【正文】 目錄第1章 緒論 1 單片機(jī)發(fā)展背景及意義 1 單片機(jī)國內(nèi)外研究概況 2 4第2章 51單片機(jī)基本原理 6 MCS51單片機(jī)的組成原理 7 MCS51單片機(jī)的引腳功能 7 中斷 11 定時器與計數(shù)器 15 17第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 18 采用STC89C52為核心的單片機(jī)控制方案 18 18 數(shù)碼管 18 硬件電路設(shè)計 20 數(shù)碼管顯示電路 20 設(shè)定時間電路設(shè)計 22 繼電器控制電源電路 23 本章小結(jié) 25第4章 軟件設(shè)計 26 定時控制軟件總體設(shè)計 25 鍵盤輸入程序設(shè)計 25 顯示子程序設(shè)計 25 25第5章 系統(tǒng)調(diào)試分析 30 系統(tǒng)調(diào)試 30 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 30 本章小結(jié) 30結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 33致謝 34附錄1 軟件設(shè)計程序 35附錄2 設(shè)計原理圖 40附錄3 系統(tǒng)設(shè)計PCB圖 41第1章 緒論51系列單片機(jī)屬于總線型單片機(jī)，具有硬件架構(gòu)完整、功能強(qiáng)大、技術(shù)成熟、通用性強(qiáng)、可外部擴(kuò)展、配套芯片齊全、集成開發(fā)環(huán)境好、實(shí)用子程序豐富以及價格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，無論是實(shí)際工程應(yīng)用，還是學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及其應(yīng)用技術(shù)，51系列單片機(jī)都是理想的選擇。在社會生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中，凡是有自動控制要求的地方都會和單片機(jī)扯上關(guān)系。無論是從簡單到復(fù)雜，還是從空中、地面到地下，凡是能想到的地方幾乎都有使用單片機(jī)的需求，并且達(dá)到許多與人方便的操作。盡管現(xiàn)在單片機(jī)在社會上的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以用單片機(jī)控制而尚未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目。因此，單片機(jī)的應(yīng)用依然大有想象和拓展空間。本次設(shè)計采用的是總線型結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，總線型結(jié)構(gòu)的單片機(jī)可以減少不同之間信息傳送線的條數(shù)，從而使信息傳送規(guī)格整齊，提高了整機(jī)的可靠性。采用總線結(jié)構(gòu)以后，存儲器、輸入輸出等外部設(shè)備都通過專門的接口電路獨(dú)立的掛在總線上，因而使得單片機(jī)可擴(kuò)充能力強(qiáng)，使用方便靈活。另外，還可根據(jù)不同的需要增加存儲器的容量或增添外部設(shè)備，也可以根據(jù)不同的需要組成各種專用的單片機(jī)，例如專用教學(xué)機(jī)等。單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動效率，減輕勞動強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等[4]。但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益上，更重要的意義還在于：單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須有模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件（編程）方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化”技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實(shí)。單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，它因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個芯片上而得名，就是把中央處理器 CPU(Central processing unit)、隨機(jī)存儲器RAM（Random access memory）、只讀存儲器ROM（Read only memory）、中斷系統(tǒng)、定時器／計數(shù)器以及 I\O（Input/output）接口電路等主要微型機(jī)部件集成在一個芯片上。雖然單片機(jī)只是一個芯片， 但從組成和功能上看，它已具有了計算機(jī)系統(tǒng)的屬性[11]。單片機(jī)主要應(yīng)用與控制領(lǐng)域，用以實(shí)現(xiàn)各種測試和控制功能， 為了強(qiáng)調(diào)起控制屬性，也可以把單片機(jī)稱為微控制器 MCU（Micro controller unit）。在國際上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我國則比較習(xí)慣與“單片機(jī)”這一名稱。單片機(jī)在應(yīng)用時，通常是處于控制系統(tǒng)的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式進(jìn)行使用，為了強(qiáng)調(diào)其“嵌入”的特點(diǎn)，也常常將單片機(jī)稱為嵌入式微控制器 EMCU（Embedded micro controller unit）。單片機(jī)根據(jù)控制應(yīng)用的需要分為通用單片機(jī)和專用單片機(jī)。其中通用單片機(jī)是一種基本芯片，內(nèi)部資源豐富、性能全面、適用性較強(qiáng)，用戶可根據(jù)自己的需要，以其為控制核心，配以不同的外圍電路設(shè)計成不同的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)；專用單片機(jī)是針對性特別強(qiáng)，具有結(jié)構(gòu)的最簡化、資源利用的最優(yōu)化、可靠性和成本的最佳化的特點(diǎn)。 單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)通常是指芯片本身，它是有芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運(yùn)算器電路、控制器電路、存儲器、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個單片機(jī)芯片并不能把計算機(jī)的全部電路都集成到其中，例如組成諧振電路和復(fù)位電路的石英晶體、電阻、電容等，這些元件在單片機(jī)系統(tǒng)中只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實(shí)際的控制應(yīng)用中，常常需要擴(kuò)展外圍電路和外圍芯片。從中可以看到單片機(jī)和單片機(jī)系統(tǒng)的差別：單片機(jī)只是一塊芯片，而單片機(jī)系統(tǒng)則是在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其它電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計算機(jī)系統(tǒng)。通常所說的單片機(jī)系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計的，是一個圍繞單片機(jī)芯片而組建的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。 單片機(jī)國內(nèi)外研究概況(1)、單片機(jī)的產(chǎn)生電子計算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路到大（超大）規(guī)模集成電路共四個階段，即常說的第一代、第二代、第三和第四代計算機(jī)。現(xiàn)在廣泛使用的微型計算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，因此它屬于第四代計算機(jī)，而單片機(jī)則是微型計算機(jī)的一個分支。從1971年微型計算機(jī)問世以來，由于實(shí)際應(yīng)用的需要，微型計算機(jī)向著兩個不同的方向發(fā)展：一個是向高速度，大容量，高性能的高檔微機(jī)方向發(fā)展；而另一個則是向穩(wěn)定可靠、體積小和價格廉價的單片機(jī)方向發(fā)展。但是兩者在原理和技術(shù)上是緊密聯(lián)系的。(2)、單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展大體上同步，也經(jīng)歷四個階段：第一階段（1971～1974年）1971年11月，Intel公司推出4位微處理器Intel 4004，并配有RAM,ROM和移位寄存器等芯片，構(gòu)成第一臺MCS4微型計算機(jī)。1972年4月，Intel公司又推出8位微處理器Intel 8008。這些微處理器雖說還不是單片機(jī)，但從此拉開了研制單片機(jī)的序幕[2]。 第二階段（1974～1978年）：初級單片機(jī)階段以Intel公司MCS48為代表，這個系列的單片機(jī)內(nèi)集成了8位CPU，若干并行I/O，8位定時器/計數(shù)器，容量有限的RAM和ROM，尋址范圍不大于4K，且無串行口，簡單的中斷處理功能。第三階段（1978～1983年）：高性能單片機(jī)階段以Intel公司MCS51系列為代表，與此同時，Motorola公司推出680Zilog公司推出ZRokwell公司推出6506502等。此類單片機(jī)普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)，16位C/T，片內(nèi)RAM，ROM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64K字節(jié)，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器接口。 第四階段（1983年～）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段 在此階段，一方面發(fā)展16位單片機(jī)及專用單片機(jī)，另一方面不斷完善高檔8位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同的用戶需要?？v觀單片機(jī)近 30 年的發(fā)展歷程，單片機(jī)今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價格、外圍電路簡 單化以及片內(nèi)存儲器容量增加的方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了 32 位單片機(jī)，但使用的并不多。所以今后的單片機(jī)將是功能更強(qiáng)、集成度和可靠性更高而功耗更低、以及使用更方便等特點(diǎn)[2]。此外，專用化也是單片機(jī)的一個發(fā)展方向，針對單一用途的專用單片機(jī)將會越來越多。單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等多個領(lǐng)域，為各個領(lǐng)域的快速發(fā)展做出了巨貢獻(xiàn)。大致可分為如下幾個范疇：在智能儀器儀表的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。在家用電器中的應(yīng)用當(dāng)前，家用電器產(chǎn)品的一個重要發(fā)展趨勢就是不斷提高其智能化程度，而家電智能化的進(jìn)一步提高就需要有單片機(jī)的參與，例如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐、電視機(jī)和音像視頻設(shè)備等。通過單片機(jī)控制的智能化家用電器將給我們帶來更大的舒適和方便，進(jìn)一步改善我們的生活質(zhì)量，把我們的生活變的更加豐富多彩。在工業(yè)控制中的應(yīng)用工業(yè)技術(shù)中，無論是過程控制技術(shù)，數(shù)據(jù)采集和測控技術(shù)，還是生產(chǎn)線上的機(jī)器人技術(shù)，都需要要有單片機(jī)的參與。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)等。在工業(yè)自動化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機(jī)械、微電子和計算機(jī)技術(shù)于一體的綜合技術(shù)中，單片機(jī)將發(fā)揮越來越大的作用。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備、軍用領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。軍事裝備方面 科技強(qiáng)軍、國防現(xiàn)代化離不開計算機(jī)，在現(xiàn)代化的飛機(jī)、軍艦、坦克、大炮、導(dǎo)彈火箭和雷達(dá)等各種軍用裝備上，都有單片機(jī)深入其中。單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機(jī)智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、國防航空等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和機(jī)型Intel(美國英特爾) 公司：MCS48，MCS51 系列；Microchip（美國微晶）公司：PICI6XX，PIC54CXX 系列；Zilog(美國齊洛落)公司：ZS 系列及SUPER8； Fairchild（美國仙童）公司：FS 系列和 3870 系；Motorola（美國摩托羅拉）公司： NEC（日本電氣）公司：U87,uPD7800 系列；Hitachi（日本日立）公司：HD6301，HD6305，HD63L05 系列；ATMEL 公司：AT89C51系列；PHILIPS：87LPC 系列；Cygnal：C8051F0 系列等。以AT89C52系統(tǒng)單片機(jī)為核心器件，組成一個定時控制電源開關(guān)秒數(shù)的倒計時系統(tǒng)，即初值為9999秒以內(nèi)任意秒數(shù)，以一秒的速度進(jìn)行倒計時。系統(tǒng)有4個LED數(shù)碼管顯示器，選擇低四位分別顯示千位、百位、十位、個位，而高四位也可設(shè)置，本設(shè)計沒有采用。此倒計時設(shè)計能夠通過矩陣鍵盤對倒計時器設(shè)定任何不大于9999秒的初值，同時設(shè)置有開始鍵、復(fù)位鍵，以達(dá)到可以重新設(shè)置初值的目的。系統(tǒng)功能由于本來對C語言有一定的了解，再加上C語言的簡單等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計采用的是C語言編程，而未采用匯編語言。通過倒計時系統(tǒng)的要求，逐步寫出C語言程序。定時控制電源開關(guān)的主要過程是數(shù)碼管顯示時間倒計時，通過鍵盤可以修改定時時間，在倒計時時間到時，繼電器閉合，連接繼電器的LED亮，蜂鳴器響。時間可以設(shè)置分秒級別。由于采用3個按鍵來完成時間的修改，那么其中一個按鍵為功能選擇按鍵鍵，另外兩個為時間加與時間減按鍵。開發(fā)的作用和意義現(xiàn)在單片機(jī)的應(yīng)用在我們的生活中隨處可見，這體現(xiàn)了它的重要性與實(shí)用性。它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。本次設(shè)計的倒計時器就是采用的微控制計數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)的。計時器在單片機(jī)模塊中是比較常見的的一個模塊，計時器是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。本次設(shè)計的定是控制電源開關(guān)是在計時器的基礎(chǔ)上設(shè)計的，以倒計時器為基礎(chǔ)，還可以設(shè)計更多對日常生活密切相關(guān)的設(shè)備，諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，都是以計時器為基礎(chǔ)的。通過對基于單片機(jī)控制的倒計時器的設(shè)計的過程中，讓我對單片機(jī)的知識有一個初步解，在學(xué)習(xí)單片機(jī)基礎(chǔ)知識的同時，結(jié)合C語言學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)一些簡單的功能的