【正文】 ............... 25 第 5 章 調試與功能說明 ................................................................................................. 26 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 VI 硬件調試 ................................................................................................................. 26 系統(tǒng)性能測試與功能說明 ..................................................................................... 27 系統(tǒng)時鐘誤差分析 .......................................................................................... 27 軟件調試問題及解決 ...................................................................................... 29 系統(tǒng) PCB 圖 ........................................................................................................... 30 本章小節(jié) ................................................................................................................. 30 結論 ..................................................................................................................................... 31 致謝 ..................................................................................................................................... 32 參考文獻 ............................................................................................................................. 33 附錄 1… ……………………………………………………………………… ...………… 34 附錄 2………………………………………………………………… ...…………………35南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 1 第 1 章 緒 論 課題背景 單片機自 1976 年由 Intel 公司推出 MCS48 開始，迄今已有二十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機的應用領域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到 家用消費產品、辦公自動化、汽車電子、 PC 機外圍以及網絡通訊等廣大領域。 單片機有兩種基本結構形式 :一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，將程序存儲器和數(shù)據存儲器合用一個存儲器空間的結構，稱為普林斯頓結構。另一種是將程序存儲器和數(shù)據存儲器截然分開，分別尋址的結構，一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機以采用程序存儲器和數(shù)據存儲器截然分開的結構為多。 本文討論的單片機多功能定時器的核心是目前應用極為廣泛的 51 系列單片機，配置了外圍設備，構成了一個可編程的計時定時系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強等特點。不僅能滿足 所需要求，而且還有很多功能可供開發(fā)，有著廣泛的應用領域。 20 世紀 80 年代中期以后， Intel 公司以專利轉讓的形式把 8051 內核技術轉讓給許多半導體芯片生產廠家，如 ATMEL、 PHILIPS、 ANALOG、 DEVICES、 DALLAS等。這些廠家生產的芯片是 MCS51 系列的兼容產品，準確地說是與 MCS51 指令系統(tǒng)兼容的單片機。這些兼容機與 8051 的系統(tǒng)結構（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用 CMOS工藝，因而，常用 80C51 系列來稱呼所有具有 8051 指令系統(tǒng)的單片機，它們對 8051單片機一般都作了一些擴充，更有 特點。其功能和市場競爭力更強，不該把它們直接稱呼為 MCS51系列單片機，因為 MCS只是 Intel公司專用的單片機系列型號。 MCS51系列及 80C51 單片機有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內部結構上有些區(qū)別。目前使用的 MCS51 系列單片機及其兼容產品通常分成以下幾類：基本型、增強型、低功耗型、專用型、超 8 位型、片內閃爍存儲器型。 課題意義 在日常生活和工作中，我們常常用到定時控制，如擴印過程中的曝光定時等。早期常用的一些時間控制單元都使用模擬電路設計制作的，其定時準確性和重復精 度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術的新一代產品，隨著單片機性能價格比的不斷提高，新一代產品的應用也越來越廣泛，大可構成復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 2 完成復雜的控制功能。小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強大，體積小，質量輕，靈活好用，配以適當?shù)慕涌谛酒?，可以構造各種各樣、功能各異的微電子產品。 隨著電子技術的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設備逐漸增多，不同的設備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據這種實際情況，設計了一個單片機多功能定時系統(tǒng)，它可以避免多種控制器的混淆，利用一個控制器 對多路電器進行控制，同時又可以進行時鐘校準和定點打鈴。它可以執(zhí)行不同的時間表（考試時間和日常作息時間）的打鈴，可以任意設置時間。這種具有人們所需要的智能化特性的產品減輕了人的勞動，擴大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。 數(shù)字鐘的應用 數(shù)字電子鐘具有走時準確，一鐘多用等特點，在生活中已經得到廣泛的應用。 雖然現(xiàn)在市場上已有現(xiàn)成的電子鐘集成電路芯片出售，價格便宜、使用也方便，但是 人們對電子產品的應用要求越來越高，數(shù)字鐘不但可以顯示當前的時間，而且可以顯示日期、農歷 、以及星期等，給人們的生活帶來了 方便。另外數(shù)字鐘還具備秒表和鬧鐘的功能，且鬧鐘鈴聲可自選，使一款電子鐘具備了多媒體的色彩。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。電子鐘已成為人們日常生活中必不可少的必需品，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術的發(fā)展和采用了先進的石英技術，使電子鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點， 它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領域。 本章小結 本章主要介紹了單片機的歷史發(fā)展過程，單片機的產生與發(fā)展給人們帶來了來那些影響。以及數(shù)字鐘在日常生活中的具體應用給日常生活帶來的方便。 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 3 第 2 章 整體設計方案 由于本系統(tǒng)要求具有語音播報功能，所以需 采用十六位 可處理語音信號的 單片機 。 其主要設計思想是： 整個系統(tǒng)用單片機為中央控制器，由單片機執(zhí)行采集時鐘芯片的時間信號并通過顯示模塊來輸出信號及相關的控制功能。時鐘芯片產生時鐘信號， 利用單片機的 I/O 口傳給單片機；并通過 I/O 口 實現(xiàn) LCD 的顯示。系統(tǒng) 設有 4個按鍵可以對時間星期年月日進行調整，還可以設置鬧鐘。 整體框架如圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)整體框圖 單片機的選擇 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結構，芯片內集成 了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內程序存儲器， 128 bytes的隨機存取數(shù)據存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先 語 音 模 塊 LCD 顯示 單 片 機 電 源 模 塊 復位電路 時鐘模塊 按鍵模塊 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 4 級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內時鐘振蕩器。 此外， AT89S51 設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設置省電模式 ?？臻e模式下， CPU暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。 主要功能特性 為 ： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ； 4k 可反復擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM； 32 個雙向 I/O 口 ； ； 2 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 ； 時鐘頻率 033MHz； 全雙工 UART 串行中斷口線 ； 128x8bit 內部 RAM； 2 個外部中斷源 ； 低功耗空閑和省電模式 ； 中斷喚醒省電模式 ； 看門狗（ WDT）電路 ； 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 ； 雙數(shù)據寄存器指針 。 AT89S51 單片機與其他品牌單片機相比有著性價比高，性能穩(wěn)定的特點。 (1) 51 單片機 的優(yōu) 點 如果是作低成本的智能產品， 51 構架單片機的成本優(yōu)勢，還是無人能敵的。比如一片 AT89S51 和 AT89S52 單片機的批量價格大概是 5 元左右， STC89C52 單片機的批量價格大概是 6 元多，這樣的芯片價格是很低的。一片簡單的 74 系列通用數(shù)字邏輯芯片還要 1 元左右，而一片 51 單片機內部集成有成千上萬個晶體管開關電路。51 構架已經誕生很多年了，到目前依然有著 強大的生命力和實用性，從 1976 年 51構架成功面市， 多少年 過去了，從 90 年代初全新閃存結構的 AT89C51 要 90 元一片，到現(xiàn)在 AT89S51 只要 5 元多一片， 51 依然大量的使用著。使用 51 單片機能夠有效的控制智能產品整機的成本， 51 系列還是有著無法替代的重要地位。 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 5 (2) AT89S51 與 AT89C51 的比較 AT89S51 相對與 AT89C51 新增加 了 很多功能，性能有了較大提升，價格基本不變，甚至比 89C51 更低！ AT89S51 具有 ISP 在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內的程序不需要把 芯片從工作 環(huán)境上拔除，可以在線燒寫。 AT89S51 的 最高工作頻率為 33MHz， 89C51 的極限工作頻率是 24M，就是說S51 具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。 AT89S51 具有雙工 UART 串行通道 。 AT89S51 內部集成看門狗計時器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計時器單元電路。 AT89S51 具有 雙數(shù)據指示器。 AT89S51 具有 電源關閉標識。 AT89S51 具有 全新的加密算法，這使得對于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的 保護知識產權不被侵犯。 在 兼容性方面 ， AT89S51 向下完全兼容 51 全部字系列產品。比如 805 89C51等產品。也就是 說 不論教科書上采用的單片機是 8051 還是 89C51 還是 MCS51 等等 。在 89S51 上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。 AT89S51 與 AT89C51 就如同 INTEL 的 P3 向 P4 升級一樣，雖然都可以跑Windows98，不過速度是不同的 。 總之，無論是比其他品牌同類產品相比，還是與同品牌產品相比都顯示出了AT89S51 優(yōu)良的性能，更高的性價比。所以 AT89S51 芯片成為了本系 統(tǒng)的首選。 單片機的基本結構 AT89S51 單片機基本結構主要包括了以下主要部