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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，产品性能各异。常用的单片机有很多种：Inte
2、l8051 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、At me l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（PER0M）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）， 器件采用ATMEL公
3、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LED 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
4、，驱动器(消隐)，但现在市面上不好买MC14499为串行输 入BCD码一一十进制译码驱动器，用它来构成单片机应用系统的显示器接口，可 以大大减少1/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 74
5、HC164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
6、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)应DOMT2S 8ECD 刘 SEC DPLKCLrt C G GB r Q G图2-1业论文说明引脚名称作用1DIN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, 3,5 - 8,10, 11DIG0 - DIG7八个数字驱动器线路，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, 9GND地
7、（两个GND引脚必须被连接在 起）12LOAD装载数据输入。串行数据的最后16位被锁存在LOAD 的上升沿。CS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。13CLK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。14 - 17,20 - 23SEGA - SEGG,DP七段驱动和小数点驱动电源电流显示。在M AX7219 中，当段驱动器被关闭，它就被接到地。当关闭以 后M AX7221的段驱动器成高
8、阻状态。18ISET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）。19V+正供给电压。连接到+5V。24DOUT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，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
9、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C
10、LK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
11、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 012 34 56 7 8 9- E H L P *其中，*代表全灭。小数点不译码，它由显示数据的D7位控制。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
12、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 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 X50
13、45 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。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/SO
14、IC 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。DO：串行数据输出。在CLK同步
15、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。需要说明的是：写周期时，每写一 个字节需耗时4ms。地址读指令（READ）读指令用于从指定的单元中把数据从
