單片機(jī)課程設(shè)計(jì)：基于單片機(jī)的掉電數(shù)據(jù)保持存儲(chǔ)器

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上東 北 石 油 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 課 程 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題 目 基于單片機(jī)的掉電數(shù)據(jù)保持存儲(chǔ)器 院 系 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2013年 7 月 8日 東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題目 基于單片機(jī)的掉電數(shù)據(jù)保持存儲(chǔ)器 專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào) 一、任務(wù) 設(shè)計(jì)一款以AT89C51單片機(jī)為控制核心，利用AT24C02內(nèi)存芯片設(shè)計(jì)的一種掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這種存儲(chǔ)器掉電后再次開機(jī)，LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機(jī)時(shí)的數(shù)字。二、設(shè)計(jì)要求1 掌握AT24C02內(nèi)存芯片的工作原理及使用方法。2 通過對(duì)AT89C51單片機(jī)的編程，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器掉電后再次開

2、機(jī)時(shí)，LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機(jī)時(shí)的數(shù)字。3 寫出詳細(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)告。4 給出全部電路和源程序。三、參考資料1 焦麗鵑.李春旭.郭學(xué)良.液晶顯示器在人機(jī)交互系統(tǒng)中的應(yīng)用J.信息技術(shù)，2006年11期. 2 馬忠梅.單片機(jī)的C 語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2006 3 劉勇數(shù)字電路M.電子工業(yè)出版社，20044 沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2003 .5 周潤景.基于Proteus的電路與單片機(jī)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真M. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社. 2005.完成期限 2013.7.1 - 2013.7.10 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2

3、013年 6月 29 日專心-專注-專業(yè)目 錄3.3 復(fù)位電路模塊的設(shè)計(jì)7第1章 緒論近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。 而51系列單片機(jī)1是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種，通過本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)和應(yīng)用，從而更熟悉單片機(jī)的原理和相關(guān)設(shè)計(jì)

4、并提高了開發(fā)軟、硬件的能力。本設(shè)計(jì)是通過單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，要求開機(jī)后，LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機(jī)的數(shù)字。還要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)回查的儀表。1.1 掉電數(shù)據(jù)保持存儲(chǔ)器的概述在位置測(cè)量系統(tǒng)中，基準(zhǔn)量的建立是最基本的，也是必不可少的而在目前所流行的位置測(cè)量系統(tǒng)中，大都采用相對(duì)測(cè)量或相對(duì)測(cè)量和絕對(duì)測(cè)量相結(jié)合的方法不論是前者還是后者，要想保證測(cè)量基準(zhǔn)在整個(gè)測(cè)量過程中不發(fā)生丟失，測(cè)量系統(tǒng)信息掉電保護(hù)就顯得特別重要由于有了系統(tǒng)信息掉電保護(hù)，可避免多次重建測(cè)量基準(zhǔn)，而保證測(cè)量基準(zhǔn)在整個(gè)測(cè)量過程中不發(fā)生丟失所以在當(dāng)前所用的測(cè)量系統(tǒng)中，信息掉電保護(hù)功能是必不可少的所謂信息掉電保護(hù)是指系統(tǒng)在掉電的瞬

5、間，能把測(cè)量頭的位置坐標(biāo)準(zhǔn)確記錄下來，待下次上電后，就可正確復(fù)現(xiàn)掉電前測(cè)量頭的位置坐標(biāo)，保證了在接下去的測(cè)量過程中，測(cè)量基準(zhǔn)不發(fā)生變化，從而保證測(cè)量系統(tǒng)在整個(gè)測(cè)量過程中的準(zhǔn)確性2。1.2 單片機(jī)發(fā)展的技術(shù)狀況在測(cè)量、控制等領(lǐng)域的應(yīng)用中，常要求單片機(jī)內(nèi)部和外部RAM中的數(shù)據(jù)在電源掉電時(shí)不丟失，重新加電時(shí)，RAM中的數(shù)據(jù)能夠保存完好，這就要求對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)加接掉電保護(hù)電路。掉電保護(hù)通?？刹捎靡韵氯N方法：一是加接不間斷電源，讓整個(gè)系統(tǒng)在掉電時(shí)繼續(xù)工作，二是采用備份電源，掉電后保護(hù)系統(tǒng)中全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容；三是采用EEPROM來保存數(shù)據(jù)。由于第一種方法體積大、成本高，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)來說，不宜采

6、用。第二種方法是根據(jù)實(shí)際需要，掉電時(shí)保存一些必要的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)在電源恢復(fù)后，能夠繼續(xù)執(zhí)行程序，因而經(jīng)濟(jì)實(shí)用，故大量采用。EEPROM既具有ROM掉電不丟失數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，又有RAM隨機(jī)讀的特點(diǎn)。但由于其讀寫速度與讀寫次數(shù)的限制，使得EEPROM不能完全代替RAM3。1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)本研究即以AT89C51單片機(jī)為核心，利用AT24C02內(nèi)存芯片設(shè)計(jì)一個(gè)掉電數(shù)據(jù)保持存儲(chǔ)器，要求系統(tǒng)在斷電時(shí)，能夠保存數(shù)據(jù)，再次開機(jī)時(shí)，可以使LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機(jī)時(shí)的數(shù)字。其基本電路包括：單片機(jī)最小系統(tǒng)、I2C接口電路、LED顯示電路等。第2 章 總體方案論證與設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為控制核心，利用

7、AT24C02內(nèi)存芯片4設(shè)計(jì)一個(gè)掉電數(shù)據(jù)保持存儲(chǔ)器，要求系統(tǒng)在斷電時(shí)，能夠保存數(shù)據(jù)，再次開機(jī)時(shí)，可以使LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機(jī)時(shí)的數(shù)字。系統(tǒng)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、I2C接口電路、LED顯示電路等。2.1 總體方案思路分析AT89C5l 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)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，振蕩電路。 外接石英晶體及電容 C1、C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)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(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振

8、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，我們推薦電容使用 30pF±10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF±10F。 用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM中的內(nèi)容，在 Vcc 恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效，且必須保持一定時(shí)間以

9、使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。同時(shí)AT24C02存儲(chǔ)芯片，既具有ROM掉電不丟失數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，又有RAM隨機(jī)讀寫的特點(diǎn)。所以使用EEPROM AT24C02實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)，我們根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)5。2.2 總體硬件組成框圖 AT89C51 LED顯示器AT24C0數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片 晶振電路 復(fù)位電路 開關(guān)控制電路 圖2-1 總體硬件組成框圖 系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，系統(tǒng)主要由單片機(jī)AT89C51，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片AT24C02，晶振電路，復(fù)位電路，開關(guān)控制電路組成。 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 掉電數(shù)據(jù)保持存儲(chǔ)器的硬件設(shè)計(jì)3.1.1 AT89C51芯片介紹AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，

10、高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) IO 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)

11、振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位6。圖3-1-1 AT89C51引腳圖 3.1.2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)此系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖3-1-2所示。 圖3-1-2 驅(qū)動(dòng)電路原理圖3.2 晶振電路模塊的設(shè)計(jì) 圖3-2 晶振電路89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器7。如圖32，反相放大器的輸入端為XTAL1 ，輸出端為XTAL2，兩個(gè)跨接石

12、英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器通常取30pF左右，可以穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF 左右。一個(gè)晶體振蕩器，接在單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路上，兩個(gè)電容是起振電容，頻率越高，應(yīng)該越小8。3.3 復(fù)位電路模塊的設(shè)計(jì) 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，

13、只要這個(gè)腳保持高電平，51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0P3 口均置1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為ROM 的00H 處開始運(yùn)行程序。 如上圖3-3所示復(fù)位電路，由于復(fù)位時(shí)高電平有效，當(dāng)剛接上電源的瞬間，電容C1兩端相當(dāng)于短路，即相當(dāng)于給RESET引腳一個(gè)高電平，等充電結(jié)束時(shí)（這個(gè)時(shí)間很短暫），電容相當(dāng)于斷開，這時(shí)已經(jīng)完成了復(fù)位動(dòng)作9。 圖3-3 復(fù)位電路3.4 數(shù)碼顯示管模塊設(shè)計(jì)我們最常用的是七段式和八段式LED數(shù)碼管，八段比七段多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，其他的基本相同。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個(gè)小LED發(fā)光二極管，通過控制不同的

14、LED的亮滅來顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其實(shí)共陰極就是將八個(gè)LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)LED的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮10。而共陽極就是將八個(gè)LED的陽極連在一起。其原理圖如下11。 共陰極 共陽極 引腳圖 圖3-2-1 數(shù)碼顯示管設(shè)計(jì)原理圖第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序設(shè)計(jì)開始 賦初值調(diào)用讀取函數(shù)數(shù)據(jù)開始計(jì)時(shí) 調(diào)用讀取函數(shù)數(shù)據(jù)是否計(jì)時(shí)一秒否清零是調(diào)用寫入數(shù)據(jù)函數(shù)是否清零鍵為零否是 延時(shí) 圖4-1 主程序流程圖4.2 子程序設(shè)計(jì) 開始 將數(shù)據(jù)送入SDA 賦初值 等待一個(gè)周期SCL上升沿?cái)?shù)據(jù)寫入AT24C02 等待2個(gè)周期 SCL置低電平 將

15、數(shù)據(jù)左移一位 移入次數(shù)加1否是否移入次數(shù)為8是 返回主程序圖4-2 寫入數(shù)據(jù)子程序第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析5.1 使用的儀器儀表 按鍵開關(guān)，AT89C51單片機(jī)，AT24C02數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，LED數(shù)碼顯示器，電容，電阻，電源插頭。下面為各元器件的作用： 開關(guān)：一個(gè)開關(guān)起到開關(guān)機(jī)作用，一個(gè)開關(guān)用于復(fù)位電路； 電容：用于單片機(jī)的最小系統(tǒng)； 數(shù)碼顯示器：顯示數(shù)字。5.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。5.2.1硬件調(diào)試 對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實(shí)現(xiàn)指定的功能。5.2.2軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用單片機(jī)仿真器WAVE6000L

16、及微機(jī)，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試，主要是檢查語法錯(cuò)誤。5.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào) 將調(diào)試好的硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能。5.3 測(cè)試結(jié)果此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果較好，開啟電源帶數(shù)字到達(dá)某一值關(guān)閉電源，等待五秒，待再次開啟電源，顯示為關(guān)機(jī)時(shí)結(jié)果。結(jié) 論 本設(shè)計(jì)任務(wù)是以AT89C51單片機(jī)為控制核心，利用AT24C02內(nèi)存芯片設(shè)計(jì)一個(gè)掉電數(shù)據(jù)保持存儲(chǔ)器。通過這次的學(xué)習(xí)，我對(duì)我對(duì)AT89C51系列單片機(jī)有了進(jìn)一步了解，對(duì)AT24C02芯片的應(yīng)用更加靈活。更主要得是我知道了掉電保護(hù)的主要原理是由電源監(jiān)控芯片和串行E2PROM AT24C02構(gòu)成的低成本掉電檢測(cè)和保護(hù)電路，在實(shí)時(shí)保存數(shù)據(jù)和掉電恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)繼

17、續(xù)運(yùn)行的單片機(jī)系統(tǒng)中具有現(xiàn)實(shí)的工程意義。使用中比自帶掉電保護(hù)的EZPROM 要更加靈活，可以自由利用AT24C02 的存儲(chǔ)空間，例如循環(huán)使用、用個(gè)別單元存放可修改參數(shù)。但是，由于實(shí)際應(yīng)用中廉價(jià)的單片機(jī)大多數(shù)都不帶總線接口，這就使得在軟件編程上復(fù)雜了一些，通過一定的編程技巧取得的效果是令人滿意的。 通過軟硬件的仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)的基本功能：實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器掉電后再次開機(jī)時(shí)，LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機(jī)時(shí)的數(shù)字。但在實(shí)際應(yīng)用中，功能不僅僅于此，通過對(duì)程序的稍做修改，我們就可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。參考文獻(xiàn)1 焦麗鵑.李春旭.郭學(xué)良.液晶顯示器在人機(jī)交互系統(tǒng)中的應(yīng)用J.信息技術(shù)，2006年11期. 2 劉

18、勇數(shù)字電路M.電子工業(yè)出版社，20043 沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2003 .4 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)J.北京:高等教育出版社,1997.5 萬光毅.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2005.1.6 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 北京：高等教育出版社.2003:160-190.7 諸昌鈐.LED 顯示屏系統(tǒng)原理及工程技術(shù)M. 成都:電子科技大學(xué)出版社.2000.8 張紅.基于單片機(jī)控制的LED 點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)J. 微計(jì)算機(jī)信息.2009.25期 1-2卷：92-93.9 胡燁,姚鵬翼,陳明.Protel 99SE原理

19、圖與PCB設(shè)計(jì)教程M.機(jī)械工業(yè)出版社.2005：23-99.10 馬忠梅.單片機(jī)的C 語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.200611 周潤景.基于Proteus的電路與單片機(jī)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真M. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社. 2005. 附錄1 程序#include <reg52.h> #include <intrins.h> #define OP_READ 0xa1 #define OP_WRITE 0xa0 sbit SCK=P34; sbit SDA=P35; unsigned char code table=0xc0,0xf9,0xa4,0x

20、b0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; unsigned char sec=0; unsigned int count; bit write=0; sbit shiwei=P26; sbit gewei=P27; sbit K5=P32; void delay1ms()unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i+)for(j=0;j<33;j+); void delaynms(unsigned char n) unsigned char i;for(i=0;i<n;i+)delay1ms();void start()SDA

21、= 1; SCK = 1; SDA = 0; SCK = 0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); void stop()SDA = 0; SCK = 1; _nop_(); _nop_(); SDA = 1; _nop_(); _nop_(); SDA=0; _nop_(); _nop_(); SCK=0;bit Ask() bit ack_bit; SDA = 1; _nop_(); _nop_(); SCK = 1; _nop_(); _nop_(); ack_bit = SDA; SCK = 0; return ack_bit; u

22、nsigned char ReadData()unsigned char i;unsigned char x; for(i = 0; i < 8; i+)SCK = 1; x<<=1; x|=(unsigned char)SDA; SCK = 0; return(x); void WriteCurrent(unsigned char y)unsigned char i;for(i = 0; i < 8; i+) SDA = (bit)(y&0x80); _nop_(); SCK = 1; _nop_(); _nop_(); SCK = 0; y <<

23、= 1; unsigned char writeset(unsigned char add,unsigned int dat) start(); WriteCurrent(OP_WRITE); Ask();WriteCurrent(add); Ask();WriteCurrent(dat); Ask();stop(); delaynms(4); unsigned char ReadCurrent()unsigned char x;start(); WriteCurrent(OP_READ); Ask();x=ReadData(); stop(); return x; unsigned char ReadSet(unsigned char set_addr)start(); WriteCurrent(OP_WRITE); Ask();WriteCurrent(set_addr); Ask();return(ReadCurrent(); void LED