【正文】 .............................................................................................30致　 謝 .............................................................................................................................31附 錄 .............................................................................................................................32河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1前　言近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異的更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)及具體應(yīng)用對(duì)象的特點(diǎn)，于軟件想結(jié)合，加以完善。單片機(jī)之所以在工業(yè)控制中有大量的應(yīng)用，就在于它有獨(dú)特的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。在工業(yè)檢測(cè)、控制中許多場(chǎng)合都要用到計(jì)數(shù)或定時(shí)功能。例如，對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)、產(chǎn)生精確的定時(shí)時(shí)間等。定時(shí)器總的來(lái)說(shuō)有兩種類(lèi)型。一種是基于模擬技術(shù)的傳統(tǒng)產(chǎn)品，這種定時(shí)器功能簡(jiǎn)單，盡管被廣泛應(yīng)用過(guò)，但已進(jìn)入淘汰之列。另一種是基于數(shù)字計(jì)數(shù)的新一代產(chǎn)品，這種產(chǎn)品功能強(qiáng)，是前者的換代之物。人們對(duì)定時(shí)器的需求越來(lái)越精確，數(shù)字定時(shí)器越來(lái)越多的被人們所使用，模擬定時(shí)器則漸漸的退出人們的視線，因此提高數(shù)字定時(shí)器的設(shè)計(jì)技術(shù)越來(lái)越被很多國(guó)家所重視。本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于單片機(jī)的多用途定時(shí)器。它造價(jià)低，功能全，整體性?xún)r(jià)比高，配以小鍵盤(pán)和 LED 顯示器，可以適應(yīng)各種場(chǎng)合的定時(shí)預(yù)警之用。設(shè)計(jì)中應(yīng)用了單片機(jī)定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能，單片機(jī)的中斷使用方法以及 LED 顯示等技術(shù)，經(jīng)歷了方案設(shè)計(jì)、電路硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、制作 PCB 板、程序仿真調(diào)試、實(shí)物調(diào)試等過(guò)程，最終設(shè)計(jì)出專(zhuān)用定時(shí)器。第 1 章 整體方案設(shè)計(jì)與論證河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2基于單片機(jī)系統(tǒng)的定時(shí)器電路包含了如下的功能模塊：基本的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)的定時(shí)中斷單片機(jī)的外圍電路外部按鍵輸入裝置數(shù)碼管 LED 顯示裝置設(shè)計(jì)要求輸出如圖 11 所示的時(shí)間定時(shí)輸出，并顯示每個(gè)時(shí)間的剩余時(shí)間。其中三個(gè)時(shí)間有各自的調(diào)節(jié)范圍：T1, 1s~ 99s；T2, 1s ~99s。 T3, 1min ~99min。T3T2T1Y2Y3Y1圖 11 定時(shí)時(shí)間輸出 YYY3167。 方案設(shè)計(jì)方案一：利用單片機(jī)定時(shí)輸出 YYY3，定時(shí)時(shí)間分別為T(mén)TT3 ，并用發(fā)光二極管表示其時(shí)間長(zhǎng)短，用 LED 顯示定時(shí)的剩余時(shí)間。時(shí)間長(zhǎng)短通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)。繼電器是定時(shí)后的具體應(yīng)用器件。利用單片機(jī)的定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間精確，穩(wěn)定，可靠。并可以利用單片機(jī)的功能很好的進(jìn)行時(shí)間的顯示、指示，輸出。原理簡(jiǎn)單，使用的元器件少。方案一的原理框圖如圖 12：河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3AT89C52 單片機(jī)發(fā)光二極管顯示、指示按鍵調(diào)節(jié)、選擇LED 顯示ULN2083驅(qū)動(dòng)繼電器應(yīng)用圖 12 方案一原理框圖方案二：高頻脈沖信號(hào)作為定時(shí)器的時(shí)間基準(zhǔn)，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)。該系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為定時(shí)器的時(shí)間基準(zhǔn)，經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖。T1 減數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)時(shí)通過(guò) T1 預(yù)置數(shù)顯示器顯示T1 的剩余時(shí)間，同時(shí)使 T1 的時(shí)間輸出器和指示燈工作，當(dāng) T1 計(jì)數(shù)滿之后 T2 計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，并對(duì) T2 預(yù)置數(shù)。T2 減計(jì)數(shù)器工作方式同 T1。當(dāng) T2 計(jì)數(shù)滿之后T3 減計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作。工作方式同 TT2，如此循環(huán)，便能實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)功能。該方案應(yīng)用穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)作為定時(shí)器的時(shí)間基準(zhǔn)，可以說(shuō)也有同單片機(jī)一樣的精確、穩(wěn)定、可靠的輸出時(shí)間，且對(duì)軟件要求不高，能很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的功能。原理框圖如圖 13：河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4T3 顯示譯碼器T3 減計(jì)數(shù)器T3 預(yù)置數(shù)T1 減計(jì)數(shù)器譯碼器T3時(shí)間輸出和指示T2時(shí)間輸出和指示T2 顯示譯碼器T1 顯示T2 減計(jì)數(shù)器T1時(shí)間輸出和指示T2 預(yù)置數(shù) T1 預(yù)置數(shù)分頻器振蕩器圖 13 方案二原理框圖167。 方案論證對(duì)以上兩個(gè)方案進(jìn)行論證，并加以選擇確定該設(shè)計(jì)的總體方案框圖以便進(jìn)一步設(shè)計(jì)。方案一：優(yōu)點(diǎn)是利用單片機(jī)的定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間精確，穩(wěn)定，可靠。并可以利用單片機(jī)的功能很好的進(jìn)行時(shí)間的顯示、指示，輸出。原理簡(jiǎn)單，使用的元器件少，相對(duì)來(lái)說(shuō)在實(shí)物調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題就少。該方案還有一個(gè)好處就是成本低。此外，經(jīng)過(guò)很多人的證明，利用單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，失敗的風(fēng)險(xiǎn)小。方案二：優(yōu)點(diǎn)是該方案應(yīng)用穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)作為定時(shí)器的時(shí)間基準(zhǔn)，可以說(shuō)也有同單片機(jī)一樣的精確、穩(wěn)定、可靠的輸出時(shí)間，且對(duì)軟件要求不高，能很好地實(shí)河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的功能。缺點(diǎn)是該方案復(fù)雜，一般不容易弄明白它的原理，而且應(yīng)用的元器件較多，在實(shí)物調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題比較多。由于元器件比較多，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)實(shí)物的成本也比較高，而且在 PCB 布線時(shí)更加麻煩。由于原理復(fù)雜，所以成功完成該設(shè)計(jì)的概率較低。通過(guò)對(duì)以上設(shè)計(jì)方案比較，該設(shè)計(jì)選用方案一進(jìn)行設(shè)計(jì)。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6第 2 章 硬件電路設(shè)計(jì)167。 AT89C52 單片機(jī)介紹該設(shè)計(jì)選用 AT89C52 單片機(jī)，單片機(jī)的內(nèi)部框圖如圖 21 所示。圖 21 單片機(jī)的內(nèi)部框圖河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52 有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口，3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2 個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫(xiě)口線，AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。主要性能參數(shù)：(1) 與 MCS51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容(2) 8K 字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash 閃速存儲(chǔ)器(3) 1000 次擦寫(xiě)周期(4) 全靜態(tài)操作： 0Hz—24Hz(5) 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器(6) 256X8 字節(jié)內(nèi)部 RAM(7) 32 個(gè)可編程 I/O 口線(8) 3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器(9) 8 個(gè)中斷源(10) 可編程串行 UART 通道(11) 低功耗空閑和掉電模式AT89C52 功能特性概述：AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，256 字節(jié)的內(nèi)部RAM，32 個(gè) I/O 口線，3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8位 [2]。167。 單片機(jī)最小的系統(tǒng)167。 復(fù)位電路從原理上，一般采用上電復(fù)位電路。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于短路，于是 RST 引腳上為高電平，然后電源通過(guò)電阻對(duì)電容充電，RST 端電壓慢慢下降到一定程度，即為低電平，單片機(jī)開(kāi)始工作。該設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路選用由 10μF 的電容和 10KΩ 的電阻 IN4148 二極管組成。在滿足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下該復(fù)位電路的優(yōu)點(diǎn)在于降低復(fù)位引腳的對(duì)地阻抗，可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力。二極管可以實(shí)現(xiàn)快速釋放電容電量功能，滿足短時(shí)間復(fù)位的要求。具體如圖 22 所示：C110μFRESTR710KΩD6IN4148GNDVCC圖 22 復(fù)位電路167。 晶振電路單片機(jī)的晶振電路是一種典型的電路，分為內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘兩種方式。內(nèi)部時(shí)鐘電路的晶振頻率一般選擇在 4MHz ~ 12MHz 之間，該設(shè)計(jì)選擇12MHz，外接兩個(gè)諧振電容。該電容的典型值為 30pF，該設(shè)計(jì)選擇 22pF。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖 23 所：X112MHzVCC 40 39 38 37 36 35 34 33 32EA/VPP 31ALE 30PSEN 29 28 27 26 25 24 23 22 21RST9XTAL218XTAL119VSS20AT89C52C322pFC222pFGNDGND圖 23 內(nèi)部時(shí)鐘晶振電路167。 LED 顯示于單片機(jī)接口167。 LED 介紹常用的 LED 顯示器有 7 段或 8 段，8 段比 7 段多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)“dp”段。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極兩種。該設(shè)計(jì)中選用的是共陰極。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。若幾個(gè)發(fā)光二極管按一定的規(guī)則點(diǎn)亮，則會(huì)顯示不同的數(shù)字或字符。使用 LED 顯示器時(shí)，為了顯示數(shù)字或符號(hào)，要為 LED 顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是通過(guò)段的亮與滅來(lái)顯示不同字形的，因此稱(chēng)之為段碼。7 段發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì) 8 段，因此提供給 LED 顯示器的段碼正好一個(gè)字節(jié)。各段字節(jié)中給位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 21：河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10表 21 LED 各段字節(jié)中給位的 對(duì)應(yīng)關(guān)系顯示數(shù) dp g f e d c b a 段碼0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH1 0 0 0 0 0 1 1 0 O6H2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH167。 LED 顯示于單片機(jī)接口由于單片機(jī) I/O 的電氣特性決定了單片機(jī)的端口的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般的，單片機(jī)的端口只是驅(qū)動(dòng) TTL 電平，不提供或者提供很小的驅(qū)動(dòng)電流，所以在帶負(fù)載時(shí)，單片機(jī)應(yīng)該在 I/O 口加上驅(qū)動(dòng)芯片。該設(shè)計(jì)使用 ULN2803 驅(qū)動(dòng)芯片。發(fā)光二極管工作電流在 10mA 左右，而一般的 I/O 接口不能提供這么大的電流，需要使用驅(qū)動(dòng)電路，常用的有 ULN2020A，7 段驅(qū)動(dòng)：ULN2083，8 段驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中使用的為 ULN2803，8 段驅(qū)動(dòng)。LED 與單片機(jī)的接線如圖 24：河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11OC1 C111D2 2D33D4 4D55D6 6D77D8 8D91Q 192Q 183Q 174Q 165Q 156Q 147Q 138Q 12U374HC573VCC 39 37 35 33 32EA/VPP 31ALE 30PSEN 29 27 25 23 21 RST9 XTAL218XTAL119 VSS20U1AT89C52IN11 IN22IN33 IN44IN55 IN66IN77 IN88COM9OUT1 18OUT2 17OUT3 16OUT4 15OUT5 14OUT6 13OUT7 12OUT8 11DIODE 10U2GND VCCGNDabfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS?DPY_7SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS?DPY_7SEG_DPD7D6R19RES2D517RES2 D4R18RES2 D316RES2D215RES2D114RES2D013RES2 D720RES2D6D5D4D7D3D2D6D1D0D5D4D3D2D1D0圖 24 LED 與單片機(jī)的接 線使用 ULN2803 驅(qū)動(dòng)芯片對(duì) LED 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)