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1、武汉铁路职业技术学院毕业论文1第一章 绪 论1. 1 课题的提出及意义单片机作息时间控制实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统由人来控制时间的长短的不便，实现代学校必不可少的设备。1. 2 设计的任务及要求1作息时间能控制电铃2作息时间能启动和关闭放音机单片机作息时间控制的功能如下： 使用 4 位七段显示器来显示现在的时间。 显示格式为“时分” 由 LED 闪动来作秒计数表示 具有 4 个按键来作功能设置，可以设置现在的时间及显示定时设置时间 一旦时间到则发出一阵声响，同时继电器启动，可以控制放音机开启和关闭。第二章 总体方案设计2. 1 芯片比较2.1.1 单片机选型当今单片机厂商琳琅满目，产
2、品性能各异。常用的单片机有很多种：Intel8051 系列、Motorola 和 M68HC 系列、Atmel 的 AT89 系列、台湾Winbond(华邦)W78 系列、荷兰 Pilips 的 PCF80C51 系列、Microchip 公司的PIC 系列、Zilog 的 Z86 系列、Atmel 的 AT90S 系列、韩国三星公司的 KS57C 系列 4 位单片机、台湾义隆的 EM-78 系列等。我们最终选用了 ATMEL 公司的AT89C52 单片机。AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 8Kbytes 的可反复擦写的只读程序存储器（
3、PEROM）和 256bytes的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 FLASH 存储单元，功能强大 AT89C52 单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。2.1.2 显示器接口芯片的选择武汉铁路职业技术学院毕业论文2LED 显示器接口芯片的选择常用的显示器接口芯片有CD4511，CD4513，MC14499，8279，MAX7219，74HC164 等，它们的功能有：1.CPU 接受来自键盘的输入数据，并作预处理；2.数据显示的管理和数据显
4、示器的控制。CD4511 是 BCD 锁存，7 段译码，驱动器，但在显示 6 和 9 时，显示为 b 和 q，不是很好看。CD4513 是 BCD 锁存，7 段译码,驱动器(消隐)，但现在市面上不好买。MC14499 为串行输入 BCD 码十进制译码驱动器，用它来构成单片机应用系统的显示器接口，可以大大减少 I/O 口线的占用数量。但是，由片内震荡器经过四分频的信号，经位译码后只能提供 4 个位控信号，使信号的采集受到限制；并且，MC19944 的价格偏高，也不经济。同样，8279 为INTEL 公司生产的通用键盘/显示器接口芯片，其内部设有 16*8 显示数据 RAM，若采用 8279 管理
5、键盘和显示器，可以减少软件程序，从而减轻主机的负担，但我们同时也发现，由于其功能比较强大，不可避免将会使外围设备与操作过程复杂化，同时价格比较贵。对比一下 MAX7219 和74HC164 其占用资源少，且不需复杂的驱动电路。但 MAX7219 虽然比较好用，且一片能驱动四个数码管，但对于我们设计的系统来说，不需要很多数码管，此外 MAX7219 相对 74HC164 的价格也比较贵，所以我们最终选用 74HC164，下面对 MAX7219 作一下介绍。特点：(1) 采用 3 线串行接口传送数据；(2) 内部有 8 字节显示静态 RAM 和 6 个特殊功能寄存器，相当于 14 个字节的RAM
6、单元。它们是可寻址的，即可以有选择的任意写入；(3) 只需一个外部电阻即可调节 LED 的段电流，并且允许程控方式 LED 通电的占空比而可方便的调节 LED 显示的亮度，或用于模拟亮度显示；(4) 可 LED 显示器的扫描个数；(5) 有不译码和 B 码两种显示模式，这种选择可做到位控，即各 LED 显示器可以有不同的显示方式：译码或不译码；(6) 含硬件动态扫描显示控制，可设置低功耗方式，可进行图条显示。引脚图(如图 2-1)武汉铁路职业技术学院毕业论文3图 2-1说明：引脚 名称 作用1 DIN 串行数据输入。在CLK上升沿时，数据被装入内部16位移位寄存器。2, 3, 58,10, 1
7、1DIG0DIG7 八个数字驱动器线路，来自共阴极显示器的反向电流。MAX7219当关闭的时候拉位输出到V+. 当关闭的时候MAX7221的位驱动器是高阻抗状态。4, 9 GND 地（两个GND引脚必须被连接在一起）LOAD 装载数据输入。串行数据的最后16位被锁存在LOAD的上升沿。12CS 片选输入。当/CS是低电平时穿行数据被装载到移位寄存器中。在/CS上升沿时串行数据的最后16位被锁存。13 CLK 串行时钟输入。10MHz的最大比率。在CLK上升沿时，数据被转移到内部移位寄存器。在CLK下降沿时，数据从DOUT输出。在MAX7221中只有/CS是低电平时CLK输入被激活。1417,2
8、023SEGASEG G,DP七段驱动和小数点驱动电源电流显示。在MAX7219中，当段驱动器被关闭，它就被接到地。当关闭以后MAX7221的段驱动器成高阻状态。18 ISET 通过一只电阻器(RSET)连接VDD来设置最高段电流（查阅选择RSET电阻器部分）。19 V+ 正供给电压。连接到+5V。武汉铁路职业技术学院毕业论文424 DOUT 串行数据输出。进入DIN的数据16.5个时钟周期以后在DOUT有效。这个引脚常被用来链接MAX7219/MAX7221，没有高阻状态。工作原理简介数据（含地址）接收MAX7219 采用串行寻址方式，在传送的串行数据中包含有 RAM 的地址。按照时序的要求
9、，单片机将 16 位二进制数逐位发送 DIN 端，在 CLK 上升延到来之前 DIN 必须有效，在 CLK 的每个上升延，DIN 被串行逐位移入 MAX7219 内部的16 位穿行寄存器中。设最先移入的数据是 D15,最后移入的数据是 D0,则移入 16位串行寄存器的数据是 D15-D0。为了有选择的将数据写入 8 个显示 RAM 或 6个特殊功能寄存器，D0D15 中，D8D11 四位作为 RAM 和特殊功能寄存器的地址，D0D7 作为写入显示数据或控制字。与并行数据传送相比，MAX7219 串行接收 D0D15 并存放到 16 位串行寄存器中的过程，相当于并行传送中，将并行数据和地址送到数
10、据和地址总线上的过程。数据装载16 位接收寄存器将收到的 D0D7 位数据写入 RAM 或特殊功能寄存器是在数据装载信号控制下完成的。图 3-8 是 MAX7219 的数据接收装载（写入）时序图，由图可知，LOAD 必须在 15 个 CLK 下降延前由高变低，在 16 个 CLK 同时或之后由低变高（上升延） 。在 LOAD 的上升延，8 位数据 D0D7 写入以 4 位二进制数 D8D11 位地址的 RAM 或特殊功能寄存器中。显示扫描当显示模式设定后，写入显示 RAM 的数据将在控制器的控制下，按设定的显示模式，以动态扫描方式进行显示。MAX7219 内部显示 RAM 及特殊功能寄存器显示
11、 RAM（地址*1*8）地址为*1H 的 RAM 数据控制接 D0 引脚的显示器，地址为*2H 的 RAM 数据控制接 D1 引脚的显示器。译码方式寄存器（地址：*9H）该寄存器的 8 位二进制数的各位值分别控制着 8 个 LED 显示器的译码方式。当高电平时选择 BCD-B 码译码模式，当低电平时选择不译码模式。B 码译码的显示自行与现实数据的关系如下：显示数据（十六进制） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E FB 码字型 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E H L P *武汉铁路职业技术学院毕业论文5其中，*代表全灭。小数点不译码，它由显示数据的 D7 位控
12、制。扫描界限寄存器（地址：*BH）该寄存器的 D0D3 位数据设定值为 07，设定值表示显示器动态扫描个数为 18。停机寄存器（地址：*CH）当位 D0=0 时，MAX7219 处于停机状态；当 D0=1 时，处于正常工作状态。显示测试寄存器（地址：*FH）当位 D0=0 时，MAX7219 按设定模式正常工作；当 D0=1 时，处于测试状态。在该状态下，不管 MAX7219 处于什么模式，全部 LED 将按最大亮度接通显示。亮度寄存器（地址：*AH）及两度的调解或控制亮度可通过硬件和软件两种方法调解或控制。2.1.3 存储器的选择为了改善主 CPU 的资源与时序的分配，我们对 AT89C51
13、 进行串行数据存储器的扩展。常用的存储芯片有很多，如 AT93C46/56/66，X5045。经过比较选择，最终选用了 XICOR 公司的 X5045。X5045 把三种常用的功能：看门狗定时器，电压控制和 EEPROM 组合在单个封装之内。这种组合降低了系统的成本并减少了对电路板空间的要求。看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统。低 VCC 检测电路可以保护系统免受低电压的影响，同时 X5045 是串行 EEPROM 具有简单的三总线工作的串行外设接口，是一种有独特功能的高性能价格比存储器件。AT93C46/56/66 是 ATMEL 公司推出的低功耗、低电压电可擦除的可编程只读存储器。
14、它采用 CMOS 技术和 Fairchild Semiconductor 公司的 Mi-croWire工业标准 3 线串行接口，具有 1Kb/2kB/4kB 的容量，并可通过 ORG 管脚配置成128*8/256*8/512*8 或 64*16/128*16256*16 等结构。该系列存储器可靠性高，能够重复写 100 万次，数据可以保存 100 年不丢失；采用 8 脚 PDIP/SOIC 封装和 14 脚 SOI 封装（SOI 封装为 JEDEC 和 EIAJ 标准），与并行的 EEPROM 相比，AT93C46/56/66 可大大节省印制板空间，且接线简单，因而在多功能的精密测试仪中具有广
15、阔的前途。引脚功能CS：片选信号。高电平有效，低电平时进入等待模式。在连续的指令之间，CS 信号必须持续至少 250ns 的低电平，才能保证芯片正常工作。CLK：串行时钟信号。在 CLK 的上升沿，操作码、地址和数据位进入器件或从器件输出。在发送序列时，CLK 最好不停止，以防止读/写数据的错误。DI：串行数据输入。可在 CLK 的同步下输入开始位、操作码、地址位和数据位。武汉铁路职业技术学院毕业论文6DO：串行数据输出。在 CLK 同步下读周期时，用于输出数据；而在地址擦/写周期或芯片擦/写周期时，该端用于提供忙/闲信息。VSS：接地。VCC：接5V 电源。ORG：存贮器构造配置端。该端接
16、VCC 或悬空时，输出为 16 位；接 GND 时，输出为 8 位。指令及时序地址擦指令（ERASE）该指令用于强迫指定地址中所有数据位都为“1”。一旦信息在 DI 端上被译码，就需使 CS 信号保持至少 250ns 的低电平，然后将 CS 置为高电平，这时，DO 端就会指示“忙”标志。DO 为“0”，表示编程正在进行；DO 为“1”，表示该指定地址的寄存器单元已擦完，可以执行下一条指令。擦/写允许指令（EWEN）由于在上电复位后AT93C46/56/66 首先将处于擦写不允许状态。故该指令必须在所有编程模式前执行，一旦该指令执行后，只要外部没有断电就可以对芯片进行编程。地址写指令（WRITE）写指令时，先写地址，然后将 16 位的或 8 位数据写入到指定地址中。当DI 端输出最后一个数据位后，在 CLK 时钟的下一个上升沿以前，CS 必须为低，且需至少保持 250ns，然后将 CS 置为高电平。需要说
