【正文】 P0 口是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，此口為地址總線（低 8 位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P1 口是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型負(fù)載。 P2 口是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，與地址總線（高 8 位）復(fù)用，可 驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)LS 型 TTL 負(fù)載。 P3 口是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。 P1 口、 P2 口、 P3 口各 I/O 口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，當(dāng)這 3個(gè)準(zhǔn)雙向 I/O 口做輸入口使用時(shí)，要向該口先寫“ 1”，另外準(zhǔn)雙向 I/O 口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài) I/O 口。 時(shí)鐘電路與時(shí)序 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生 MCS51 單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。 MCS51 單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)， MCS51 單片機(jī)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行進(jìn)行工作， 而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各個(gè)信號(hào)的關(guān)系。 在執(zhí)行指令時(shí)， CPU 首先要到程序存儲(chǔ)器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號(hào)去完成指令所規(guī)定的操作。 CPU 發(fā)出的時(shí)序信號(hào)有兩類，一類用于片內(nèi)對各個(gè)功能部件的控制，這列信號(hào)很多。另一類用于片外存儲(chǔ)器或 I/O 端口的控制，這部分時(shí)序?qū)τ诜治?、設(shè)計(jì)硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)者普遍關(guān)心的問題。 7 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為以下幾個(gè)方面。 1．智能儀表 用單片機(jī)系統(tǒng)取代老式的測量、控制儀表，實(shí)現(xiàn)從模擬儀表 向數(shù)字化、智能化儀表的轉(zhuǎn)化，如各種溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、電能計(jì)量儀表等。 2. 測控系統(tǒng) 用單片機(jī)取代原有的復(fù)雜的模擬數(shù)字電路，完成各種工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等工作。 3．電能變換 應(yīng)用單片機(jī)設(shè)計(jì)變頻調(diào)速控制電路。 4．通信 用單片機(jī)開發(fā)通信模塊、通信器材等。 5．機(jī)電產(chǎn)品 應(yīng)用單片機(jī)檢測、控制傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，使傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，控制智能化，提高了機(jī)電產(chǎn)品的可靠性，增強(qiáng)了產(chǎn)品的功能。 6．智能接口 在數(shù)據(jù)傳輸中，用單片機(jī)實(shí) 現(xiàn)外部設(shè)備與微機(jī)通信。 第 3 章 電路的硬件設(shè)計(jì) 復(fù)位電路 MCS51 單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是 — 種簡單的復(fù)位電路，只要在 RST 復(fù)位引腳接一個(gè)電容到 VCC，接一個(gè)電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加到 RST 復(fù)位引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，這個(gè)復(fù)位信 號(hào)隨著 VCC對電容的充電過程而回落，所以 RST 引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位， RST 引腳的高電平信號(hào)必須維持足夠長的時(shí)間。 電路圖如下： 8 上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單 片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本文用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。 電路圖如下： MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 按鍵電路 按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的 I/O 端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋 放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間的常長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在 510ms 之間。為了避免 CPU 多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)。本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O 口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，每個(gè)按鍵占用一條 I/O 口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生互相影響。 9 電路圖如下： 口表示功能移位鍵，按鍵選擇要調(diào)整的時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位或分個(gè)位。 口表示數(shù)字“ +“鍵，按一下則對應(yīng)的數(shù)字加 1。 口表示數(shù)字“ ”鍵，按一下則對應(yīng)的數(shù)字減 1。 口表示時(shí)間表的切換，程序默認(rèn)為日常時(shí)間表，當(dāng)按下該開關(guān)，使輸入為低電平時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的是考試時(shí)間表，并有綠發(fā)光二極管顯示。再按鍵，使鍵抬起，輸入維高電平時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的是日常作息時(shí)間表，用紅發(fā)光二級(jí)管顯示。 相關(guān)控制電路 控制打鈴電路 口控制繼電器進(jìn)而控制電鈴工作。當(dāng)時(shí)鐘當(dāng)前的時(shí)間和當(dāng)前所執(zhí)行的時(shí)間表的時(shí)間一致時(shí)，相應(yīng)得標(biāo)志位為 1， 口輸出高 電平，控制繼電器閉合，從而合上開關(guān)，啟動(dòng)電鈴進(jìn)行打鈴。打鈴一定時(shí)間，標(biāo)志位置 0， 輸出低電平，繼電器打開，電鈴?fù)Ｖ构ぷ鳌? 電路圖如下： 10 時(shí)間表顯示電路 因?yàn)樵撾娐房梢詧?zhí)行兩個(gè)時(shí)間表，即正常作息時(shí)間表和考試時(shí)間表。為了能夠從外觀上看出當(dāng)前正在執(zhí)行的是那種時(shí)間表。為此，在電路中加上了紅、綠兩個(gè)不同的發(fā)光二極管，當(dāng)紅發(fā)光二極管接通時(shí)，表示當(dāng)前正在執(zhí)行日常作息時(shí)間表；當(dāng)綠發(fā)光二極管接通時(shí)則表示當(dāng)前正在執(zhí)行的是考試時(shí)間表。有了紅綠兩發(fā)光二極管表示， 就可以明顯看出當(dāng)前執(zhí)行的是何種時(shí)間表，不會(huì)混淆。 電路圖如下： 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管顯示器成本低，配置靈活，與單片機(jī)接口簡單，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。 數(shù)碼管是由 8 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器件。在數(shù)碼管中，若將二極管的陽 11 極連在一起，稱為共陽極數(shù)碼管；若將二極管的陰極連在一起，稱為共陰極數(shù)碼管。本文用到的 6 個(gè)數(shù)碼管均是共陰極的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。每個(gè)二極管就是一個(gè)筆劃，若干個(gè)二極管發(fā)光時(shí)，就構(gòu)成了一 個(gè)顯示字符。將單片機(jī)的 I/O 口控制相應(yīng)的芯片與數(shù)碼管的 ag 相連，高電平的位對應(yīng)的發(fā)光二極管亮，這樣，由 I/O 口輸出不同的代碼，就可以控制數(shù)碼管顯示不同的字符。本文的 6 個(gè)數(shù)碼管均采用動(dòng)態(tài)顯示方式，顯示當(dāng)前的時(shí)間。整個(gè)顯示電路應(yīng)用了 2個(gè) 164 芯片， 1 個(gè) 244 芯片。第一個(gè) 164 芯片把從單片機(jī)傳出的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。 164 只能存儲(chǔ) 8 位數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)單片機(jī)輸出第 914 位數(shù)據(jù)的時(shí)候，第一個(gè) 164 芯片中的 8 位數(shù)據(jù)就被傳到第二個(gè) 164 芯片中，這 8 位數(shù)據(jù)就是段選信號(hào)，控制數(shù)碼管將要顯示的字符。第 914 位數(shù)據(jù)輸出后 ，控制 244 芯片的單片機(jī)的 口置為高電平， 244 芯片選通。這六位數(shù)據(jù)經(jīng)過 244 芯片以后是片選信號(hào)，即控制動(dòng)態(tài)顯示的是哪一位數(shù)碼管。在片選信號(hào)和段選信號(hào)的控制下，數(shù)碼管就正確的動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前的時(shí)間。 電源電路設(shè)計(jì) 電源電路包括變壓器、橋式整流器、電容和穩(wěn)壓器。通過變壓器變壓，使得220V 電壓變?yōu)?5 V，在通過橋式整流，電容的濾波作用，穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作用，可輸出 5V 的穩(wěn)定電壓。 第 4 章 電路的軟件設(shè)計(jì) 軟件程序內(nèi)容 本設(shè)計(jì)的軟件程序包括主程序、中斷子程序、打鈴子程序、時(shí)鐘顯示子程序、查詢時(shí)間 表切換程序和延時(shí)子程序等等。另外由于電路中有四個(gè)按鍵，還另外設(shè)計(jì)了防抖動(dòng)程序來防止干擾。 軟件流程圖 軟件程序整個(gè)流程圖如下： 開始 12 定時(shí)程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)的定時(shí)功能也是通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來自單片機(jī)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過 1 個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器加 1。如果 MCS51 采用的 12MHz 晶體，則計(jì)數(shù)頻率為 1MHz，即每過 1us 的時(shí)間計(jì)數(shù)器加 1。這樣可以根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，也可以根據(jù)定時(shí)時(shí)間的要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的初值。 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器具有 4 種工作方式，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對特殊功能寄存器的編程，可以方便的選擇定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器兩種工作模式和 4 種工作方式。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作在方式 0 時(shí)，為 13 位的計(jì)數(shù)器，由 TLX(X=0、 1)的低 5位和 THX 的高 8 位所構(gòu)成。 TLX 低 5 位溢出則向 THX 進(jìn)位， THX 計(jì)數(shù)溢出則置位 TCON 中的溢出標(biāo)志位 TFX. 初始化 是否按時(shí)間表切換鍵 切換時(shí)間表 查詢功能移位鍵 調(diào)整時(shí)間 是否與時(shí)間表時(shí)間匹配 調(diào)用打鈴子程序 是 否 是 否 13 當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作于方式 1，為 16 位的計(jì)數(shù)器。本 設(shè)計(jì)師單片機(jī)多功能定時(shí)器，所以 MCS51 內(nèi)部的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器被選定為定時(shí)器工作模式，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器增 1。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)的基本方法 時(shí)鐘的最小計(jì)時(shí)單位是秒，但使用定時(shí)器的方式 1，最大的定時(shí)時(shí)間也只能達(dá)到 131ms。我們可把定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間定為 50ms。這樣，計(jì)數(shù)溢出 20 次即可得到時(shí)鐘的最小計(jì)時(shí)單位：秒。而計(jì)數(shù) 20 次可以用軟件實(shí)現(xiàn)。 秒計(jì)時(shí)是采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)的累積，計(jì)滿 20 次，即得到秒計(jì)時(shí)。從秒到分，從分到時(shí)是通過軟件累加并進(jìn)行比較的方法來實(shí)現(xiàn)的 。要求每滿 1秒，則“秒”單元中的內(nèi)容加 1；“秒”單元滿 60，則“分”單元中的內(nèi)容加 1；“分”單元滿 60，則“時(shí)”單元中的內(nèi)容加 1；“時(shí)”單元滿 24，則將時(shí)、分、秒的內(nèi)容全部清零。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)步驟 （ 1）選擇工作方式，計(jì)算初值； （ 2）采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計(jì)； （ 3）從秒 —— 分 —— 時(shí)的計(jì)時(shí)是通過累加和數(shù)值比較實(shí)現(xiàn)的； （ 4）時(shí)鐘顯示緩沖區(qū)：時(shí)鐘時(shí)間在方位數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，為此在內(nèi)部 RAM 中要設(shè)置顯示緩沖區(qū)，共 6 個(gè)地址單元。顯示緩沖區(qū)從左到右依次存放時(shí)、分、秒數(shù)值； （ 5）主程序：主要 進(jìn)行定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的初始化編程，然后反復(fù)調(diào)用顯示 子程序的方法等待中斷的到來。 （ 6）中斷服務(wù)程序：進(jìn)行計(jì)時(shí)操作 （ 7）加 1 子程序：用于完成對時(shí)、分、秒的加操作，中斷服務(wù)程序在秒、 分、時(shí)加 1 時(shí)共有三種條調(diào)用加 1 子程序，包括三項(xiàng)內(nèi)容：合字、加 1 并進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整、分字。 在整個(gè)系統(tǒng)中，在單片機(jī)的 30H、 31H 和 32H 中存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間的小時(shí)、分鐘和秒。由于要用數(shù)碼管顯示當(dāng)前的時(shí)間，必須用到分字和合字，因此在 33H、 34H、35H、 36H、 37H 和 38H 中存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間的時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位、分個(gè)位 、秒十位和秒個(gè)位，方便顯示。 本設(shè)計(jì)有由四個(gè)輕觸按鍵組成的小鍵盤，這些按鍵可以任意改變當(dāng)前的狀態(tài)。按功能移位鍵一次，表示當(dāng)前要校對小時(shí)的十位；按第二次，表示當(dāng)前校對的是小時(shí)的個(gè)位；按第三次，則表示校對的是分鐘的十位；第四次，表示的校對的是分鐘的個(gè)位。按下數(shù)字“ +” 鍵和數(shù)字“ ”鍵可在當(dāng)前校對的數(shù)字上相應(yīng)加上 1 或者減去 1。 本設(shè)計(jì)采用查表方式，在程序里預(yù)先存儲(chǔ)兩個(gè)表格，即日常作息時(shí)間表和考試時(shí)間表，可以通過手動(dòng)按鍵來選擇所要執(zhí)行的時(shí)間表。并且用紅、綠發(fā)光二極 14 管來區(qū)別當(dāng)前所執(zhí)行的時(shí)間表。系統(tǒng)開機(jī)后，按功能移位 鍵就可以調(diào)整當(dāng)前的時(shí)間，整個(gè)系統(tǒng)操作簡單，功能明確。 顯示數(shù)據(jù)時(shí)，先把要顯示的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū) SBUF 中，再從 SBUF 中顯示。串行口緩沖寄存器 SBUF 器是可直接尋址的專用寄存器。在物理上，它對應(yīng)著兩個(gè)寄存器，一個(gè)發(fā)送寄存器，一個(gè)接收寄存器。 CPU 寫 SBUF，就是修改發(fā)送寄存器；讀 SBUF，就是讀接收寄存器。接收器是雙緩沖的，以避免在接收下一幀數(shù)據(jù)之前， CPU 未能及時(shí)響應(yīng)接收器的中斷，沒有把上一幀數(shù)據(jù)讀走，而產(chǎn)生兩幀數(shù)據(jù)重疊的問題。對于發(fā)送器，為了保持最大的傳輸速率，一般不需要雙緩沖，因?yàn)榘l(fā)送時(shí) CPU 是主動(dòng) 的，不會(huì)產(chǎn)生寫重疊的問題。 結(jié) 束 語 單片機(jī)多功能定時(shí)系統(tǒng)理論上能很好的達(dá)到了學(xué)校教學(xué)要求，發(fā)揮了單片機(jī)在智能化方面的應(yīng)用。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很好的滿足當(dāng)前學(xué)校教學(xué)的需要，是一個(gè)理想的智能化的設(shè)計(jì)。它具有一個(gè)走時(shí)精確的實(shí)時(shí)鐘，可以任意設(shè)置時(shí)間，可以控 15 制時(shí)間表的轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘的顯示功能等。可以通過按鍵操作和數(shù)字顯示。該系統(tǒng)規(guī)模小，但是功能較多，操作簡單，造價(jià)低，應(yīng)用非常廣泛。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為向家庭數(shù)字化方向發(fā)展又前進(jìn)了一步。同時(shí)又?jǐn)U大了單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。 本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。 通過這次的 課程 設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到我對于書本上的很多知識(shí)還不能靈活運(yùn)用，有很多我們需要掌握的知識(shí)在等著我去學(xué)習(xí) 。同時(shí) 本次的設(shè)計(jì)使我從中學(xué)到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化。