电话计费器系统设计

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1、 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 I 页 目录 摘 要 .III ABSTRACT.IV 前 言 .1 第一章 电话计费器的总体设计思路 .2 1.1 计算机电子技术发展的概述与系统问题的提出 .2 1.2 方案的设计思路与原理方框图 .3 1.2.1 电话计费器系统设计思路 .3 1.2.2 原理方框图 .5 1.3 电话计费器系统的主要特点 .6 第二章 控制系统的硬件设计 .7 2.1 电源电路的设计与分析 .7 2.2 中央控制器 INTEL 8051 单片机 .9 2.2.1 8051 单片机的特点 .9 2.2.2 8051 单片机的功能描述 .9 2.2.3 8051 单片机的

2、管角说明 .10 2.3 专用键盘/显示器接口芯片 8279.13 2.4.1 8279 的特点 .13 2.4.2 8279 的引脚及内部结构 .13 2.4.3 8279 的操作命令字 .15 2.4.4 8279 的状态字节 .20 2.4.5 输入数据格式 .20 2.4 复位电路的设计 .21 2.4.1 单片机复位电路基本原理及特点 .21 2.4.1 单片机复位后的状态的分析 .22 2.5 时钟电路的设计与工作原理分析 .23 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 II 页 2.5.1 振荡器特性 .23 2.5.2 时钟电路的设计 .23 2.5.3 单片机的基本时序单位 .24

3、 第三章 电话计费器系统软件设计 .26 3.1 主程序设计 .26 3.1.1 主程序的初始化内容 .26 3.1.2 代码转换程序 .26 3.2 中断服务程序 .27 3.2.1 工序操作中断服务程序的设计 .27 3.2.2 计数中断程序的设计 .28 3.3 子程序设计 .30 第四章 电话计费器系统的安装与调试 .31 4.1 电路图的绘制与 PCB 板的制作 .31 4.1.1 电路图的绘制 .31 4.1.2 PCB 板的制作 .31 4.2 元件的识辩与检测 .33 4.3 元件的安装焊接与系统功能调试 .33 4.3.1 元件安装的基本要求与原则 .33 4.3.2 元器件

4、的焊接 .34 4.3.3 系统调试与分析 .36 4.3.4 系统实现的功能 .36 总 结 .38 参 考 文 献 .39 致 谢 .40 附录 1.41 附录 2.42 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 III 页 附录 3.43 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 IV 页 摘 要 本设计首先介绍了系统的设计方案思路与原理图，进而阐明了设计电话计费 系统的意义。文章采用分块模式，对整个系统的硬件与软件设计进行分析，其中 硬件部分着重介绍了电源电路，单片机 8051 控制芯片及其外围电路，专用键盘/ 显示器接口芯片 8279，实时时钟日历芯片 MC146818 等，软件部分就针对一些具 体

5、模块进行编程。整个系统采用单片机通讯方式，文中还介绍了单片机接口与控 制器之间的通讯情况以及该系统的 PCB 板制作，安装与调试的有关内容。 关键词：电子，单片机，数码显示，单片机，电话计费 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 V 页 Abstract The design first introduced the system of ideas and design schematics, design further clarify the meaning of the telephone billing system. The article by block model of the e

6、ntire system of hardware and software design analysis, which focused on the hardware part of the power circuit, the MCU 8051 chip and its peripheral circuits, special keyboard / display interface chip 8279, real-time clock chip MC146818 calendar , On the part of software modules for specific program

7、ming. MCU system as a whole by means of communication, the paper also introduced a microcontroller interface with the controller, as well as the communication between the systems board PCB production, installation and commissioning of the relevant content. Keyword: electronics，calculation，figures sh

8、owing， MCU， telephone billing enquiries 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 1 页 前 言 目前，随着通信事业的发展及人们生活水平的提高，手机、小灵通各种先 进的通信设备纷纷涌现，并愈来愈普及。但固定电话面对如此冲击，并未退出 历史舞台，而因其信号强的固有优势，走进了各家各户。 电话机用户数以亿计，计费依据来自电信局交换机给出的清单。清单方式 是准确的，但电话机用户并不能及时方便地看到费用清单。各类卡式电话机可 以实时显示计费，但却不宜进入家庭。各种常见的 LED 公用电话计费器，则不 能较好适应有时会发生变化的电话费率。如果能向家庭内的电表、水表、气表

9、 一样，能有一款家庭型的电话计费器，将会给人们的生活带来许多方便。用户 可以在打完一次电话后方便地查看话单信息及一段时间内的话费累计总额。 本文就是针对这一现状，具体介绍了基于 Intel 8051 单片机的电话计费器 的设计及其工作原理，并简单穿插了该计费器的使用及可完成的功能。该计费 器具有如下特点： （1） 可自动识别所拨号码，实现自动计费； （2） 可自动实现全价和折价的转换； （3） 计费准确，可方便地查询话单信息； （4） 具有可配置性，可通过按键重新设置时间、日期、费率等参数； （5） 成本低，功耗小。 软件部分采用 C 语言进行程序设计，运算速度快，编译效率高，有良好的 可移植

10、性，而且可直接实现对系统硬件的控制。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 2 页 第一章 电话计费器的总体设计思路 在第一章中，我们将对电话计费器的总体设计及其主要的功能特点进行简 单的分析，并概括出它的特点、实现的功能以及系统的简单操作，以促进对单 片机及其控制系统的了解。 1.1 计算机电子技术发展的概述与系统问题的提出 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，单片机的发展正朝着 CMOS 化，低功耗，小体积，大容量，高性能，低价格和外围电路的内装化等几个方 面发展。近几年，由于某种原因 CHMOS 技术的进步，大大地促进了单片机的 CMOS 化，此种芯片除了低功耗外，还具有功耗的可控性

11、，使单片机可以工作在 功耗精细管理状态，并且单片机一般采用精简指令集结构和流水线技术，可以 大幅度提高运行速度，提升信息处理功能，中断和定时控制功能，在一般上还 具有串行扩展技术，随着低价位 OTP 及各种类型片内程序存储器的发展，加之 外围接口不断进入片内，特别是 IIC，API 等串行总线的引入，可以使单片机的 引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。这就引导我们利用单片 机来实现电话计费器来实现电话计费的可靠与便捷。 随着电子技术的迅速发展，计算机已深入地渗透到我们的生活中，就 51 系 列而言，由于 Intel 公司将其内核使用权以专利互换或出售的形式转给世界许 多著名 IC

12、制造商，随着计算机技术的不断发展，在工业测量控制领域内单片机 的应用越来越广泛。同时，随着超大规模集成电路工艺和集成制造技术的不断 完善，单片机的硬件集成度也不断提高，已经出现了能满足各种不同需求、具 有各种特殊功能的单片机，这类单片机具有集成度高、性能价格比优越、货源 充足等优点，在工业测量领域内获得了极为广泛的应用价值。目前，随着通信 事业的发展及人们生活水平的提高，手机、小灵通各种先进的通信设备纷纷涌 现，并愈来愈普及。但固定电话面对如此冲击，并未退出历史舞台，而因其信 号强的固有优势，走进了各家各户。 电话机用户数以亿计，计费依据来自电信局交换机给出的清单。清单方式 贵州大学本科毕业论

13、文 (设计) 第 3 页 是准确的，但电话机用户并不能及时方便地看到费用清单。各类卡式电话机可 以实时显示计费，但却不宜进入家庭。各种常见的 LED 公用电话计费器，则不 能较好适应有时会发生变化的电话费率。如果能向家庭内的电表、水表、气表 一样，能有一款家庭型的电话计费器，将会给人们的生活带来许多方便。用户 可以在打完一次电话后方便地查看话单信息及一段时间内的话费累计总额。 为了加强技术创新力度，要为产品市场定位。这是电话计费行业发展的基 础，未来此行业所面临的将不但是国内企业之间的竞争，更重要的是如何应对 世界经济洪流的冲击。加入 WTO 后我们的电话计费器市场将由向以国内市场为 主，转变

14、为以国际市场为主。目前多数生产企业对国际需求尤其是中高档电话 计费器的需求了解不深，在通过各种手段加以了解。国外的精品店、大卖场、 大超市和大批发市场都有特定的消费人群，应根据不同的类别，针对不同的消 费层次，正确区分高中低档次，开发适销品，畅销品，做到有的放矢。电话计 费器是集计算机技术、电子技术、智能计费技术为一体的机电一体化高科技产 品，具有可靠性高，使用方便等优点。电话计费器由于其自身的优势，必将为 社会所接受。其利润也是很可观，且国内市场广阔，很有开发生产价值。其特 点是：可自动识别所拨号码，实现自动计费；可自动实现全价和折价的转换； 计费准确，可方便地查询话单信息；具有可配置性，可

15、通过按键重新设置时间、 日期、费率等参数；成本低，功耗小。电话计费器具有很高的便利性、可靠性， 应用日益广泛。 1.2 方案的设计思路与原理方框图 本文具体介绍了怎样利用 51 单片机设计和实现一款低成本的可配置性的单 路电话计费器。其可配置性保证了该计费器可适应电信局费率的调整而重新设 置计费参数，并可调整计时以与当前时间日期相吻合。 1.2.1 电话计费器系统设计思路 电话计费器系统有四种工作状态：1.平时显示日期、时间；2.来电接听时，计时 显示；3.去电时，计时计费显示；4.挂机按键时，通过“查询” 、“累计” 、“设 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 4 页 置”三个按键，进行功能

16、操作。可在主程序中用循环语句，使计费器工作于以上四种 状态，循环体中用 if 条件语句判断是哪个状态的条件发生，则进入该状态的执行语 句中。 主程序开始时先进行一些初始化，如 8279 的初始化：清除显示器 RAM、FIFO RAM，设置键盘、显示方式以及时钟分频使 8279 工作于 100KHZ 的最佳状态； MC146818 时钟芯片的初始化：时标置初值，并启动芯片开始工作；定时器/计数器 0，1 初始化：置计数初值，设置 T/C0 和 T/C1 的工作方式。开中断后便进入循环体。 1. 显示设计 可采用数组 diss 作显示缓冲区，存放将要显示的数据。table 数组作段码存放 区。通过

17、 8279 的写显示 RAM 命令，存贮显示数据，再从 table 段码表中取出要显示 数据的相应段码送到数据口显示。可设计一个显示子函数每次显示时，只需给 diss 数组重新赋值，来改变要显示的内容。 例如时间、日期的显示，只需从 MC146818 的时标寄存器中读去时标值，并将其 值赋给 diss 数组，再调用显示函数显示即可。 2. 键盘设计 据键盘的硬件设计，各键的编码由 8279 设定。当有键按下时，8279 能识别键盘 上闭合键的键号，并将该键的编码写入内部 FIFO RAM 中。设计中通过读 8279 的状态 字来判断有无键按下，并设计一个取键值函数 keyin(),来读取每次的

18、键值。由所得 的键值进入相关处理程序中。 3计时设计 在来电接听及拨号去电接通时，均需计费器有计时显示功能。计时可由 8051 的 内部资源定时器/计数器来完成。 设计中可采用复合定时的的方法，得到 1s 的定时中断。可使 T/C0 工作在定时器 方式 1，定时 50ms,定时时间到后 P1.0 反相，即 P1.0 端输出周期 100ms 的方波脉冲， P1.0 端接至 T1 引脚端，相当于 T1 端接入一外部脉冲信号。另设 T/C1 工作在计数器 方式 2，对 T1 引脚端输入的脉冲计数，当计数满 10 次时，定时 1s 时间到，即时变 量 sn+。当有挂机信号时，INT0 端为低电平（外部

19、中断 0 采用电平触发方式）时， 发生外部中断，此时 T/C0，T/C1 停止计数。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 5 页 显示时只需将计时变量 sn 的值赋给 diss 数组，并调用显示函数，并且每一秒 diss 数组中的内容变化一次，则显示器每秒刷新一次。 4计费处理 设计中我们只简单考虑市话和国内长途。依据电信局对固定电话的计费标准：市 话前三分钟 02 元，以后每分钟 01 元；国内长途则时以 6 秒为一个计费单位， 007 元/6 秒，但存在一个优惠时段，在 0:007:00 之内可享受超 6 折优惠，004 元/6 秒，来进行该部分的编程。可以设置一个长途标志位，通过判断该标

20、志而分别 进入市话或长途的相应处理程序中。 5功能键处理 当处于挂机状态下，可通过按键进行查询，累计，设置功能操作。由 if 条件语 句判断是何键值，当键值为 0 x0c 时，进入查询操作中，将存储话单信息的结构数组 中的数据赋给 diss 数组，再调用显示函数显示存储的话单信息（话单序号，电话号 码，通话时长及费用）；当键值为 0 x0d 时，将话费的累计值赋给 diss 数组，再调用 显示函数显示。当键值为 0 x0e 时，进入设置操作中，若此时再次取得的键值为 0 x0a，则进入设置日期时间的状态中，将取得的键值送到时标寄存器中；若为 0 x0b, 则设置费率，将取得的键值赋给相应的费率

21、变量。若为 0 x00,则清除费用累计，给费 用累计变量 sum 赋 0。 1.2.2 原理方框图 该系统主要由 51 单片机、检测电路、解码电路、键盘、LED 显示器，其 结构框图如图 1.1 所示。 图 1.1 电话计费系统结构框图 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 6 页 1.3 电话计费器系统的主要特点 利用 Intel 公司的 8051 单片机设计和实现一款低成本的可配置性的单路电 话计费器。其可配置性保证了该计费器可适应电信局费率的调整而重新设置计 费参数，并可调整计时以与当前时间日期相吻合。 该计费器具有如下特点： 1可自动识别所拨号码，实现自动计费； 2可自动实现全价和折价的

22、转换； 3计费准确，可方便地查询话单信息； 4具有可配置性，可通过按键重新设置时间、日期、费率等参数； 5成本低，功耗小。 软件部分采用 C 语言进行程序设计，运算速度快，编译效率高，有良好的 可移植性，而且可直接实现对系统硬件的控制。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 7 页 第二章 控制系统的硬件设计 为使装配流水线控制系统能够具有更好的实用性，并且具有更高的性能， 需对该系统的硬件进行精心的设计。 该系统的硬件设计采用了模块化的设计方法。按实现的功能来分，可分为 以下几个部分。其中，51 单片机是整个电路的核心，它控制其他模块来完成各 种复杂的操作。 2.1 电源电路的设计与分析 稳压

23、电源的输出电压 UO（或电压可调范围 UOmin UOmax）和最大输出电流 IOmax 是它的特性指标，这两个指标决定了该电源的适用范围，同时也决定了稳 压器的特性指标以及如何选择变压器、整流管和滤波电容。而输出电阻、纹波 电压、温度系数是稳压电源的质量指标，它们决定了稳压器的稳压系数、输出 阻抗、温度系数和滤波电容的选择。 图 2.1 稳压电源原理图 因为系统是由单片机直接控制处理，其稳定的电压是十分重要的，所以我 们设计了一个稳压电源，如图 2.1 所示，使数字电磁锁能在各种特殊的环境都 能正常工作。为了改善波纹特性,在稳压电源的输入端加接电容 C4；在其输出 端加接电容 C5，C8 ，

24、目的是为了改善负载的瞬态响应、防止自激振荡和减少高 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 8 页 频噪声。电路中加入一个发光二极管（图上未标出）是为了对输出的电压进行 稳压保护，于电压小于额定电压或对地短路的时候的保护。 三脚稳压块选择：该装置中的稳压块选用 LM7805 集成稳压块。LM7805 系列集成稳压块主要技术参数：输入电压：DC3V35V；最大输出电流： 1.5A。LM7805 系列稳压块封装：1 脚为输入端 ，2 脚为公共端 ，3 脚为输出 端。注意事项：引脚不能接错，公共端不能悬空；为防止过热应安装散热片， 其内部原理图如图 2.2 所示，按图我们来分析其原理：在本设计中应输出电

25、压 为 Vo=5V，则当 Vo5V 时，T2 的 b 极电压上升，进而 T2 的 c 极电压下降， 进而 T1 的 b 极电压下降,进而 T1 的 Vce 极电压上升，进而 Vo 趋于 5V；反之 当 Vo5V 时亦然。 2.2 三端稳压电源内部图 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 9 页 2.2 中央控制器 Intel 8051 单片机 单片机(Microcontroller,又称微控制器)，是在一块硅片上集成了各种部件的 微型计算机,这些部件包括中央处理器 CPU、数据存储器 RAM、程序存储器 ROM、定时器 /计数器和多种 I/O 接口电路。 2.2.1 8051 单片机的特点 80

26、51 单片机是 MCS-51 系列单片机的一个产品。MCS-51 系列单片机是 Intel 公司推出的通用型单片机。8051 单片机是 HMOS 工艺的，它的片内程序存 储器 ROM 为掩膜型的，在制造芯片是已将应用程序固化进去，使它具有了某种 专用功能。其特点如下： 数据存储器（RAM）：片内为 128 个字节（单元），片外最多可外扩至 64K 字节。 程序存储器(ROM)：片内为 4K 字节，片外最多可外扩至 64K 字节。 中断系统：及有 5 个中断源，2 级中断优先权。 定时器/计数器：2 个 16 位的定时器/计数器，具有四种工作方式。 串行口：1 个全双工的串行口，具有四种工作方式

27、。 并行口：4 个 8 位并行 I/O 口，即 P0 口、P1 口、P2 口、P3 口。 特殊功能寄存器（SFR）：共有 21 个，用于对片内各功能模块进行管理、控制、 监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的 RAM 区。 位处理器（CPU）：为 8 位的 CPU，且内含一个 1 位 CPU(位处理器)不仅可处理 字节数据，还可进行位变量的处理。 片内振荡器及时钟电路。 具有布尔代数的运算能力。 2.2.2 8051 单片机的功能描述 8051 单片机的性能结构上是一个功能强大的单片机，它是一种仅 20 个引 脚的单片机，相当于 INTEL8031 的最小应用系统。这对于一

28、些不太复杂的控制 场合，仅用一片 8051 单片机就足够了。由于将多功能的 8 位 CPU 和 2KB 闪速 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 10 页 存储器以及模拟电压比较器集成到单个芯片上，从而成为一种多功能的微处理 器，这为许多嵌入式控制提供了一种极佳的方案，使传统的 51 系列单片机的体 积大、功耗大、可选模式少等诸多困扰设计工程师们的致命弱点不复存在。 8051 单片机的主要特点：2K 字节闪速可编程可擦除只读存储器（ FLASH EEPROM）和 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM）,可重复擦写 10000 次， 数据保存时间 10 年，工作电压范围：2.76V,

29、工作频率： 024MHz ,15 根可编 程 I/O 引线， 2 个 16 位定时器/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工 串行口，一个精密模拟比较器，两级程序加密，输出口可直接驱动 LED 显示， 低功耗的闲置和调电保护工作方式，以及片内振荡器和时钟电路。由于 8051 单 片机单片机功能强劲，且体积小（芯片只有 20 个引脚），所以它在许多嵌入式 和便携式测控系统中得到广泛应用，如机电式或电子式电度表，智能煤气表， 测速仪等智能仪器。 2.2.3 8051 单片机的管角说明 8051 单片机单片机为 20 引脚芯片如图 2.3 所示： 图 2.3 8051 单片机引脚分布图 贵州

30、大学本科毕业论文 (设计) 第 11 页 8051 单片机是一个有 20 个引脚的芯片,引脚如图 10.1 所示,与 8051 内部结 构进行对比可发现,8051 单片机减少了两个对外端口（即 P0、P2 口）,使它最大 可能地减少了对外引脚,因而芯片尺寸有所减少。 8051 单片机芯片的 20 个引脚功能为： 1. Vcc：电源电压。 2. GND：地。 3. P1 口：P1 口是一 8 位双向 I/O 口。口引脚 P1.2P1.7 提供内部上拉电阻。 P1.0 和 P1.1 要求外部上拉电阻。P1.0 和 P1.1 还分别作为片内精密模拟比较器的同 相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)

31、。P1 口输出缓冲器可吸收 20mA 电流并能直 接驱动 LED 显示。当 P1 口引脚写入“1”时,其可用作输入端。当引脚 P1.2P1.7 用作输入并被外部拉低时 ,它们将因内部的上拉电阻而流出电流 (IIL)。 P1 口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。 4. P3 口：P3 口的 P3.0 P3.5、P3.7 是带有内部上拉电阻的七个双向 I/0 引脚。 P3.6 用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用 I/O 引脚而不可 访问。P3 口缓冲器可吸收 20mA 电流。当 P3 口引脚写入“1”时,它们被内部 上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时,被外部拉低的 P3 口

32、引脚将用上 拉电阻而流出电流(I IL)。 P3 口还用于实现 8051 单片机的各种功能,如下表 10-1 所示。 P3 口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 5. RST：复位输入。RST 一旦变成高电平,所有的 I/O 引脚就复位到“1”。当振 荡器正在运行时,持续给出 RST 引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每 一个机器周期需 12 个振荡器或时钟周期。 6. XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。 7. XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 12 页 P3 口引脚 功能 P3.0 RXD(串行输入端

33、口) P3.1 TXD(串行输出端口) P3.2 INT0(外中断 0) P3.3 INT1(外中断 1) P3.4 TO(定时器 0 外部输入) P3.5 T1(定时器 1 外部输入 ) 表 2.1 P3 口的功能 从上述引脚说明可看出,8051 单片机没有提供外部扩展存储器与 I/O 设备所 需的地址、数据、控制信号, 因此利用 8051 单片机构成的单片机应用系统不能 在 8051 单片机之外扩展存储器或 I/O 设备, 也即 8051 单片机本身即构成了最小 单片机系统。 指令系统 2K 可反复擦写(1000 次)Flash Rom 15 个双向 I/O 口 6 个中断源 两个 16

34、位可编程定时计 数器 2.7-6.0V 的宽工作电压范围 时钟频率 0-24MHz 128 X8bit 内部 RAM 两个外部中断源 两个串行中断 可直接驱动 LED 两级加密位 低功耗睡眠功能 内置一个模拟比较放大器 可编程 UARL 通道 软件设置睡眠和唤醒功能 表 2.2 8051 单片机的主要功能特性 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 13 页 2.3 专用键盘/显示器接口芯片 8279 8279 是 Intel 公司生产的通用可编程键盘/显示器接口芯片。利用 8279, 可实现对键盘/显示器的自动扫描，并识别键盘上闭合键的键号，不仅可以大大 节省 CPU 对键盘/显示器的操作时间，

35、 从而减轻 CPU 的负担，而且显示稳定， 程序简单，不会出现勿动作。 2.4.1 8279 的特点 可同时进行键盘扫描和字符显示； 键盘扫描模式（Scanned Keyboard Mode）； 传感器扫描模式（Scanned Sensor Mode ）； 选通输入模式（Strobe Input Entry Mode）； 88 键盘 FIFO(先进先出)； 具有接点消除抖动、2 键锁定及 N 键依次读出模式； 8 位数或 16 位数的显示器； 右边进入或左边进入，16 位字节显示存储器。 2.4.2 8279 的引脚及内部结构 1. DB0DB7：双向数据总线。在 CPU 于 8279 间作数

36、据与命令的传送。 2CLK：8279 的系统时钟，100KHZ 为最佳选择。 3RESET：复位输入线，高电平有效。当 RESET 输入端出现高电平时，8279 被初始 复位。 4/CS：片选信号。低电平使能，使能时可将命令写入 8279 或读取 8279 的数 据。 5A0：用于区分信息的特性。当 A0=1 时，CPU 向 8279 写入命令或读取 8279 的状态； 当 A0 为 0 时，读写一般数据。 6. /RD：读取控制线。/RD=0,8279 会送数据至外部总线。 7. /WR：写入控制线。/WR=0,8279 会从外部总线捕捉数据。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 14 页

37、8. IRQ：中断请求输出线，高电平有效。当 FIFO RAM 缓冲器中存有键盘上闭合键的 键码时，IRQ 线升高，向 CPU 请求中断，当 CPU 将缓冲器中的输入键数的数据全部 读取时，中断请求线下降为低电平。 9. SL0SL3：扫描输出线，用于对键盘显示器扫描。可以是编码模式（16 对 1）或 译码模式（4 对 1）。 10. RL0 RL7：反馈输入线，由内部拉高电阻拉成高电平，也可由键盘上按键拉成 低电平。 11. SHIFT、CNTL/STB ：控制键输入线，由内部拉高电阻拉成高电平，也可由外部控 制按键拉成低电平。 12OUTB03、OUTA03：显示段数据输出线，可分别作为两

38、个半字节输出，也可作 为 8 位段数据输出口，此时 OUTB0 为最低位， OUTA3 位最高位。 13/BD：消隐输出线，低电平有效。当显示器切换时或使用消隐命令时，将显示消 隐。 8279 的内部结构图如图所示， 它主要分为以下六个部分： 1I/O 控制和数据缓冲器 利用/CS、A0、/RD、/WR 等信号，控制读写的数据。 控制端各引脚的作用 /CS /RD /WR A0 控制端组合功能说明 1 X X X 数据总线为高阻抗 0 1 0 0 写入要显示的数据码 0 1 0 1 写入命令码到控制寄存器内 0 0 1 0 读取 FIFO RAM 及显示器 RAM 0 0 1 1 读取 FIF

39、O 状态寄存器的状态码 2控制逻辑 控制与定时寄存器用以存储键盘及显示器的工作方式，锁存操作命令，通过译码 产生相应的控制信号，使 8279 的各个部件完成一定的控制功能。 定时控制含有一些计数器，其中有一个可编程的 5 位计数器，对外部输入时钟信 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 15 页 号进行分频，产生 100KHZ 的内部定时信号。外部时钟输入信号的周期不小于 500ns。 3扫描计数器 扫描计数器有两种工作方式： 编码方式 计数器以二进制计数，4 位计数状态从扫描线 SL0SL3 输出，只 有经外部译码器后方可作为键盘和显示器的扫描码。 译码方式 这时扫描计数器的低二位经内部译码后

40、从 SL0SL3 扫描线输出， 其输出可直接用作键盘和显示的扫描码。 4键输入控制 这个部件完成对键盘的自动扫描，锁存 RL0RL7 的键输入信息，搜索闭合键， 去除键的抖动，并将键输入数据写入内部先进先出（FIFO）的存储器 RAM。 5FIFO/SENSOR RAM 及其状态寄存器 FIFO/SENSOR RAM 是一个双功能的 88 位的 RAM。 在键盘或选通方式工作时，它是 FIFO 寄存器。状态寄存器寄存 FIFO 的当前工作 状态。只要 FIFO 存储器不空，状态逻辑将置中断请求 IRQ=1。 在传感器矩阵方式时，这个 FIFO 存储器作传感器 RAM。当检测出传感器的变化 时，

41、中断请求信号 IRQ=1。 6.显示 RAM 和显示地址寄存器 显示 RAM 用来存储显示数据，容量为 168 位。在显示过程中 ，存储的显示数 据轮流从显示寄存器输出显示。OUTA0OUTA3 和 OUTB0OUTB3 作外接显示器件的段 选码端口，内部实现动态扫描显示，位选线由扫描线 SL0SL3 提供。 显示地址寄存器，决定 CPU 读写哪一个显示器 RAM 的字节，可由程序设置，且读 /写方式可以时自动连续或是单一方式。 2.4.3 8279 的操作命令字 8279 有 8 个可编程的命令字，用来设定键盘和 LED 显示器的工作方式和实现对 各种数据的读、写操作。 1. 键盘/显示器方

42、式设置命令字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 16 页 0 0 0 D D K K K D7、D6、D5：为命令特征字，它门的 8 种组合编码对应了 8279 的 8 个命令。D7 D6 D5=000 为方式设置命令字。 DD(D4 D3)： 设定显示方式： 0 0 8 个字符显示左边输入； 0 1 16 个字符显示左边输入； 1 0 8 个字符显示右边输入； 1 1 16 个字符显示右边输入。 说明： 8279 最多可用来控制 16 位 LED 显示器，当显示位数超过 8 位时，均需设定为 16 位字符显示。显示器的每一位对应一个 8 位地

43、显示缓冲 RAM 单元。CPU 将显示数据写 入缓冲器时有左边输入和右边输入两种方式。左边输入是较简单的方式，地址为 0 15 的显示缓冲 RAM 单元分别对应于显示器的 0（左）位 15（右）位。CPU 依次 从 0 地址或某一个地址开始将段数据写入显示缓冲 RAM。 当 16 个显示缓冲 RAM 都已写满时（从 0 地址开始写，写了 16 次）,第 17 次写， 再从 0 地址开始写。 右边写入方式是移位输入方式，输入数据总是写入右边的显示缓冲 RAM，数据写 入显示缓冲 RAM 后，原来缓冲器的内容左移一个字节，原最左边显示缓冲 RAM 的内 容被移出。 KKK(D2 D1 D0)：用来

44、设定键盘七种工作方式： 0 0 0 编码扫描键盘， 双键锁定； 0 0 1 译码扫描键盘， 双键锁定； 0 1 0 编码扫描键盘，N 键依次读出； 0 1 1 译码扫描键盘，N 键依次读出； 1 0 0 编码扫描传感器矩阵； 1 0 1 译码扫描传感器矩阵； 1 1 0 选通输入，编码扫描显示器方式； 1 1 1 选通输入，译码扫描显示器方式。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 17 页 说明： 双键锁定：当键盘中同时有两个或两个以上的键被按下时，任何一个键的编码信 息均不能进入 FIFO RAM 中，直至仅剩下一个键保持闭合时，该键的编码信息方能进 入 FIFO,这种工作方式可以避免勿操作

45、信号进入计算机。 N 键依次读出：当同时按下 N 个键时，则按键盘扫描过程中发现它们的顺序识别， 并送入 FIFO RAM 中。 键盘扫描模式：当设定为键盘扫描模式时，从 SL0SL3 送出 的扫描信号，将会去扫描键盘，如有键被按时，它会等待 10ms，然 后检查该按键，将此键码（含 CTRL、SHIFT）存入 FIFO RAM。 扫描传感器矩阵模式：当设定为传感器模式时，存入 FIFO RAM 的值，完全按扫 描的输出码。如有传感元件被触发时，在 8279 内部的 FIFO RAM 中都有一个位与之相 对应。 选通输入的工作方式：RL07 作为选通输入口，CNTL/STB 作为选通信号输入端

46、。 这是只选用显示器没有键盘的工作方式。 1. 时钟编码命令字 8279 的内部定时信号由外部的输入时钟经过分频后产生，分频系数由时钟编码命令 字确定，时钟命令字格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 1 P P P P P D7 D6 D5=001 为时钟编码命令字的特征位。 PPPPP(D4 D3 D2 D1 D0)：分频系数，可在 231 次分频中进行选择，将进入 8279 的时钟频率进行 N 次分频后，可获得 8279 内部所需的 100KHZ 的时钟。内部时 钟频率的高低控制着扫描时间和键盘去抖动的长短，在 8279 内部时钟为 100KHZ 时， 则可得

47、到较好的扫描及消除抖动时间（扫描时间为 51ms，去抖动时间为 103ms）。 如果进入 8279 的时钟频率为 2MHZ,要获得 100KHZ 的内部时钟信号，则需要 20 分频， 即 PPPPP=10100B=20。 2. 读 FIFO RAM 命令字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 18 页 0 1 0 AI A A A D7 D6 D5=010 为读 FIFO RAM 命令字的特征位。 AAA（D2 D1 D0）：为 RAM 起始地址。 AI（D4）为多次读时的地址自动增量标志。 在键扫描方时中，AI、AAA 均被忽略，CPU 读键输

48、入数据时，总是按先进先出的 规律读出，直至输入键全部读完为止。在传感器矩阵扫描中，若 AI=1，CPU 则从起始 地址开始依次读出，每次读出后地址自动加 1；AI=0 时，CPU 仅读出一个单元的内容。 3. 写显示缓冲 RAM 命令字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 AI A A A A D7 D6 D5=100 为写显示缓冲 RAM 命令字的特征位。 AAAA(D3 D2 D1 D0)：将要写入的显示 RAM 地址。 AI(D4)：自动地址增量标志。 该命令给出了显示缓冲 RAM 的地址信息，当 CPU 执行显示缓冲 RAM 时，首先用该命令字给出要写入的显示缓

49、冲 RAM 的地址，四位二进制代码 AAAA 可用 来寻址显示缓冲 RAM 的 16 个存储单元。若 AI=1，则 CPU 在第一次写入时需给出地址 外，以后地址自动加 1，直至所有显示缓冲 RAM 全部写毕。 4. 读显示缓冲 RAM 命令字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 1 AI A A A A D7 D6 D5=011 为读显示缓冲 RAM 命令字的特征位。 AAAA(D3 D2 D1 D0)：用来寻址显示 RAM 的 16 个存储单元。 AI(D4)：自动地址增量标志。 在 CPU 读显示数据（检查）之前需先输出读缓冲 RAM 的命令。若 AI=1，则 CPU

50、 每次 读出后，地址自动加 1。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 19 页 5. 显示屏蔽消隐命令字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 1 IW/A IW/B BL/A BL/B D7 D6 D5=101 为显示屏蔽消隐命令字的特征位。 IW/A,IW/B(D3 D2)：A、B 组显示 RAM 写入屏蔽位。为 1 时显示 RAM 禁止写入。 在双 4 位显示器使用时，即 OUTA03 和 OUTB03 独立地作为两个半字节输出时， 可改变显示缓冲 RAM 的低半字节而不影响高半字节的状态(D3=1),反之 D2=1 时可改变 高半字节而不影响低半字节。 BL/A,BL

51、/B(D1 D0)：消隐设置位。要消隐两组显示输出，必须使 D0、D1 同时为 1，BL=0 时则恢复显示。 6. 清除命令字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 0 CD CD CD CF CA D7 D6 D5=110 为清除命令字的特征位。 该命令用来清除 FIFORAM 和显示缓冲 RAM。 CD CD CD(D4D3D2)：用来设定清除显示缓冲 RAM 的方式。 1 0 将显示 RAM 全部清 0； 1 1 0 将显示 RAM 清成 20H； 1 1 1 将显示 RAM 全部置 1； 0 不清除（CA=0 时）；若 CA=1,则 D3、D2 仍有效。 CF(D1)

52、：用来置空 FIFO RAM。当 CF=1 时，执行清除命令后，FIFO RAM 被置空， 使中断输出线 IRQ 复位，同时传感器 RAM 的读出地址也被置 0。 CA（D0）：总清的特征位，它兼有 CD 和 CF 的联合效用。当 CA=1 时，对显示 RAM 的清除方式由 D3 和 D2 的编码确定。 清除显示缓冲 RAM 大约须 100s 时间，在此时间，CPU 不能向显示器 RAM 写入数据。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 20 页 7. 结束中断/错误方式设置命令字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 1 E X X X X E：为 1 有效。 2.4.4 8

53、279 的状态字节 8279 有一个状态字节。用于反映键盘的 FIFO RAM 的工作状态。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DU S/E O U F N N N DU(D7)：在清除命令执行期间该位为“1”，DU 为 1 时对显示 RAM 写操作无效。 S/E(D6)：用于传感器矩阵输入方式，几个传感器同时闭合时置“1”。为 1 表示 传感器的最后一个信号已进入或出现了多键同时按下的错误。 N N N（D2 D1 D0）：表示 FIFO RAM 中的数据个数。 F(D3)：在 F=1 时，表示 FIFO RAM 已满（存有 8 个键入数据）。 U（D4）：在 FIFO RAM

54、 中没有输入字符时，CPU 对 FIFO RAM 读则置“1”U。 O(D5)：当 FIFO 已满，又读入一个字符时发生溢出置“1”O。 2.4.5 输入数据格式 在键扫描方式中，键输入数据格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CNHL SHIFT SCAN SCAN SCAN RETURN RETURN RETURN D2D0 指出输入键所在的行号（RL07 状态决定）。 D5D3 指出输入键所在的列号（扫描计数值）。 D6 控制键 SHIFT 的状态。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 21 页 D7 控制键 CNTL 的状态。 控制键 CNTKL、SHIFT 为单

55、独的开关键。CNTL 与其它键连用作特殊命令键， SHIFT 可作为上下挡控制键。当 SHIFT 接按键（对地），可与键盘（88）配合，使 键盘各键具有上、下键功能这样键盘可扩充到 128 个键。CNTL 线可接一键用作控制 键，这样，作多可扩充到 256 键。 在传感器扫描方式或选通输入方式中，输入数据即为 RL0RL7 输入状态. D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 RL7 RL6 RL5 RL4 RL3 RL2 RL1 RL0 2.4 复位电路的设计 2.4.1 单片机复位电路基本原理及特点 在 51 系列单片机中，在振荡器运行时，RST 引脚上保持到少两个机器周期 的高电平

56、输入信号，复位过程即可完成。为响应这一不定期程，CPU 发出内部 复位信号。内部复位操作是在发现 RST 为高电平后的第二个周期进行的，并且 此后每个周期都重复进行复位操作，直到 RST 变成低电平为止。针对复位电路 对时间的需要，我们对上电复位电路进行精心设计。一般来讲，Vcc 电源的上 升时间不超过 1ms，片内振荡器启动时间在 10ms 之内。在这种情况下，把 RST 引脚通 10uF 电容接到 Vcc 并同时经过 10K 电阻和地相连，就可获得上电 自动复位的结果。其具体的复位电路如图 2.9 所示： 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 22 页 图 2.9 复位电路图 接通电源后，V

57、cc 便对电容通过电阻进行充电。RST 脚的电压等于 Vcc 与电容 两端电压之差。在充电过程中，随着电容电压逐步趋于 Vcc，RST 引脚上之电 压最终将接近于 0。此过渡过程之长短取决于电阻和电容值的大小。10uF 电容 足可使 RST 脚上的电压在振荡器启振后尚有两个机器周期以上的时间保持高于 施密特触发器的低门槛电平，从而使整个复位过程得以完成。 2.4.1 单片机复位后的状态的分析 单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器 PC0000H，这表明程序从 0000H 地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内 RAM 为随机值，运行中的复位操作不改变片内 RAM 区中的

58、内容，21 个特殊功能 寄存器复位后的状态为确定值，见下表 2.3。值得指出的是，记住一些特殊功 能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的初始 化部分是十分必要的。 说明：表中符号*为随机状态； 特殊功能寄存 初始状态 特殊功能寄存 初始状态 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 23 页 器 器 PSW 00H TH0 00H P0P3 FFH SBUF 不定 IP *00000 B SCON 00H IE 0*00000 B PCON 0* B A 00H TMOD 00H B 00H TCON 00H SP 07H TL0 00H DPL 00H TH1 00H D

59、PH 00H TL1 00H 表 2.3 特殊功能寄存器与初始状态表 PSW00H，表明选寄存器 0 组为工作寄存器组； SP07H，表明堆栈指针指向片内 RAM 07H 字节单元，根据堆栈操作的先加后压 法则，第一个被压入的内容写入到 08H 单元中； PoP3FFH，表明已向各端口线写入 1，此时，各端口既可用于输入又可用于 输出； IP*00000B，表明各个中断源处于低优先级； IE0*00000B，表明各个中断均被关断； A00H，表明累加器已被清零； 51 单片机的复位是由 RESET 引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过 24 个振荡周期后，51 单片机即进入芯片内部复位状态，而

60、且一直在此状态下等待， 直到 RESET 引脚转成低电平后，才检查 EA 引脚是高电平或低电平，若为高电平 则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。 51 单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，（在特 殊寄存器介绍时再做详细说明）至于内部 RAM 内部的数据则不变。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 24 页 2.5 时钟电路的设计与工作原理分析 2.5.1 振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置 为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟

61、信号要通过一个二分频触发器，因此对外部 时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 2.5.2 时钟电路的设计 8031/8051 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部 振荡方式。 在引脚 XTAL1 和 XTAL2 外接晶体振荡器(简称晶振 )或陶瓷谐振器，就构成 了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就 构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如下图 2.3 所 示。图中，电容器 C1，C2 起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在 5-30pF。晶振频率的典型值为 12MHz，采用 6MHz

62、的情况也比较多。内部振荡方 式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多。 外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使 单片机的时钟与外部信号保持同步。外部振荡方式的外部电路如下图 2.10 所示。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 25 页 图 2.10 时钟振荡方 式 由上图可见，XTAL1 接地，外部振荡信号由 XTAL2 引入。为了提高输入电 路的驱动能力，通常将外部信号经过一个带有上拉电阻的 TTL 反相门后接入 XTAL2。 2.5.3 单片机的基本时序单位 单片机以晶体振荡器的振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位， 片内的各种微操作都以此周期

63、为时序基准。 振荡频率二分频后形成状态周期或称 s 周期，所以， 1 个状态周期包含有 2 个振荡周期。振荡频率 foscl2 分频后形成机器周期 MC。所以，1 个机器周期包含 有 6 个状态周期或 12 个振荡周期。1 个到 4 个机器周期确定一条指令的执行时间， 这个时间就是指令周期。MCS-51 系列单片机指令系统中，各条指令的执行时间 都在 1 个到 4 个机器周期之间。 4 种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其它时间值(例如， 波特率、定时器的定时时间等)的基本时序单位。单片机外接晶振频率 12MHZ 时的时序单位的大小：振荡周期1/fosc=1/12MHZ=0.083

64、3us 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 26 页 第三章 电话计费器系统软件设计 系统软件的设计包括主程序的设计等程序设计组成。 3.1 主程序设计 3.1.1 主程序的初始化内容 如上图显示，本设计的主程序设计比较简单。程序首先是对 P1 口送初值， 即给 8051 单片机送取一个占空比为 50%的数据。（当然可送其它占空比数据， 这里是为了跟好的展示，根据不同系统的需要，其值可变）。跟着对数据和中 断进行初始化 MCS-51 系列单片机复位后，（PC ）=0000H，而 0003H002BH 分别为各 中断源的入口地址。所以，编程时应在 0000H 处写一条跳转指令。当 CPU 接 收

65、到中断请求信号并予以响应后，CPU 把当前的 PC 内容压入堆栈中进行保护， 然后转入相应的中断服务程序入口处执行。一般应在相应的中断服务程序入口 处写一条跳转指令，并以跳转指令的目标地址作为中断服务程序的其实地址进 行编程。 MCS-51 系列单片机复位后，除 SP 为 07H，P0P3 口为 FFH 外，其余给内存单 元内容均为 00H，所以应对 IE、IP 进行初始化编程，以开放 CPU 中断，允许 某些中断源中断和设置中断优先级等。 3.1.2 代码转换程序 人们日常习惯使用十进制数，而计算机的键盘输入、输出以及显示常采用二 进制编码的十进制数（即 BCD 码）或 ASCII 码。因此

66、，在程序设计中经常要进 行代码转换。各种代码之间的转换十分有用，除了硬件逻辑转换之外，程序设计 中采用算法处理和查表方式。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 27 页 3.2 中断服务程序 中断服务程序是一种具有特定功能的独立程序段。它为中断源的特定要求服 务，以中断返回指令结束。由于工序操作和计数请求响应采用中断处理方式，所 以中断服务程序设计成了本系统软件设计的核心。在中断响应过程中，断点的保 护与恢复主要由单片机内部电路来实现。对用户来说，在编写中断服务程序时， 主要须考虑是否有需要保护的现场，即指在主程序中用到的寄存器、存储单元等， 在中断程序中也使用了。如果有，则应注意不要遗漏；在恢复现场时，要注意压 栈与出栈指令必须成队使用，先入栈的内容应该后弹出。另外，还要及时清除需 要用软件清除的中断标志。 3.2.1 工序操作中断服务程序的设计 工序操作中断服务程序中用延时表示工序操作的处理过程。其程序流程图如 图 3.2 所示。 贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 28 页 工序操作中断程序流程图 关中断 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否