4、可以任意設定一天的打鈴時間：通過按鍵輸入每節(jié)課的時間，課間的休息時間及中飯、晚飯等時間間隔值；1.2 單片機發(fā)展歷程浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 3 頁單片機誕生于 20 世紀 70 年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、SoC 三大階段。1.SCM 即單片微型計算機（ Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構。 “創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM 與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel 公司功不可沒。2.MCU 即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統(tǒng)相關，因此，發(fā)展MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看，Intel 逐漸淡出 MCU 的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當數(shù)Philips 公司。Philips 公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將 MCS-51 從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績。3.單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC 化趨勢。隨著微電子技術、IC 設計、EDA 工具的發(fā)展，基于 SoC 的單片機應用系統(tǒng)設計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)第二章浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 4 頁摘要系統(tǒng)核心：AT89C51特性? 與 MCS-51 產(chǎn)品兼容? 在系統(tǒng)內有可編程的4KB閃存? 耐久性: 1,000 寫/擦除周期? 全靜態(tài)工作: 0 Hz－24 MHz? 三級程序存儲器保密? 128 x 8字節(jié)的內部RAM? 32 條可編程I/O 線? 兩個 16 位的定時/計數(shù)器? 六個中斷源? 空閑模式和掉電方式AT89C51 是一個帶有 4K 字節(jié)閃速可編程可擦寫只讀存儲器(EEPROM) 的低壓、高性能 8 位 CMOS 微型計算機。它采用 ATMEL 的高密非易失存儲技術制造并和工業(yè)標準 MC-51 指令集和引腳結構兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 CPU 和閃速存儲器，ATMEL89C51 是一個強勁的微型機算計，它對許多嵌入式控制應用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。本多功能打鈴設計應用 AT89 單片機的中斷定時系統(tǒng)，進行定時、時間設置、打鈴等功能，是嵌入系統(tǒng)的一個典型應用。關鍵字：嵌入系統(tǒng) AT89 多功能打鈴浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 5 頁AT89C51Features? Compatible with MCS-51? Products? 4K Bytes of In-System Reprogrammable Flash Memory? Fully Static Operation: 0 Hz to 24 MHz? Three-level Program Memory Lock? 128 x 8-bit Internal RAM? 32 Programmable I/O Lines? Two 16-bit Timer/Counters? Six Interrupt Sources? Programmable Serial Channel? Low-power Idle and Power-down ModesThe AT89C51 is a low-power， high-performance CMOS 8-bit microcomputer with 4K bytes of Flash programmable and erasable read only memory (PEROM). The device is manufactured using Atmel’s high-density nonvolatile memory technology and is compatible with the industry-standard MCS-51 instruction set and pinout. The on-chip Flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a conventional nonvolatile memory programmer. By combining a versatile 8-bit CPU with Flash on a monolithic chip，the Atmel AT89C51 is a powerful microcomputer which provides a highly-flexible and cost-effective solution to many embedded control applic- ations第三章浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 6 頁浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 7 頁中文資料參考資料1.AT89C51特性? 與 MCS-51 產(chǎn)品兼容? 在系統(tǒng)內有可編程的 4KB 閃存? 耐久性: 1,000 寫/擦除周期? 全靜態(tài)工作: 0 Hz－24 MHz? 三級程序存儲器保密? 128 x 8 字節(jié)的內部 RAM? 32 條可編程 I/O 線? 兩個 16 位的定時/計數(shù)器? 六個中斷源? 空閑模式和掉電方式浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 8 頁描述AT89C51 是一個帶有 4K 字節(jié)閃速可編程可擦寫只讀存儲器(EEPROM)的低壓、高性能 8 位 CMOS 微型計算機。它采用 ATMEL 的高密非易失存儲技術制造并和工業(yè)標準 MC-51 指令集和引腳結構兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 CPU 和閃速存儲器，ATMEL89C51 是一個強勁的微型機算計，它對許多嵌入式控制應用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。關鍵字：單片機 AT89 多功能打鈴AT89C51Features? Compatible with MCS-51? Products? 4K Bytes of In-System Reprogrammable Flash Memory? Fully Static Operation: 0 Hz to 24 MHz? Three-level Program Memory Lock? 128 x 8-bit Internal RAM? 32 Programmable I/O Lines? Two 16-bit Timer/Counters? Six Interrupt Sources? Programmable Serial Channel? Low-power Idle and Power-down Modes浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 9 頁DescriptionThe AT89C51 is a low-power， high-performance CMOS 8-bit microcomputer with 4K bytes of Flash programmable and erasable read only memory (PEROM). The device is manufactured using Atmel’s high-density nonvolatile memory technology and is compatible with the industry-standard MCS-51 instruction set and pinout. The on-chip Flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a conventional nonvolatile memory programmer. By combining a versatile 8-bit CPU with Flash on a monolithic chip，the Atmel AT89C51 is a powerful microcomputer which provides a highly-flexible and cost-effective solution to many embedded control applic- ations.浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 10 頁浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 11 頁設計綜述主控器件選擇 AT89S51 單片機，他內部有 4k 字節(jié)閃存，可擦寫次數(shù)為1000 次，128 字節(jié)的 RAM,16 位的定時/記數(shù)器，芯片內部自帶 Watchdog 電路.總線 DBO-DB7 通過鎖存器 74LS374 去控制 LED(七段數(shù)碼管共陽極)的顯示。價格在 200 元左右，適合本課題，并且價格便宜。接線方面我們使用 P3.2 控制 DS12887。當調用或讀寫 DS12887 內的數(shù)據(jù)時，P3.2 置 0，操作完成后置 1 , P3.1 控制發(fā)光二極管作顯示的秒閃信號。P3.0 控制啟動外部設備，當需要啟動時，P3.0 輸出低電平，使光藕工作，光藕的輸出信號使繼電器的吸合來控制設備啟動.采用 6MHz 晶振接 XTALI 和 XTAL2。單片機復位鍵通過 10u F 電解電容接高電平，10k 電阻接地，以保證當復位鍵由高電位變?yōu)榈碗娢粫r，自動復位。大致框架如下：浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 12 頁我采用 AT89S51 的 Pl C!的五個引腳對按鍵進行控制，P3.0 ,P3.1 和 P3.2三個端口分別控制繼電器、發(fā)光二極管(秒閃)和時鐘芯片 DS 12887。通過74LS138 譯碼器控制四個鎖存器 74HC374,實現(xiàn)時和分的 LED 顯示。通過光藕來控制繼電器，實現(xiàn)外部設備的啟動。五個功能按鍵實現(xiàn)了對基準時間和定時時間的設定、修改和清零等全部操作。同時在程序的執(zhí)行過程中加入了看門狗電路，使得在程序運行的過程中，在程序跑飛的情況下及時復位。從而提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力. 在工作狀態(tài)下，單片機通過查詢子程序對 DS 12887 p7 部地址 OOH(秒) 、02H( 分)和 04H(時)的提取，經(jīng)過顯示子程序，送到外部LED 進行時和分的顯示 .利用 DS 12887 可利用的 114 個字節(jié)進行對定時時間的存儲。通過時間比較子程序每分鐘都對存儲的定時時間和 DS 12887 的走時時間進行比較，當定時時間和走時時間相等時。P3.0 的輸出低電平，執(zhí)行啟動外部設各操作。具體單片機型號：ATMEL89 系列單片機（簡稱 89 系列單片機）是 ATMEL 公司的 8 位 FLASH單片機系列。這個系列單片機的最大特點就是在片內含有 FLASH 存儲器。因此，有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式、省電和特殊信息保存的儀器系統(tǒng)中顯得更為有用。第四章浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 13 頁浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 14 頁中文資料參考資料1.AT89C51特性? 與 MCS-51 產(chǎn)品兼容? 在系統(tǒng)內有可編程的 4KB 閃存? 耐久性: 1,000 寫/擦除周期? 全靜態(tài)工作: 0 Hz－24 MHz? 三級程序存儲器保密? 128 x 8 字節(jié)的內部 RAM? 32 條可編程 I/O 線浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 15 頁? 兩個 16 位的定時/計數(shù)器? 六個中斷源? 空閑模式和掉電方式描述AT89C51 是一個帶有 4K 字節(jié)閃速可編程可擦寫只讀存儲器(EEPROM)的低壓、高性能 8 位 CMOS 微型計算機。它采用 ATMEL 的高密非易失存儲技術制造并和工業(yè)標準 MC-51 指令集和引腳結構兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 CPU 和閃速存儲器，ATMEL89C51 是一個強勁的微型機算計，它對許多嵌入式控制應用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。關鍵字：單片機 AT89 多功能打鈴AT89C51Features? Compatible with MCS-51? Products? 4K Bytes of In-System Reprogrammable Flash Memory? Fully Static Operation: 0 Hz to 24 MHz? Three-level Program Memory Lock? 128 x 8-bit Internal RAM? 32 Programmable I/O Lines? Two 16-bit Timer/Counters浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 16 頁? Six Interrupt Sources? Programmable Serial Channel? Low-power Idle and Power-down ModesDescriptionThe AT89C51 is a low-power， high-performance CMOS 8-bit microcomputer with 4K bytes of Flash programmable and erasable read only memory (PEROM). The device is manufactured using Atmel’s high-density nonvolatile memory technology and is compatible with the industry-standard MCS-51 instruction set and pinout. The on-chip Flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a conventional nonvolatile memory programmer. By combining a versatile 8-bit CPU with Flash on a monolithic chip，the Atmel AT89C51 is a powerful microcomputer which provides a highly-flexible and cost-effective solution to many embedded control applic- ations.浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 17 頁浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 18 頁硬件部分設計方案4.1 單片機的選擇89 系列單片機是以 8031 為核心構成的。所以，它和 8051 系列單片機是兼容的系列。這個系列對于 8051 為基礎的系統(tǒng)來說，是十分容易進行取代和構成的。一、89 系列單片機的特點：(1).內部含 FLASH 存儲器。(2).和 AT80C51 插座兼容。(3).靜態(tài)時鐘方式。(4).錯誤編程亦無廢品產(chǎn)生。(5).可反復進行系統(tǒng)試驗。二、89 系列單片機結構簡況89 系列單片的內部結構和 80C51 相近，主要含有如下一些部件。(1).8031CPU。(2).振蕩電路。浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 19 頁(3).總線控制部件。(4).中斷控制部件。(5).片內 Flash 存儲器。(6).片內 RAM。(7).并行 I/O 接口。(8).定時器。(9).串行 I/O 接口。本次設計采用的是 AT89C51 單片機。我們從系統(tǒng)硬件原理框圖可以看到，在該系統(tǒng)中，單片機 AT89C51 是該系統(tǒng)的核心，它將完成脈沖的讀取與傳送。AT89C51 是一種低功耗 、低電壓、高性能的 8 位單片機，片內帶有一個 4KB的 Flash 可編程、可擦除、只讀存儲器，它采用了ＣＭＯＳ工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲器技術,而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS-51 兼容。AT89C51 主要性能：4KB 可改編程序 Flash 存儲器（可經(jīng)受 1000 次的寫入/ 擦除） 。全靜態(tài)工作：0Hz ～24MHz 。3 級程序存儲器保密。128×8 字節(jié)內部 RAM。32 條可編程 I/O 線。2 個 16 位定時器/計數(shù)器。6 個中斷源?？删幊檀型ǖ?。片內時鐘振蕩器。另外，AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設計的，其工作頻率可下降到 0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式－空閑方式(Idle Mode)和掉電方式(Power Down Mode)。在空閑方式中， CPU 停止工作，而 RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結” ，使一切功能都暫停，故只保存片內 RAM 中的內容，直到下一次硬件復位為止。單片機 AT89C51 的封裝方式有雙列直插封裝(DIP)方式和方形封裝方式。對于雙列直插封裝方式，AT89C51 引腳排列如圖 3-4 所示。P1.0 VccP1.1 P0.0P1.2 P0.1P1.3 P0.2P1.4 P0.3P1.5 P0.4P1.6 P0.5P1.7 P0.61 402 39 3 384 375 36 6 357 348 339 3210 31 11 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 20 頁RESET P0.7P3.0 EA/VppP3.1 ALE/PP3.3 PSENP3.2 P2.7T0 P2.6T1 P2.5P3.6 P2.4P3.7 P2.3XTAL2 P2.2XTAL1 P2.1GND P2.0AT89C51 的引腳排列2. 引腳功能說明：(1).主電源引腳：Vcc：電源端。GND：接地端。(2).外接晶體引腳：XTAL1：接外部晶體的一個引腳。在單片機內部，它是構成片內振蕩器的反相放大器的輸入端。當采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：接外部晶體的另一個引腳。在單片機內部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，此引腳應懸浮不連接。(3).控制或其他電源復用引腳：RESET：復位輸入端。當振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的 1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘或用于定時目的。然而要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE 脈沖。在對 Flash 存儲器編程其期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG) 。PSEN：程序存儲允許(PSEN)輸出是外部程序存儲器的讀選通信號；EA/Vpp：外部訪問允許端；當 EA 端保持高電平（接 Vcc 端）時，CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器的程序。在Flash 存儲器編程期間，該引腳也用于施加 12V 的編程允許電源 Vpp（如果選用 12V 編程） 。 (4).輸入/輸出引腳： P0.0～P0.7，P1.0 ～P1.7，P2.0～P2.7 和 P3.0～P3.7P0 端口（P0.0～P0.7)：P0 是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅動 8 個 TTL 輸入，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，它是分時多路轉換的地址（低8 位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內部上拉電阻。在 Flash 編程時，P0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 21 頁驗證時，要求外接上拉電阻。P1 端口（P1.0～P1.7）：P1 是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。對端口寫 1 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P1 作輸入口使用時，因為又內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流(IIL)。在對 Flash 編程和程序校驗時，P1 接收低 8 位地址。P2 端口（P2.0～P2.7）：P2 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P2 的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。對端口寫 1 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2 作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流(IIL)。在對 Flash 編程和程序校驗時，P2 也接收高位地址和一些控制信號。P3 端口（P3.0～P3.7）：P3 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P3 的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。對端口寫 1 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3 作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流(IIL)。在對 Flash 編程和程序校驗時，P3 還接收一些控制信號。在 AT89C51 中，P3 端口還用于一些復用功能。其復用功能如表 3.2 所示。端口引腳 復用功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 INT0（外部中斷 0）P3.3 INT1（外部中斷 1）P3.4 T0（定時器 0 外部輸入）P3.5 T1（定時器 1 外部輸入）P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 各端口引腳與復用功能表以 AT89C51 單片機為中心構成的控制系統(tǒng)，由于程序存儲器在單片機內部，四個口都可以作為 I／O 使用，大大簡化了外圍電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。在本人設計的系統(tǒng)中，將 AT89C51 設計為多功能可編程接口，其相關程序固化在片內的 Flash ROM 中。在本次設計當中，P2 口工作在基本輸入輸出方式，控制 EEPROM 的讀寫，串行 EEPROM 電路用了一塊 X25045，它既能存儲編碼器的參數(shù)，防止掉電丟失，又擔當了監(jiān)控 CPU 的看門狗。P1 口的 P1.0－P1.3 工作在輸出狀態(tài)，控制 LED顯示；P1.4－ P1.7 用于操作鍵盤輸入信息。其中，計數(shù)傳感信號連到外部中斷INT0 端，它是正確編碼的關鍵信號。復位電路和晶振電路比較簡單，此處不再贅述。浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 22 頁4.2 鍵盤與顯示電路4.2.1 鍵盤輸入電路：鍵盤是一組開關的集合，是單片機系統(tǒng)中最常用的輸入設備之一，鍵盤接口必須解決以下一些問題：(1).檢測是否有鍵按下；(2).如有鍵按下，判定是哪一個鍵；(3).確定被按鍵的讀數(shù)；(4).反彈跳（去抖動） ；(5).不管一次按鍵持續(xù)的時間有多長，僅采用一個數(shù)據(jù)；(6).處理同時按鍵；鍵盤功能主要有按鍵識別、去抖、重鍵處理、發(fā)送掃描碼、自動重發(fā)、接收鍵盤命令、處理命令等。鍵盤可以分為獨立聯(lián)接式和矩陣式兩類，每一類按其譯碼方法又都可分為編碼及非編碼兩種形式。編碼鍵盤程序設計簡單，但硬件電路復雜，價格較高；非編碼鍵盤用軟件來實現(xiàn)識別鍵、編碼轉換、去抖等功能，硬件電路簡單，價格便宜?，F(xiàn)代微機系統(tǒng)中廣泛采用非編碼鍵盤，采用行掃描法識別按下的按鍵。在本次設計中我采用的是獨立聯(lián)接式非編碼鍵盤。這是最簡單的鍵盤結構，每一鍵互相獨立地各自接通一條輸入數(shù)據(jù)線，如圖 3-9 所示。任何一個鍵按下時，與之相聯(lián)的輸入數(shù)據(jù)線即被置 0（低電平） ，而平時該線為 1（高電平） 。要判別是否有鍵按下，用單片機的位處理指令，十分簡單和方便。獨立聯(lián)接式非編碼鍵盤按鍵的功能:按鍵 1：:執(zhí)行多項功能。只有該鍵按下時，表示可調走時時間，SET 鍵 ，設置鍵，通過他的輸入，確定當前系統(tǒng)狀態(tài)。此時可操作按鍵 4。當只有按鍵 3 按下時，該鍵按下，表示 56 條定時均清 0。浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 23 頁按鍵 2:：在只有按鍵 3 按下時，該鍵為定時時間的存儲顯示。前兩位為定時時間的小時位，后兩位為分鐘位。在只有按鍵 1 按下時，該鍵為走時時間清 0 鍵，此時走時時間的小時和分鐘均為 00,從 00:00 重新走時。加一按鍵，對系統(tǒng)選定的數(shù)值進行加一操作。按鍵 3：:定時時間的選擇。默認為第 0 條。鍵按下時加一。共 56 系統(tǒng)數(shù)值修改的位數(shù)選擇，即分，時，天，修改的選擇。條定時時間。依次循環(huán)顯示顯示器接口：按鍵 4：ENTER 鍵，確認鍵。4.2.2 顯示輸出電路在單片機系統(tǒng)中，最常用的兩種顯示器是發(fā)光二極管顯示器(LED)和液晶顯示器(LCD)。本次設計，我采用發(fā)光二極管顯示器。七段 LED 有共陰極與共陽極兩種。為了在七段 LED 上顯示字母或數(shù)字，必須將其轉換可通過硬件譯碼或軟件來實現(xiàn)。我選用 8155 芯片擴展來做顯示輸出電路。Intel8155 是一種多功能的可編程接口芯片，它具有 3 個可編程 I/O 端口（A 口和 B 口是 8 位，C 口是 16 位） 、1 個可編程 14 位定時器/計數(shù)器和 256B 的 RAM，能方便地進行 I/O 擴展和 RAM擴展，其組成框圖及引腳如圖所示。浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 24 頁256B靜 態(tài)RAM14位定 時 器計 數(shù) 器8155 為 40 腳雙列直插式封裝，其引腳的功能及特點說明如下：RESET：復位端，高電平有效。當 RESET 端加入 5us 左右寬的正脈沖時，8155 初始化復位，把 A 口、B 口、C 口均初始化為輸入方式。AD0-AD7：三態(tài)地址數(shù)據(jù)總線。采用分時方法區(qū)分地址及數(shù)據(jù)信息。通常與 MCS-51 單片機的 P0 口相連。其地址碼可以是 8155 中 RAM 單元地址或 I/O 地址。地址信息由 ALE 的下降沿鎖存到 8155 的地址鎖存器中，與 RD 和 WR 信號配合輸入或輸出數(shù)據(jù)。CE：片選信號端，低電平有效。它與地址信息一起由 ALE 信號的下降沿鎖存到 8155 的鎖存器中。IO/M：RAM 和 I/O 接口選擇端。IO/M=0 時，選中 8155 的片內 RAM，AD0-AD7 為 RAM 地址（00H-FFH） ；IO/M=1 時，選中 8155 片內 3 個 I/O 接口以及命令/狀態(tài)寄存器和定時器/計數(shù)器。AD0-AD7 為 I/O 接口地址，見下表AD0-AD7A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0選中的寄存器X X X X X 0 0 0 命令/狀態(tài)寄存器X X X X X 0 0 1 A 口（PA0-PA7）X X X X X 0 1 0 B 口（PB0-PB7）X X X X X 0 1 1 C 口（PC0-PC7）X X X X X 1 0 0 定時器/計數(shù)器低 8 位寄存器X X X X X 1 0 1 定時器/計數(shù)器高 6 位寄存器及輸出波形方式（2 位）RD：讀選通信號端，低電平有效。當 CE=0、RD=0 時，將 8155 片內 RAM 單元或I/O 接口的內容傳送到 AD0-AD7 總線上。WR：寫選通信號端，低電平有效。當 CE=0、WR=0 時，將 CPU 輸出送到AD0-AD7 總線上的信息寫到片內 RAM 單元或 I/O 接口中。浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 25 頁ALE：地址鎖存允許信號端。ALE 信號的下降沿將 AD0-AD7 總線上的地址信息和 CE 及 IO/M 的狀態(tài)信息都鎖存到 8155 內部鎖存器中。PA7-PA0：A 口通用輸入/輸出線。它由命令寄存器中的控制字來決定輸入/輸出。PB7-PB0：B 口通用輸入/輸出線。它由命令寄存器中的控制字來決定輸入/輸出。PC5-PC0：可用編程的方法來決定 C 口作為通用輸入/輸出線或作 A 口、B 口數(shù)據(jù)傳送的控制應答聯(lián)絡線。TIMER IN：定時器/計數(shù)器脈沖輸入端。TIME OUT：定時器/計數(shù)器矩形脈沖或方波輸出端（取決于工作方式） 。VCC：+5V 電源端。集電極開路高壓輸出的六反相緩沖器/驅動器 74LS06，其引腳排列如圖所示。74LS06 的引腳排列其管腳 1，3，5，9，11，13 為輸入端；管腳 2，4，6，8，10，12 為輸出端。其推薦工作條件如表所示。參數(shù) 最小 額定 最大電源電壓 Vcc 4.75V 4.75V 5.25V輸入高電平電壓 VIH 2V － －輸入低電平電壓 VIL － 0.8V －輸出截止態(tài)電壓Vo(OFF)－ 30V －輸出低電平電流 IOL － 40mA －表 74LS06 工作條件注意到 74LS06 輸出低電平電流為 40mA，為了能夠驅動 4 個顯示器，限流電阻的大小要配備合適。電源電壓是 5V，一個發(fā)光二極管的管壓降約為 1.2V，經(jīng)過計算，限流電阻選 1K 左右合適。5V 穩(wěn)壓電源具有過壓保護的 5V 穩(wěn)壓電源，采用集電極輸出串調電源，具有成本底、體浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 26 頁積小、效率高、重量輕、紋波底和穩(wěn)定精度高高等特點，具有過流和過壓保護裝置?？晒嶒炇易鲭娐吩囼?，也可做固態(tài)電路和微處理機的供電電源，還可做專用的儀器儀表等其他電器的電源。1.工作原理電路如附圖所示。閉合電源開關 S，電網(wǎng)電源 220V 經(jīng)變壓器 T 降壓，由橋式整流二極管 VD1-VD4 和電容 C4 整流、濾波使輸出端獲得穩(wěn)定的 5V 電壓。集成穩(wěn)壓器 W7850 的最大輸出電流為 1.5A，要想使輸出電流>1.5A，則要擴大輸出電流，為此在 W7850 的外圍接一只大功率三極管 VT，它采用的是并接式擴流方式，即 W7850 的 1 號腳與 VT 的基極相連，W7850 的 2 號腳與 VT 的集電極相連，這樣兩輸出電流之和滿足輸出 1.6A 電流的要求。W7850 集成穩(wěn)壓器的內部有過熱和安全區(qū)保護電路。盡管如此，由 W7850 和三極管 VT 等組成的穩(wěn)壓電源輸出端仍有可能發(fā)生過壓，為確保負載的安全，本電源在集成塊的典型應用電路基礎上，加上過壓保護電路，該電路由穩(wěn)壓二極管 VD7、電阻 R3、晶閘管 VS 和快速熔絲管 FU 等組成。本電源工作正常時輸出電壓為 5V，晶閘管 VS 呈截止狀態(tài)，當穩(wěn)壓電源由于某種原因（如集成塊損壞或調整管擊穿）使輸出電壓超過限定值時，即超過5.6V，穩(wěn)壓管 VD7 擊穿，取樣電壓 Ur3 升高使晶閘管 VS 觸發(fā)而導通，造成熔絲熔斷，從而保護了負載。在集成穩(wěn)壓器 W7850 的 1、2 號腳和擴流管 VT 的發(fā)射極和集電極間分別并聯(lián)二極管 VD5 和 VD6。主要是用來保護集成塊和擴流管。當輸入端發(fā)生短路或輸出端電壓過高而使晶閘管 VS 導通造成輸入端短路時，穩(wěn)壓端電壓因熔絲熔斷立刻為零，而輸出端電容器 C8 上充足的電荷不能立即放光，因而造成輸出端瞬間電壓高于輸入端，為了防止這個反向峰值電壓擊穿穩(wěn)壓器 W7850 或功率管VT，故加了二極管 VD5 和 VD6 將此電荷泄放掉，從而保護 W7850 和 VT。電容 C1 和 C2 為二極管 VD1-VD4 的輸入和輸出電容，可抑制高頻諧波干擾。電阻 R1 為電容 C4 提供泄放電流回路。發(fā)光二極管 LED 用與工作指示。2.元器件選擇大功率三極管 VT 為 2SB683。整流二極管 VD1-VD4 為 4G4B41 或 5A400V 全橋。單向晶閘管 VS 為 SF8841。穩(wěn)壓管 VD7 為 2CW103。對發(fā)光二極管 LED 的型號無特殊要求。除電阻 R1 功率不小于 3W 外，其他均為 1/2-1/4W 型電阻。大功率管2SB683 和集成塊 W7850 屬功耗較大的元件，除采用標準大功率三極管外殼封裝外，還必須加足夠的散熱面積的散熱器。如果散熱不良，穩(wěn)壓器的過熱保護電路將限制正常的電流輸出浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 27 頁晶振：型號XO53規(guī)格：5.0x3.2x1.0頻率：1.0MHz-125MHz_溫度穩(wěn)定性：±10PPM —±100PPM _工作電壓：5.0V or 3.3V_輸出形式：TTL/COMS_對稱性：45%-55%_外型尺寸：SMD因為我們選擇 AT89 的編程電壓為 5V 頻率為 6MHZ 所以以上的選擇完全符合我們的要求。具體圖片：LED 的選擇：LED 是利用化合物材料制成 pn 結的光電器件。它具備 pn 結結型器件的電學特性：I-V 特性、C-V 特性和光學特性：光譜響應特性、發(fā)光光強指向特性、時間特性以及熱學特性。由于本課題的工作環(huán)境并不惡劣，所以可以選擇比較簡單。可以選擇一般的LED 即可。我選擇的 LED：名 稱：Φ3 短腳普亮紅發(fā)紅型 號： 3AR2PD08 浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 28 頁八 D 鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性) 簡要說明: 373 為三態(tài)輸出的八 D 透明鎖存器,共有 54/74S373 和 54/74LS373 兩種線路結構型式，其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別): 型號 tPd PD 54S373/74S373 7ns 525mW 54LS373/74LS373 17ns 120mW 373 的輸出端 O0~O7 可直接與總線相連。當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線。當 OE 為高電平時，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端 LE 為高電平時，O 隨數(shù)據(jù) D 而變。當 LE 為低電平時，O 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當 LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV 。引出端符號：D0～D7 數(shù)據(jù)輸入端OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效）LE 鎖存允許端O0~O7 輸出端外部管腿圖：邏輯圖：真值表：極限值: 電源電壓 …………………………………………. 7V 輸入電壓54/74S373…………………………….…………. 5.5V 54/74LS373……………………………………. 7V 輸出高阻態(tài)時高電平電壓 …………………………. 5.5V 工作環(huán)境溫度 浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 29 頁54XXX …………………………………. -55~125℃ 74XXX …………………………………. 0~70℃ 存儲溫度 …………………………………………. -65~150℃ 推薦工作條件：54/74S373 54LS373/74LS373 單位最小額定最大最小額定最大電源電壓 Vcc 54 4.5 5 5.5 4.5 5 5.5 V74 4.75 5 5.25 4.75 5 5.25 輸入高電平電壓 ViH 2 2 V 輸入低電平電壓 ViL 54 0.8 0.7 V74 0.8 0.8 輸出高電平電流 IOH 54 -2 -1 mA74 -6.5 -2.6 輸出低電平電流 IOL 54 20 12 mA74 20 24 脈沖寬度 tw LE(H) 6 15 nsLE(L) 7.3 15 保持時間 tH D 10↓ 10↓ ns 建立時間 tset D 0↓ 0↓ ns 靜態(tài)特性（TA 為工作環(huán)境溫度范圍）參數(shù)測試條件【1】S373 LS373 單位最小最大最小最大VIK 輸入嵌位電壓 Vcc=最小，Iik=-18mA －1.5 -1.5 V VOH 輸出高電平電壓 Vcc＝最小，VIL＝最大，VIH=2V，IOH＝最大 2.4 2.4 V VOL 輸出低電平電壓 Vcc=最小，VIL＝最大，VIH=2V,IOL=最大54 0.5 0.4 V74 0.5 0.5 II 最大輸入電壓時輸入 VI=5.5V 1 mA 電流Vcc＝最大 VI=7V 0.1 IIL 輸入低電平電流 Vcc＝最大, VIL=0.5V -0.25 mAVIL=0.4V -0.4 IIH 輸入高電平電流 Vcc＝最大,VIH＝2.7V 50 20 uA IOS 輸出短路電流 Vcc＝最大-40 -100 -30 -130 mA 浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 30 頁Icc 電源電流 Vcc＝最大，OE 接 4.5V 160 40 mA IOZH 輸出高阻態(tài)時高 V0＝2.4V 50 mA 電平電流 Vcc＝最大，VIH=2V V0＝2.7V 20 IOZL 輸出高阻態(tài)時低 V0＝0.5V -50 mA 電平電流 Vcc＝最大，VIH=2V V0＝0.4V -20 [1]: 測試條件中的“最小”和“最大”用推薦工作條件中的相應值。動態(tài)特性(TA=25℃) 參數(shù)【2】測試條件 S373 LS373 單位最大最大tPLH D 到 O 12 18 nstPHL 12 18 tPLH LE 到 Vcc =5V CL=50pF(L 14 30 nstPHL O0~O7 RL=280Ω S373 為 18 30 tPZH OE 到(LS373 為 45pF) 15 28 ns tPZL O0~O7 667 Ω) 18 36 tPHZ OE 到 9 20 ns tPLZ O0~O7 CL=5pF 12 25 [2] tPLH 輸出由低到高傳輸延遲時間tPHL 輸出由高到低傳輸延遲時間tPZH 輸出由高阻態(tài)到高允許時間tPZL 輸出由高阻態(tài)到低允許時間tPHZ 輸出由高到高阻態(tài)禁止時間tPLZ 輸出由低到高阻態(tài)禁止時間4.3 打鈴響應輸出部分信號源為單片機.P1.6 口，作為第二功能使用的串行輸入輸出端口。4.3.1 固態(tài)繼電器系統(tǒng)設計：繼電器作為直流小電流信號與交流大電流負載的連接元件，需要其有一定的穩(wěn)定性，和高效開關的特性，普通的繼電器已無法滿足這些需求，所以本設計使用固體繼電器（SOLID STATE RELAY）以下簡單稱為 SSR固體繼電器的特點：1）工作可靠浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 31 頁2）開關速度快3）工作頻率高4）壽命長5）噪聲低這些特點非常適合作為工作頻繁的各種微電腦控制儀表、儀器中使用。使用 SSR 時應注意以下幾點：！）SSR 的負載能力會隨溫度升高而下降，因此，在使用溫度較高的情況下，選用時必須留一定余量。2）當 SSR 斷開和接通電感性負載時，在其輸出端必須加接 RM 壓敏電阻，其額定電壓的選擇可以取電源電壓有效值的 1.9 倍。3）因為組成 SSR 的內部電子元件均具有一定的漏電流，其值通常在 5-10MA，故在使用時，尤其是在開斷小功率電機和變壓器時，容易產(chǎn)生誤動作。4）使用 SSR 時，切忌負載兩端短路，以免損壞器件。5）對針孔焊接式 SSR 和觸發(fā)用 SSR，使用時要注意焊接溫度應不大于 260°C，焊接時間不大于 10S。SSR 主要參數(shù)浪涌電流（電網(wǎng)一周） 700%普通型 SSR 靜態(tài)電壓上升率 dVs/dt 100V/μs普通型 SSR 換向電壓上升率 dVc/dt 10V/μs增強型 SSR 靜態(tài)電壓上升率 dVs/dt 100V/μs增強型 SSR 換向電壓上升率 dVc/dt 100V/μs2A、3A、4A、5A、6ASSR 漏電流 小于 2mA 大于等于 10A 的 SSR 漏電流 小于 12mA過零型 SSR 過零區(qū)域 ±15V輸出通態(tài)壓降 ＜3V絕緣電阻（輸入、輸出及外殼間） ≥1000MΩ絕緣電壓（輸入、輸出及外殼間） ≥2000VAC使用溫度范圍 -30℃—+75℃過零型 SSR 開啟最大延時 10msSSR 關斷最大延時 10ms電網(wǎng)頻率 50Hz（或 60Hz）選用 SSR 型號為 HS350Z 主要參數(shù)：工作電壓 Uin DC 4-8V 輸入電流 Iin ﹥10MA 輸出電流 Io 50A 負載電壓 Ur 交流 160-430VSSR 外型和內部原理圖浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 32 頁4.3.2 交流電鈴選取設計：交流電鈴作為負載是本系統(tǒng)的輸出信號最終端，而由于學校用電鈴需要覆蓋范圍較大，所以要求電鈴功率較大（電鈴功率的影響發(fā)聲響度的關鍵因素） 。所以采用直接與 220V 交流電源相接，保證有足夠的電源功率供應。而 SSR 繼電器只是作為觸發(fā)電路。4 寸交流電鈴直徑：100MM ，功率： 20VA。本產(chǎn)品系無火花沖擊式電鈴，使用電壓 220V，可配每個打鈴儀使用，停電不打鈴。單價：50 元/只P3.0 P3.1 所發(fā)出信號由高電平與低電平組成，高電平代表邏輯真，而低電平代表邏輯假。假設 P3.0 發(fā)出的定時為邏輯 A ，P3.1 發(fā)出的循環(huán)定時為邏輯 B。畫出其卡諾圖為A\B 0 10 0 01 1 1得出其值與 AB 的邏輯表達式為 Q=AB浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 33 頁由于會出現(xiàn)競爭冒險，所以改變邏輯電路為時序邏輯電路消除競爭冒險引進 T1 作為 CP 脈沖并且設置為上升沿有效，那 CP 當 AB 邏輯值改變時并不直接觸發(fā)電鈴，而是等待 CP 脈沖有效才觸發(fā)既實際打鈴開始時間略微延遲，這樣就保證了 AB 值在交互時不產(chǎn)生誤打鈴。構成門電路的元件通常分為兩大類：1）用雙極型半導體器件作為元件的雙極型集成邏輯電路2）用金屬-氧化物- 半導體場效應管作為元件的 MOS 集成邏輯門電路。第一類就是晶體管-晶體管邏輯電路（Transistor-transistor Logic 簡稱為 TTL）TTL 電路具有中等開關速度，每級門的傳輸延遲時間最快為 3X10-9 -7X10-9S；電路占用管芯面積較大，電路驅動能力較強；電路功耗較大。第二類就是（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor 簡稱為MOSFET） 。其特點是功耗低（25-100μW） 、電源電壓范圍寬（ 3~18V）抗干擾能力強，輸入阻抗高（大于 100MΩ） 、扇出能力強、邏輯擺幅大等特點，應用范圍極廣，發(fā)展速度很快的特點。綜合以上各特點選用 TTL 更為實用。使用 TTL 集成電路使用注意事項：1）為保證電路正常工作，電路的工作條件不應超過所規(guī)定的極限范圍。2）電路如用手工焊接，不得使用大于 45W 的電烙鐵，焊劑選用中性焊劑。3）TTL 電路電源電壓典型值為+5V4）TTL 電路的工作狀態(tài)告訴轉換時，電源電流會出現(xiàn)瞬間尖峰值，稱為尖峰電流或浪涌電流，幅度可達 4-5MA，該電流在電源線與地線上產(chǎn)生的壓降講引起噪聲干擾。為此在集成電路電源和地之間接 0.01μF 的高頻濾波電容，在電源輸入端接 20-50μF 的低頻濾波電容，消除干擾。5）不能將電源和地線接反，否則將燒毀電路。6）輸出端不允許與低電阻連接。時序邏輯電路圖交流電鈴與 SSR 的連接由單片機芯片部分的 P3.0 ，P3.1I/O 口發(fā)出的信號由一個或門作為選通，將 Ui 信號送至 SSR 將信號放大后驅動電鈴產(chǎn)生鈴響。由于輸出功率足夠大，所以如果在情況要求下也可以外并接一個發(fā)光元件作光信號輸出。SSR 與負載連線圖浙江工業(yè)大學浙西分校 03 電氣畢業(yè)設計第 34 頁4.3.3 秒信號計時電路由石英晶振所產(chǎn)生的信號電路