方案論證及器件選擇

1、P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1 5P0.4AT89S5 1P1.6P0.5P1.7P0.6RSTP0.7P3.O/RXDEAP3.1ATXDALEP3.2/INT0PSENP3.3/INT1P2.7P3.4AT0P2.6P3.5/T1P2.5P3.6/WRP2.4P3.7/RDP2.3XTAL1P2.2XTAI2P2.1VssP2.0元器件及論證1. 主控芯片AT89S51單片機(jī)AT89S51功能介紹AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read

2、 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。山于將多功能8位CPU和閃爍存 儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51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廉的方案,AT89S51芯片引腳圖如圖2-1所示。主要特性：與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源可編程

3、串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明：下面按其引腳功能分為四部分?jǐn)⑹鲞@40條引腳的功能。1、主電源引腳Vss和VssAT89S51芯片引腳圖Vss(40腳)接+5V電壓；Vss（20腳）接地。2、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1 （19腳）接外部晶體的一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大 器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)釆用外部振蕩器時，對HMOS單 片機(jī)，此引腳應(yīng)接地：對S田（OS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2 （18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相 放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機(jī)，該引腳接外

4、部振蕩器的 信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS,此 引腳應(yīng)懸浮。3、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPDs ALE/PROG. PSE和EA./VL RST/VPD （9腳）當(dāng)振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平 將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約8. 2k的下拉電阻， 與V.引腳之間連接一個約10UF的電容，以保證可靠地復(fù)位。Vss掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng) %主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5±0. 5V）內(nèi)， VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。

5、69;ALE/PROG （30腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時，ALE （允許地址鎖存）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端仍以不變的頻率周期 性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的 時鐘，或用于定時的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過 一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。 對于EPROH單片機(jī)（如8751）,在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖 （PROG）。 PSEN （29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部 程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機(jī)器周期

6、兩次PSEN有效。但在此期間, 每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSE同樣可以 驅(qū)動（吸收或輸出）8個LS型的TTL輸入。 EA/V叩引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PS （程 序計數(shù)器）值超過OFFFH （對851/8751/80S51）或1FFFH （對8052）時,將自動 轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時，則只訪問外部程序存 儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器, 所以EA腳須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。對于EPROM型的單片機(jī)（如8751）,在EPROM編程期間，此引腳也用

7、于施 加21V的編程電源（心）。4. 控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/Vpd, ALE/PROG, PSEN和EA/Vpp。RST/Vpd當(dāng)振蕩器運行時。在此引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器同期的高電平（山低到 高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位。在VSS掉電期間，此引腳可接上備用電源,III Vpd向內(nèi)部RAM提供備用電 源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。ALE/PROG正常操作時為ALE功能（允許地址錢存），提供把地址的低字節(jié) 鎖存到外部鎖存器。ALE引腳以不變的頻率（振蕩周期的1/6）周期性地發(fā)出正 脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時口的。但要注意，每當(dāng) 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。

8、ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出 電流）八個LSTTL電路。對于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（PROG功 能）。PSEN外部程序存儲器讀選通信號輸出端。在從外部程序存儲器取指令（或 數(shù)據(jù)）期間；PSEN在每個機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。PSEN同樣可以驅(qū)動八個LSTTL 輸入。EA /Vpp EA為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當(dāng)EA為高電平時, 訪問內(nèi)部程序存儲器（PS值小于4K）。當(dāng)EA為低電平時，則訪問外部程序存儲 器。對于EPROH型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳上加21VEPR0M編程電源 （VPP） O5、輸入/輸出（I/O）引腳P0、PK P2、

9、P3 （共32根）P0 口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O 口，在外接存儲器時，與地 址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL負(fù) 載。 P1 口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O 口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O 口。P1 口能驅(qū)動（吸收或輸出 電流）4個LS型的TTL負(fù)載。對8052、8032, P1. 0引腳的第二功能為T2定時/ 計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2外部 控制端。對EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。 P2 口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O

10、口。在訪問外部存儲器時，它 可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證 期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù) 載。 P3 口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O 口，在MSS-51中，這8個引 腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型 的TTL負(fù)載。作為第一功能使用時，就作為普通I/O 口用，功能和操作方法與P1 口相同。 作為第二功能使用時，各引腳的定義如表所示。值得強(qiáng)調(diào)的是，P3 口的每一條引腳均可獨立定義為笫一功能的輸入輸出或笫 二功能。表2-1 P3 口管腳備選功能P3. 0RXD

11、（串行輸入口）P3. 1TXD （串行輸出口）P3. 2/INTO （外部中斷0）P3. 3/IXT1 （外部中斷1）P3. 4T0 （記時器0外部輸入）P3. 5T1 （記時器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）2.存儲芯片AT24C02如圖2-2為AT24C02的芯片引腳圖。丄234A0VCCA1WP'A2SCLGNDSDL圖2-2 AT24C02的芯片引腳圖5678特點：低壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓運行模式-2.7 (VCC = 2. 7V to 5. 5V)-1.8 (VCC = 1. 8V to 5. 5V)內(nèi)建128x8存儲序列

12、，2線制串行接口，雙向數(shù)據(jù)傳送協(xié)議， 100kHz(l. 8V, 2. 5V, 2. 7V)和 400kHz (5V)兼容,寫同步時鐘(最大 10ms),高可靠 性，極限：1M寫時鐘周期，數(shù)據(jù)保存：100年，不斷推進(jìn)的芯片等級擴(kuò)大了設(shè)備 的可用溫度范用。AT24C02提供電可擦除的串行1024位存儲或可編程只讀存儲器(EEPROM) 128 字(8位/字)。芯片在低壓的工業(yè)與商業(yè)應(yīng)用中進(jìn)行了最優(yōu)化。設(shè)備操作：CLOCK和DATA變化：SDA管腳通常外部要拉高。SDA管腳上的數(shù)據(jù)只能在 SCL低期間改變。數(shù)據(jù)在SCL高期間改變定義為一個開始或停止信號。開始狀態(tài)：在任何操作之前必須有一個開始信號-

13、在SCL為高時SDA上產(chǎn) 生一個下降沿。停止?fàn)顟B(tài)：SCL為高時SDA產(chǎn)生一個上升沿是停止信號，停止信號后將停 止所有通信。在一個讀的序列之后，停止信號將讓EEPROM進(jìn)入備用電源模式。3. LCD16022 顯示器液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子 表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。1602 型LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點。1602型LCD可以 顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7和RS, R/W, EN三個控制端口,工作 電壓為5V,并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能。接口信號說明：1602型LC

14、D的接口信號說明如表2-2所示。表2-2 LCD 1602接口信號說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明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/耳選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極1602型LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16X2個字符芯片工作電壓：4. 55. 5V工作電流:2. 0mA (5. 0V)模塊最佳工作電壓:5. 0V字符尺寸：2. 95X4. 35(WXH)mm1602型LCD基本操作程序如下表所示:表2-3 LCD 1602基本操

15、作程序讀狀態(tài)輸入RS二L, R./W二H, E二H輸出D0D7二狀態(tài)字寫指令輸入RS二L, R/W二L, D0D7二指令碼，E二高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS二H, R/W二H, E二H輸出DOD7二數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS二H, R/W二L, D0D7二數(shù)據(jù)，E二高脈輸出無4.晶體振蕩器晶體振蕩器，簡稱晶振，其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻率經(jīng)過頻 率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。以聲卡為例，要實 現(xiàn)對模擬信號44. 1kHz或48kHz的采樣，頻率發(fā)生器就必須提供一個44. 1kHz 或48kHz的時鐘頻率。如果需要對這兩種音頻同時支持的話，聲卡就需要有兩顆 晶振。但是現(xiàn)在

16、的娛樂級聲卡為了降低成本，通常都采用SCR將輸出的采樣頻率 固定在48kHz,但是SRC會對音質(zhì)帶來損害，而且現(xiàn)在的娛樂級聲卡都沒有很好 地解決這個問題?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱石 英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶 體諧振元件。石英晶體振蕩器廣泛地應(yīng)用在電視機(jī)、影碟機(jī)、錄像機(jī)、無線通訊 設(shè)備、電子鐘表、單片機(jī)、數(shù)字儀器儀表等電子設(shè)備中。為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時 鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號。在單片機(jī)中為其提供時鐘頻率。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

17、種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：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，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。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會使晶 片產(chǎn)生機(jī)械變形振動，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng)。當(dāng)外加電壓頻率等于晶體諧振 器的固有頻率時，就會發(fā)生壓電諧振，從而導(dǎo)致機(jī)械變形的振幅突然增大。設(shè)計方案本設(shè)計主要山單片機(jī)、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲等部分組成。其 中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼

18、和進(jìn)行各種功能的實現(xiàn)。山用戶通過連接單片機(jī)的 矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機(jī)對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對 比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報警電 路控制開鎖還是報警，實際使用時只要將單片機(jī)的負(fù)載山繼電器換成電子密碼鎖 的電磁鐵吸合線圈即可，當(dāng)然也可以用繼電器的常開觸點去控制電磁鐵吸合線 圈。本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件部分由電源輸入部分、 鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開 鎖部分組成，軟件部分對應(yīng)的曲主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描 程序、啟動程序、關(guān)閉程序、建功能程序、密碼設(shè)置

19、程序、EEPROM讀寫程序和 延時程序等組成。圖3-1電子密碼鎖原理框圖1.電路總體構(gòu)成在確定了選用什么型號的單片機(jī)后，就要確定在外圍電路，其外圍電路包 括電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部 分、報警部分、開鎖部分組成，根據(jù)實際情況鍵盤輸入部分選擇4*4矩陣鍵盤， 顯示部分選擇字符型液晶顯示LCD1602,密碼存儲部分選用AT24C02芯片來完成。 其原理圖如圖3-2所示：圖3-2電路總體結(jié)構(gòu)圖1.1電源輸入電路密碼鎖主要控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖3-3所示, 而5V電源輸入時往往伴有雜波，所以加一個2. 2uF的電容濾波。這樣輸出的電 壓

20、一般能滿足要求。1.2鍵盤輸入電路山于本設(shè)訃所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨立按鍵式鍵盤。采用的是 矩陣式按鍵鍵盤，它山行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行列的交義 點上，密碼鎖的密碼山鍵盤輸入完成，與獨立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多I/O 口。本設(shè)計中使用的這個4*4鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使 用，比如清空顯示功能等。鍵盤的每個按鍵功能在程序設(shè)計中設(shè)置。其大體功 能（看鍵盤按鍵上的標(biāo)記）及與單片機(jī)引腳接法如圖3-4所示：圖3-4鍵盤輸入原理圖1-3密碼存儲電路AT24C02是ATMEL公司的2KB字節(jié)的電可擦除存儲芯片，采用兩線申行的總線和單片機(jī)通訊，電壓最低可以到2.

21、5額定電流為1mA,靜態(tài)電流10Ua(5. 5V),芯片內(nèi)的資料可以在斷電的情況下保存40年以上，而且采用8腳的DIP封裝，使用方便。其電路如圖3-5所示。U3A0VCCA1WPA2SCLGNDSDLAT24C025 TP3.56P3.67|P3.781R9LVCC5.1k TRIO5.1kVCC圖中1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址，在AT89S51上它 們都能接地，第5腳和第8腳分別為正、負(fù)電源。AT24C02中帶有片內(nèi)地址寄存 器，每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1,以實現(xiàn)對下一個儲 存單元的讀寫，所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。1.4復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CP

22、U和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài), 并從這個狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC = OOOOH,使單片機(jī)從笫一個單元取指令。 無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。在復(fù) 位期間(即RST為高電平期間),P0 口為高組態(tài)，P1-P3 口輸出高電平；外部 程序存儲器讀選通信號PSEN無效。地址鎖存信號ALE也為高電平。根據(jù)實際情 況選擇如圖2-8所示的復(fù)位電路。該電路在最簡單的復(fù)位電路下增加了手動復(fù)位 按鍵，在接通電源瞬間，電容C1上的電壓很小，復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電 源電壓，即RST為高電平，在電容充電的過程中RST端電壓逐漸下降，當(dāng)RST 端的電壓小于

23、某一數(shù)值后，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)，山于電容C1足夠大，可以保證RST高電平有效時間大于24個振蕩周期，CPU能夠可靠復(fù)位。增加手動復(fù)位按鍵 是為了避免死機(jī)時無法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C1通過R3放電。當(dāng)電 容Cl放電結(jié)束后，RST端的電位由R11與R15分壓比決定。由于R11«R15因此 RST為高電平，CPU處于復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容C1充電，RST端電位下降，CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)。R11的作用在于限制按鍵按下瞬間電容C1的放電電流，避免產(chǎn) 生火花，以保護(hù)按鍵觸電。KIVCC圖3-6復(fù)位電路原理圖1.5晶振電路AT89C51引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C2、C

24、1按圖3-7所示方 式連接。晶振、電容C2/C3及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容 三點式振蕩器，振蕩信號頻率與晶振頻率及電容Cl、C2的容量有關(guān)，但主要由 晶振頻率決定，范圍在033MHz之間，電容C2、C3取值范圍在530pF之間。 根據(jù)實際情況，本設(shè)訃中釆用12MHZ做系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為20pFoXTAL1 XTAL2圖3-7晶振電路原理圖1.6顯示電路為了提高密碼鎖的密碼顯示效果能力。本設(shè)計的顯示部分山液晶顯示器 LCD1602取代普通的數(shù)碼管來完成。只有按下鍵盤上的開啟按鍵后，顯示器才處 于開啟狀態(tài)。同理只有按下關(guān)閉按鍵后顯示器才處于關(guān)閉狀態(tài)。否則顯示器將一 直處于初始狀態(tài)，當(dāng)需要對密碼鎖進(jìn)行開鎖時，按下鍵盤上的開鎖按鍵后利用鍵 盤上的數(shù)字鍵0 9輸入密碼，每按下一個數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個*,輸入 多少位就顯示多少個*。當(dāng)密碼輸入完成時，按下確認(rèn)鍵，如果輸入的密碼正確 的話，LCD子顯示“RIGHT”，單片機(jī)其中P