【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 頁 9 均高于同一檔次的微機。 （ 4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 （ 5）外部總線增 加了 I C（ InterIntegrated Circuit）及 SPI（ Serial Peripheral Interface）等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。 （ 6）單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 四 單片機的分類 單片機作為計算機發(fā)展的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個較科學(xué)的分類方法。根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機大致可以分為通用型 /專用型、總線型 /非總線型及工控型 /家電型。 1. 通用型 /專用型 這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如， 80C51 是通用型單片 機，它不是為某種專用途設(shè)計的；專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成 ADC接口等功能的溫度測量控制電路。 2. 總線型 /非總線型 這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的。總線型單片機普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機稱為非總線型單片機。 3. 控制型 /家電型 這是按照單片機大致應(yīng)用的領(lǐng)域進行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運算能力強；用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如， 80C51 類單片機既是通用型又是總線型，還可以作工控用。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 頁 10 五 單片機的應(yīng)用 由于單片機具有顯著的優(yōu)點，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1. 單片機在智能儀表中的應(yīng)用 單片機廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精 度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。 2. 單片機在機電一體化中的應(yīng)用 機電一體化是械工業(yè)發(fā)展的方向。機電一體化產(chǎn)品是指集成機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品，例如微機控制的車床、鉆床等。單片機作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強等優(yōu)點，可大大提高機器的自動化、智能化程度。 3. 單片機在實時控制中的應(yīng)用 單片機廣泛地用于各種實時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機器人等各種實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機作為控制器。單片機的實時數(shù) 據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 上，對現(xiàn)場信息進行實時的測量和控制。單片機的高可靠性和強抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。 4. 單片機在分布式多機系統(tǒng)中的應(yīng)用 在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機系統(tǒng)。多機系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點 。 5. 單片機在人類生活中的應(yīng)用 自從單片機誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機、電冰箱 、電子玩具、收錄機等家用電器配上單片機后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。 綜合所述，單片機已成為計算機發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。另一方面，單片機應(yīng)用的重要意義還在于，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。從太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 頁 11 前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(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 。 第三節(jié) 本設(shè)計研究的內(nèi)容和所做的工作 時鐘 計時器 設(shè)計主要利用 AT89C52單片機 ,采用 AT89C52單片機最小化應(yīng)用設(shè)計，采用共陽極 7段 LED 顯示器。 由單片機的 P0口 輸出短碼數(shù)據(jù)；單片機的 ~口 作列掃描輸出； ， ， 和 口與按鍵相接用于時間的校正 及功能設(shè)置； 端口接 5V 的小蜂鳴器，用于按鍵發(fā)音和定時提醒，整點到時提醒等；為了提供共陽極 LED 數(shù)碼管的列掃描驅(qū)動電壓，用三極管 9012 作電源驅(qū)動輸出；采用12MHZ 晶振，以提高妙計時的精確性 。在設(shè)計中，外部電源系統(tǒng)產(chǎn)生 +5V 電壓，用于給 CPU 及顯示電路提供工作電壓，這是數(shù)字時鐘正常工作時的總電壓 。 整個系統(tǒng)工作時，秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入 “ 秒計數(shù)器 ” ， “ 秒計數(shù)器 ” 采用 60 進制計數(shù)器，每累計60 秒發(fā)出一個 “ 分脈沖 ” 信號，該信號將作為 “ 分計數(shù)器 ” 的時鐘脈沖。 “ 分計數(shù)器 ” 也采用 60 進制計數(shù)器，每累計 60 分鐘，發(fā)出一個 “ 時脈沖 ” 信號，該信號將被送到 “ 時計數(shù)器 ” 。 “ 時計數(shù)器 ” 采用 24進制計時器，可實現(xiàn)對一天 24 小時的累計。顯示電路將 “ 時 ” 、 “ 分 ” 、 “ 秒 ” 計數(shù)器的輸出，通過六個七段 LED 顯示器顯示出來。校時電路是直接加一個脈沖信號到時計數(shù)器或者分計數(shù)器或者秒 計數(shù)器來對“ 時 ” 、 “ 分 ” 、 “ 秒 ” 顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。 小 結(jié) 本章開始敘述了基于 AT89C52 單片機的時鐘計時器設(shè)計的選題目的和意義，是我明白一個好的設(shè)計題目不僅 可以鍛煉我們的動手能力， 加深我們對單片機的認識和激發(fā)我們對未知科學(xué)領(lǐng)域的探索，使的原本枯燥的學(xué)習(xí)變的更有趣味和更加 形象 ，而且還要有廣闊的市場前景和好的經(jīng)濟效益。單片機作為當(dāng)今世界工礦企業(yè)運用最為廣泛的一類控制芯片，有著其獨特的魅力，熟悉單片機的發(fā)展情況是作為一名自動化專業(yè)學(xué)生所必須的，因此選題目的和意義介紹了單片機 國 內(nèi)外發(fā)展情況 ，包括單片機的發(fā)展歷程 、 組成 、 特點 、 分類 、 應(yīng)用及發(fā)展趨勢 ，使我對單片機有了更加系統(tǒng)、全面的太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 頁 12 了解，為以后單片機的學(xué)習(xí)和研究起了好的開端。 最后闡述了時鐘計時器 設(shè)計研究的內(nèi)容和所做的工作， 給 整個設(shè)計 起到了綱領(lǐng)性的指導(dǎo)作用。 第二章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 第一節(jié) 設(shè)計方案的提出、論證和確定 一 時鐘功能 對于時鐘功能，需要在數(shù)碼管上顯示小時、分鐘和秒鐘，因此，可以在內(nèi)部存儲空間分別定義它們的顯示緩存空間，來存放小時、分鐘和秒鐘的 BCD 碼，各 2個字節(jié)。 由于時鐘是不能停止的，因此需要采用內(nèi)部定時器自動計時，并使用定時器中斷處理程序來 定時進行時間數(shù)值的刷新。 52單片機的 3個定時器都具有 16位定時器的 工作模式。當(dāng)晶振為 12MHz 時， 16 位定時器的最大定時值為 ；要達到 1秒鐘，可以采用兩種方法：采用一個定時器定時與軟件計數(shù)相結(jié)合的方法；或者采用兩個定時器級聯(lián)的方法。由于秒表在計時功能時也需要用到 1個定時器，因此，我們采用第一個方法，只使用 1個定時器，例如使用 T0。為了達到較為準(zhǔn)確的計時，使 T0的溢出時間為 50ms， 使用一個字節(jié)作為軟件計數(shù)器 ST，計數(shù)值為 20。定時器的中斷處理程序?qū)?ST 進行減 1 操作，當(dāng) ST為 0時， 1 秒到達，此 時更新存放小時、分鐘、秒鐘的顯示緩存區(qū)。 二 計時功能 當(dāng)秒表用作計時功能時，也需要一個定時器進行 10MS 的定時，在本 設(shè)計 中使用單片機的 TIMER1。在 TIMER1 的中斷處理程序中對 SS 和 ss的緩存空間進行更新，與上面類似。 三 功能按鍵 再看按鍵的處理。這 4個鍵可以采用中斷的方法，也可以采用查詢的方法來識別。 口按鍵用于調(diào)分和省電（數(shù)碼管不亮，時鐘不停） ， 口按鍵 主要功能在于太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 頁 13 時鐘 /秒表 功能切換和數(shù)值復(fù)位， 口按鍵用于秒表清 0、 秒表啟動 、 秒表暫停功能。 而 C 鍵主要用于時間的 設(shè)定和調(diào)整 ，需 要比較準(zhǔn)確的控制。因此可以考慮，采用中斷 的方法 。 四 中斷 嵌套和控制 現(xiàn)在在我的方案中有 2個中斷， T0 和 T1中斷。這 2 個中斷的特點是： T0的工作是連續(xù)的，可以在誤差范圍內(nèi)可以被打斷但不可以停止； T1 的工作同樣可以在誤差范圍內(nèi)被打斷 。 為了實現(xiàn) LED顯示器的數(shù)字顯示，可以采用靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法。由于靜態(tài)顯示法需要數(shù)據(jù)鎖存器等硬件，接口復(fù)雜一些，有考慮到時鐘顯示只有 6位，并且系統(tǒng)沒有其他復(fù)雜的處理任務(wù)，所以決定采用動態(tài)掃描法實現(xiàn) LED 的顯示。單片機采用易購的 AT89C52 系列，這種單片機具有足夠的空余硬件 資源，可以實現(xiàn)其他的擴充功能。如果考慮使用電池供電，則可采用 LV 系列單片機。時鐘計時器電路的系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖 按鍵開關(guān)用來實現(xiàn)整個電路的啟動、停止調(diào)時及功能設(shè)置。單片機 AT89C52 通過內(nèi)部程序把采集到的信號經(jīng)過 P0 口輸出段碼數(shù)據(jù)給 6位 LED 顯示器， P2口作為列掃描輸出，把輸出信號作為 6位 LED 顯示器的驅(qū)動信號。小蜂鳴器，用于按鍵發(fā)音，定時提醒，整點到時提醒等，當(dāng)按鍵開關(guān)進行以上功能設(shè)定和調(diào)整時，蜂鳴器會通過單片機 AT89C52 的輸出信號發(fā)出長短不同的聲音。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 頁 14 五 時鐘計時器的硬件電路 時 鐘計時器的硬件電路 圖見附錄圖 。該電路采用 AT89C52 單片機最小化應(yīng)用設(shè)計 ， 單片機的最小化系統(tǒng)是指單片機能正常工作所必須的外圍元件，主要可以分成時鐘電路和復(fù)位電路，我們采用的是 AT89C52芯片，它內(nèi)部自帶 8K 的 FLASH 程序存儲器，一般情況下，這 8K 的存儲空間足夠我們使用，所以我們只用芯片內(nèi)部的 8K程序存儲器。單片機的時鐘電路有一個 12M 的晶振和兩個 30PF 的小電容組成，它們決定了單片機的工作時間精度為 1 微秒。 復(fù)位電路由 22UF 的電容和 1K 的電阻及IN4148 二極管組成，以前教科書上常推薦用 10UF 電容和 10K 電阻組成復(fù)位電路，這里我們根據(jù)實際經(jīng)驗選用 22UF 的電容和 1K 的電阻，其好處是在滿足單片機可靠復(fù)位的前提下降低了復(fù)位引腳的對地阻抗，可以顯著增強單片機復(fù)位電路的抗干擾能力。二極管的作用是起快速泄放電容電量的功能，滿足短時間多次復(fù)位都能成功。 如圖： 采用共陽七段 LED 顯示器 ，其管腳 ag,ap 與單片機 AT89C52 的 P0 口相連 ； P0口輸出段碼數(shù)據(jù)； 為保證其輸出的電平和 LED 顯示器所需的電平相匹配，在它們之間太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 頁 15 加 74LS244； 作為列掃描輸出 ，作為 LED 數(shù)碼管 的驅(qū)動 信號， 為了提供共陽 LED 數(shù)碼管的列掃描驅(qū)動電壓，用三極管 9012 作電源驅(qū)動輸出； ， ， 和 口接 4個按鈕開關(guān)，用于調(diào)時及功能設(shè)置； 端口接 5V 的小蜂鳴器，用于按鍵發(fā)音，定時提醒，整點到時提醒等；采用 12MHZ 晶振，可提高秒計時的精確性。 其連線如圖 ： 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 頁 16 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 頁 17 第二節(jié) 元件選擇 一 AT89C52 芯片 本 設(shè)計 采用的單片機為 AT89C52， 如圖 是其管腳圖， AT89C52是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。它的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C52 是一種高效微控制器 。 AT89C52單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 。 主要性能參數(shù) ： 低功耗空閑和掉電模式 與 MCS－ 51產(chǎn)品 指令和引腳完全兼容 8k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz— 24MHz 三級加密程序存儲器 2568 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個可編程 I/O口線 3個 16 位定時 /計數(shù)器 8個中斷源 可編程串行 UART 通道 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 頁 18 功能特性概述 ： AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振