【正文】 ............................................ 7 單片機的應用 ......................................................................... 8 單片機的基本結構和原理 ..................................................... 8 單片機的引腳功能介紹 ............................................... 9 單片機的時鐘電路與復位電路 ..................................12 單片機的工作過程 ......................................................16 單片機的發(fā)展趨勢 ................................................................17 第 2 章 電子時鐘 控制系統(tǒng) ...............................................................19 控制要求 ...............................................................................19 設計思路 ...............................................................................19 AT89C51 主要功能 ......................................................19 主要功能 .....................................................................20 工作原理闡述 .............................................................20 軟件方案 ...............................................................................20 分析論證 .....................................................................20 顯示模塊 .....................................................................20 運算模塊 .....................................................................21 校時模塊 .....................................................................21 整體模塊 .....................................................................21 程序流程圖 ............................................................................22 電子時鐘控制程序 ................................................................24 第 3 章 電子時鐘的仿真過程 ............................................................30 利用偉福軟件檢驗程序 ........................................................30 偉福軟件簡介 .............................................................30 偉福工作過程 .............................................................30 利用 Proteus 進行仿真 .........................................................34 Proteus 的簡介 .............................................................35 Proteus 仿真過程 .........................................................35 第 4 章 調試過程與分析 ...................................................................39 結 論 .................................................................................................40 謝 辭 ...................................................................................................41 參考文獻 .............................................................................................42 外文資料翻譯 .....................................................................................43 前 言 在當代繁忙的工作與生活中，時間與我們每一個人都有非常密切的關系，每個人都受到 時間的影響。為了更好的利用我們自己的時間，我們必須對時間有一個度量，因此產(chǎn)生了鐘表。鐘表的發(fā)展是非常迅速的，從剛開始的機械式鐘表到現(xiàn)在普遍用到的數(shù)字式鐘表，即使現(xiàn)在鐘表千奇百怪，但是它們都只是完成一種功能 — 計時功能，只是工作原理不同而已 。 數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率 (1HZ)進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間 (如北京時間 )一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的 1HZ 時間信號必須做到準確穩(wěn)定，通常使用石英晶體振蕩器電路構成數(shù)字鐘。 目前市場上所售的數(shù)字電子鐘其主要功能都是依賴于數(shù) 字電路的各功能模塊的組合來實現(xiàn)的。這些數(shù)字鐘的芯片組合和電路連接都比較難，而且焊接的過程也比較復雜，相對成本比較高，為了克服這些缺點，且能適合多種場合使用，所以這次畢業(yè)設計選擇了使用以單片機編程為主的數(shù)字電子鐘以滿足更多人的需求。這次主要是通過軟件編程來完成的，這樣就降低了硬件電路的復雜性，而且其成本也有所降低，擺脫了數(shù)字電路設計所帶來的電路復雜，焊接過程復雜，成本高等的劣勢。所要設計的數(shù)字電子鐘充分挖掘了單片機的資源和運算控制能力。具有功能多，顯示全的優(yōu)點。 這次設計的主要任務是使用單片機編程的方法很好的 實現(xiàn)多功能數(shù)字鐘的 設計 。 2 第 1 章 單片機的概述 單片微型計算機是指集成在一個芯片上的微型計算機，也就是把組成微型計算機的各種功能部件，包括 CPU（ Central Processing Unit） 、隨機存取存儲器 RAM（ Random Access Memory） 、只讀存儲器 ROM（ Readonly Memory） 、基本輸入 /輸出 (Input/Output)接口電路、定時器 /計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構成一個完整的微型計算機，從而實現(xiàn)微型計算機的基本功能。單片機內(nèi)部結構示意圖如圖 11 所示。 圖 11 單片機內(nèi)部結構示意圖 單片機實質上是一個芯片。在實際應用中，通常很難將單片機直接和被控對象進行電氣連接，必須外加各種擴展接口電路、外部設備、被控對象等硬件和軟件，才能構成一個單片機應用系統(tǒng)。 單片機應用系統(tǒng)是以單片機為核心，配以輸入、輸出、顯 示、控制等外圍電路和軟件，能實現(xiàn)一種或多種功能的實用系統(tǒng)。本書的實訓電路板也是一個單片機的應用系統(tǒng)，它除了有單片機芯片以外，還有許多的外圍電路，如果再配以后續(xù)章節(jié)所講的一系列的實訓程序，便可以完成很多功能。所以說，單片機應用系 統(tǒng)是由硬件和軟件組成的，硬件是應用系統(tǒng)的C P U存儲器并行I / O接口定時器 / 計數(shù)器 中斷系 統(tǒng)P0 ～ P3 T X DR X DT I N T并行I / O接口 3 基礎，軟件則在硬件的基礎上對其資源進行合理調配和使用，從而完成應用系統(tǒng)所要求的任務，二者相互依賴，缺一不可。單片機應用系統(tǒng)的組成如圖 12 所示。 圖 12 單片機應用系統(tǒng)的組成 由此可見，單片機應用系統(tǒng)的設計人員必須從硬件和軟件兩個角度來深入了解單片機，并能 夠將二者有機結合起來，才能形成具有特定功能的應用系統(tǒng)或整機產(chǎn)品。 自從 1974 年美國 Fairchild 公司研制出第一臺單片機 F8 之后，迄今為止，單片機經(jīng)歷了由 4 位機到 8 位機再到 16 位機的發(fā)展過程。單片機制造商很多，主要有美國的 Intel、 Motorola、 Zilog 等公司。目前，單片機正朝著高性能、多品種方向發(fā)展。近年來， 32 位單片機已進入了實用階段，但是由于 8 位單片機在性能價格比上占有優(yōu)勢，而且 8 位增強型單片機在速度和功能上向現(xiàn)在的 16 位單片機挑戰(zhàn)，因此在未來相當長的時期內(nèi)， 8 位單片機仍是單片機的主流機型。 單片機接口電路及外設等＋硬 件單片機 應用系統(tǒng)軟件＋ 4 單片機的發(fā)展歷程 （ 1） SCM 即單片微型計算機 （ S ingle Chip Microputer） 階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構。 “ 創(chuàng)新 模式 ” 獲得成功，奠定了 SCM 與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒。 （ 2） MCU 即微控制器 （ Micro Controller Unit） 階段，主要的技術發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統(tǒng)相關，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看， Intel 逐漸淡出 MCU 的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展 MCU方面，最著名的廠家當數(shù) Philips 公司。 Philips 公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將 AT89C51 從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績。 （ 3）單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了 SoC 化趨勢。隨著微電子技術、 IC 設計、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SoC 的單片機應用系統(tǒng)設計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)。 單片機的定義 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機也被稱為微控制器 （ Microcontroller） ，是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設 5 計理念是通過將大量 外圍設備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。 INTEL 的 Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 早期的單片機都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在 8031 上發(fā)展出了MCS51 系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。 90 年代后隨 著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大的提高。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應用， 32 位單片機迅速取代 16 位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的 8 位單片機的性能也得到了