由于单片机只有32个端口，如何合理地将这32个端口分配给这些模块是本次设计的重点。 但由于大多数学生不擅长编程，因此最好选择直接使用I/O进行控制的系统，而不是在编程时需要将锁存器等器件设置为相应的模式。 这一要求使得如何分配微控制器的 32 个 I/O 的问题变得更加重要。 设计出这个最小的单片机系统后，至少要实现以下功能：数码管可以显示数字和字母； 设置按键和数码管，按下相应的按键，数码管上即可显示设置的数字和字母，如1、2、3、A、b等； 设置数码管显示数字和字母； 设置数码管和24C02芯片显示断电前的内容； 设置DS1302芯片使用数字数码管或液晶显示年、月、日和实时时间； 设置DS18B20芯片，数码管或液晶即可显示实时温度。 最后，为了训练一定的编程能力，将这些模块集成在一起，利用12864LCD实现一定的功能。 因为在设计过程中，显示部分、数码管和液晶不能同时使用，所以数码管显示并没有在整体程序中得到体现。 1、设计制作目的 能够独立设计和制作单片机最小系统，培养自主学习能力、设计能力和动手能力。 （2）了解单片机的结构、主要功能等，并能够在实际中应用。 （三）培养解决问题的能力，多思考，多努力。
培养编程技能。 2、设计制作要求（1）设计并绘制单片机最小系统电路原理图，并绘制PCB图。 （2）制作PCB板并调试各模块（包括软件和硬件）。 (3)采用12864LCD进行显示。 主要显示功能为：可显示年、月、日、周、时、分、秒，并可通过独立键盘修改； 能够显示实时温度； 显示“今日事件：X事件”，并可通过矩阵键盘修改X值，并通过设置24C02，可在断电时保存X值。 (4)撰写设计和调试报告。 三、设计方案对比说明 设计方案一：单片机采用52系列，4*4键盘和四合一数码管直接由HD7279A控制。 但这样写程序比较麻烦，必须考虑HD7279A的编程、存储电路、实时功能。 时钟电路和温度测量电路直接连接到I/O。 设计方案2：所有模块均由I/O口直接控制。 这种连接方式对于不太熟悉编程的人来说是有帮助的，方便编写程序。 另外，数码管的显示内容比液晶显示器少很多。 数码管能显示的内容液晶也能显示，所以我们选择同时使用数码管和液晶。 存储电路、实时时钟电路、测温电路均采用跳线。 当其中一个模块不使用或者该端口用于其他用途时，可以将该端口的跳线帽去掉，从而一机多用，同时又不牺牲混淆的目的。
经过比较，选择方案2。 其硬件原理框图如图3.1所示。 图3.1 硬件原理框图。 单片机最小系统包括复位电路、晶振电路、电源电路、8位共阴极数码管、4*4矩阵键盘、4位独立键盘、24C02存储电路、DS1302实时时钟电路、 1602和12864LCD接口，18B20测温接口，以及4个I/O口的扩展和电源正负极的扩展。 功能已经很齐全了。 下面主要说明引脚分配问题。 由于单片机的四个端口均设有上拉电阻，因此在遇到某些需要上拉电阻的元件时，无需考虑在电路模块中添加上拉电阻。 4*4键盘用P1.0~P1.3控制其四行，用P1.4~P1.7控制其四列； 4个独立按键由P1.4~P1.7控制； 共阴极数码管的8位由P0口控制，段由8个PNP驱动，由P2口控制。 前面讨论过，液晶屏能显示的内容远远多于数码管能显示的内容，所以用P0和P2来控制液晶屏。 LCD和数码管不能同时使用。 板上使用了跳线。 去掉跳线后，即可使用数码管显示。 此时液晶显示屏无法使用。 去掉跳线后，使用LCD显示，此时数码管显示无法使用； 24C02存储电路串行数据/地址和串行时钟的两个端口由P3.4和P3.5控制。 DS1302实时时钟电路的串行时钟输入和数据输入输出端口、复位引脚分别采用P1。
0、P1.1和P1.2用于控制，虽然与部分键盘复用，但由于控制方式不同，不会有影响； 18B20采用P3.3（外部中断1）控制。 从上面的分析可以看出，除了P3口外，每个端口都得到了充分的利用，这种直接控制的方式方便了我们的编程。 四． 原理说明 4.1 MCU 的选择 市场上的MCU 类型很多。 经过思考，为了结合实际应用，选择了宏晶公司生产的STC89C52。 其主要特点是： 与MCS-51兼容，8K字节可编程闪存512，内部RAM，3个16位定时器/计数器，6个可编程中断源 串行通道寿命：1000个写/擦除周期 数据保存时间：10年 全静态工作频率：0Hz-24MHz 低功耗空闲和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 STC89C52 的最小系统电路图如图 4.1 所示。 图4.1 STC89C52的最小系统电路图。 为了方便扩展，在单片机的四个I/O口上增加了10K上拉电阻和排针。 电路图如图4.2和图4.3所示。 上拉电阻电路图 图 4.3 端口扩展引脚电路 图 4.2 显示电路 显示电路采用四位共阳极 LED 数码管。 LED数码管的位选驱动器采用S8550 PNP晶体管，并加了200欧电阻进行段选。 .数码管是一种半导体发光器件。 其基本单元是发光二极管。 它是单片机系统中最常用的显示输出。 主要用于单片机控制中的数据输出和状态信息显示。 共阳极数码管是将所有发光二极管的阳极连接在一起作为公共端COM。 当公共端接低电平时，当某一段阳极上的电平为“1”时，该段点亮，当电平为“0”时，该段熄灭。 其中1、2、3、4为位选择端，a、b、c、d、e、f、g、dp为段选择端。
添加驱动器后，电路图如图4.4所示。 图4.4 数码管显示电路图 4*4 矩阵键盘电路和4 个独立键盘电路 键盘是单片机应用系统中应用最广泛的数据输入设备。 键盘是一组按键的组合。 按键通常为常开型。 在按钮开关中，正常情况下按键的两个触点处于断开状态，按下按键时它们闭合（短路）。 通常，有两种类型的键盘：编码键盘和非编码键盘。 编码键盘通过硬件电路产生按下的按键的键码和选通脉冲。 选通脉冲可用作CPU的中断请求信号。 这种键盘使用方便，需要的程序简单，但硬件电路复杂，单片机往往不使用。 非编码键盘按其构成可分为独立键盘和矩阵键盘。 独立键盘的工作过程与矩阵键盘类似，无论是硬件结构还是软件设计都比较简单。 矩阵键盘的电路连接较复杂，但提高了I/O口的利用率。 软件编程较为复杂，适用于需要大量按键的场合。 在该单片机中，采用了4*4非编码矩阵键盘，其电路图如图4.5所示。 图4.5 ４＊４矩阵键盘电路 独立键盘电路图如图4.6所示。 图4.6 独立键盘电路图 存储电路 顾名思义，存储电路在断电后存储当前数据。 下次上电时，可保持上次断电时的数据。 I2C 总线接口 EEPROM 存储器是一种使用 I2C 总线接口的串行总线存储器。 此类存储器具有体积小、引脚少、功耗低、工作电压范围宽等特点。
单片机系统中最常用的EEPROM存储器是24系列串行EEPROM。 具有型号多、容量大、支持I2C总线协议、占用单片机I/O端口少、芯片扩展方便、读写简单等优点。 在该存储电路中，使用的主芯片是AT24C02，它有256字节。 其特点是： 温度范围：商业级、工业级和汽车级。 其引脚功能为： A0、A1、A2：设备地址选择。 在该电路图中它们都接地。 SDA：串行数据/地址。 SCL：串行时钟。 WP：写保护。 VCC： 1. 8V~6.0V 工作电压 VSS AT24C02 支持 I2C 总线数据传输协议。 I2C 总线协议规定任何将传输到总线的设备都充当发送器。 任何从总线接收数据的设备都是接收器。 数据传输由生成串行时钟以及所有启动和停止信号的主设备控制。 主设备和从设备都可以充当发送器或接收器，但主设备控制传输数据的方式。 电路图如图4.7所示。 图4.7 存储电路实时时钟电路本电路采用的主芯片是DS1302。 DS1302是美国DALLAS公司推出的一款高性能、低功耗实时时钟芯片。 它具有额外的31字节静态RAM，使用SPI三线接口与CPU通信，并且可以以突发模式一次传输多个字节的时钟。 信号和 RAM 数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月、年，小月和大月可自动调整，并具有闰年补偿功能。 工作电压范围为2.5~5.5V。 采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电模式，提供对备用电源进行涓流充电的能力。 其引脚功能为： Vcc1：备用电池端。 Vcc2：5V电源。 当Vcc2>Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。 当Vcc2<Vcc1时，Vcc1为DS1302供电。 SCLK：数据输入输出端口。 CE/RST：复位引脚。 X1、X2：外部晶振引脚（32.768KHZ晶振）。 GND 电路图如图 4.8 所示。 图4.8 实时时钟电路图 4.6 LCD 界面显示只有LED 数码管，有时不能满足显示要求。 例如要显示字符、文字、图片等，仅数码管是无法显示的，所以在本系统中增加了1602LCD接口和12864LCD接口，以方便外部扩展。 为了调节背光，使用了10K电位器。 1602LCD接口电路图如图4.9所示，12864LCD接口电路图如图4.10所示。 图4 1012864LCD 接口电路图 4.7 程序下载接口 STC89C52 采用的程序下载方式为串口下载，其主芯片为MAX232。 该产品是德州仪器（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。
由于计算机串口为-10V~+10V，而一般单片机应用系统的信号为TTL电平0~+5V，因此采用MAX232进行电平转换。 该设备包含 2 个驱动器、2 个接收器和一个电压发生器。 接收电路提供TIA/EIA-232-F电平。 该器件符合 TIA/EIA-232-F 标准。 每个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转换为 5VTTL/CMOS 电平。 每个发射器转换器将TTL/CMOS电平转换为TIA/EIA-232-F电平。
