【文章內(nèi)容簡介】 KC 鍵， 數(shù)碼管的低 四位又全部清 0，重新 等待設(shè)置初值。 第二節(jié) 開發(fā)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(jì)思想和設(shè)計(jì)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(jì)的倒計(jì)時(shí)器就是采用的微控制計(jì)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)的。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 計(jì)時(shí)器在單片機(jī)模塊中是比較常見的的一個(gè)模塊，計(jì)時(shí)器是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式 時(shí)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(jì)的 9999秒倒計(jì)時(shí)器是在計(jì)時(shí)器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，以倒計(jì)時(shí)器為基礎(chǔ)，還可以設(shè)計(jì)更多對日常生活密切相關(guān)的設(shè)備，諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，都是以計(jì)時(shí)器為基礎(chǔ)的。 通過對基于單片機(jī)控制的倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì) 的過程中 ， 讓我 對 單片機(jī) 的知識(shí)有一個(gè)初步 解，在學(xué)習(xí)單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，結(jié)合 C語言學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)一些簡單的功能的設(shè)計(jì)，做到 了主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索。 本設(shè)計(jì)不但節(jié)約成本，而且功能齊全，不但能實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)器的功能，而且還能實(shí)現(xiàn)其他多種功能， 如倒計(jì)時(shí)秒表、定時(shí)器等等。 而且由于本次這個(gè)基于 51單片機(jī)的 9999秒的倒計(jì)時(shí)器無論是硬件方面還是在軟件程序設(shè)計(jì)方面都比較簡單，所以還可以 通過擴(kuò)展完成其他 的 功能，而且功能的相互轉(zhuǎn)換也非常簡單。若作為一個(gè)部件生產(chǎn)產(chǎn)品，有很大的挖掘價(jià)值，也非常有吸引力。 第三節(jié) 本章小結(jié) 本章介紹了本次設(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的功能說明和開發(fā)意義。第一節(jié)首先介紹了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，也可以說是設(shè)計(jì)目的。然后介紹了 本倒計(jì)時(shí) 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ，最后對本倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的功能進(jìn)了比較詳細(xì)的介紹。第二節(jié)介紹了本次設(shè)計(jì)的 作用和系統(tǒng)的開發(fā)意義。重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 MCS51 單片機(jī)基本原理 第一節(jié) 單片機(jī)概述 單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)， 它因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個(gè)芯片上而得名， 就是把中央處理器 CPU(Central processing unit)、 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM（ Random access memory）、只讀存儲(chǔ)器 ROM（ Read only memory）、 中斷系統(tǒng)、定時(shí)器／計(jì)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(gè)芯片上。雖然單 片機(jī)只是一個(gè)芯片， 但從組成和功能上看，它已具有了計(jì)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(shí)，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(jì)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)。 一、 單片機(jī)基礎(chǔ) 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(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及輸入 /輸出口電路 等。但一個(gè)單片機(jī)芯片并不能把計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 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(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)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)的 由來 與發(fā)展 (1)、 單片機(jī)的產(chǎn)生 電子計(jì)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(gè)階段，即常 說的第一代、第二代、 第三和第四代計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在廣泛使用的微型計(jì)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(jì)算機(jī)，而單片機(jī)則是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。從 1971 年微型計(jì)算機(jī)問世以來，由于實(shí)際應(yīng)用的需要， 微型計(jì)算機(jī)向著兩個(gè)不同的方向發(fā)展： 一個(gè)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(gè)則是向穩(wěn)定可靠、體積小和價(jià)格廉價(jià)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(gè)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(tái) MCS4 微型計(jì)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(jí)單片機(jī)階段 以 Intel 公司 MCS48 為代表，這個(gè)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(shí)器 /計(jì)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(shí)， Motorola 公司推出 680 Zilog 公司推出 Z Rokwell 公司推出 650 6502 等。此類單片機(jī)普遍帶有串行口，有多級(jí)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)，重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同的用戶需要。 縱觀單片機(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(jià)格、外圍電路簡 單化以及片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增加的方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會(huì)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(gè)發(fā)展方向，針對單一用途的專用單片機(jī)將會(huì)越來越多。 二、 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(gè) 領(lǐng)域， 為各個(gè)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(gè)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(jì)，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(gè)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(bào)警系統(tǒng)等。在工業(yè)自動(dòng)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(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)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)重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)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(dòng)電話，集群移動(dòng)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(jì)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(dòng)機(jī)控制器，基于 CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)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。 三 、 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。 第二節(jié) MCS51 單片機(jī)的組成原理 不同型號(hào) MCS51 單片機(jī) CPU 處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲(chǔ)器和 I/O 接口的配置有所不同 。 其中 8051 主要包括算術(shù) /邏輯部件 ALU、累加器 A、只讀存儲(chǔ)器 ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、程序計(jì)數(shù)器 PC、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 I/O 接口電路等，還有堆棧寄存器 SP等部件。這些部件集成在一塊芯片上，通過內(nèi)部總線連接，構(gòu)成完整的微型計(jì)算機(jī)。 一、 80C51 芯片介紹 MCS51 的 原 生 產(chǎn) 廠 商是 Intel 公 司 ， 最 早 推出 80C51 芯 片的 也 是 Intel 公 司 ， 并 且 作為 MCS51 的 一 部 分 ， 按原 MCS51 芯 片 的規(guī) 則 命 名 ， 例 如 80C3 80C5 87C51 和 89C51， 這 樣 我重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 們 就 能 很 容易 地認(rèn) 識(shí) 80C51 的 系 列 芯 片。 但是后來愈來愈多的廠商生產(chǎn) 80C51 的系列芯片，例如 PHILIPS， ATMEL， LG，華邦等公司。這些芯片都是以 80C51 為核心并且與 MCS51 芯片兼容，但它們又各具特點(diǎn)。然而由于生產(chǎn)廠家多，芯片的類型也很多，使芯片的命名無法再遵循統(tǒng)一的規(guī)律 ，造成我們辨認(rèn)上的困難 [3]。 目前這些 80C51 的兼容芯片已開始在我國使用，其中尤其是 PHILIPS公司的同名芯片 80C51 及其派生產(chǎn)品最受歡迎，而 ATMEL公司的閃速存儲(chǔ)器型單片機(jī)芯片 AT89C51 等更是后來居上，大有取代傳統(tǒng) EPROM 型芯片之勢。 80C51 芯片內(nèi)部集成了 CPU、 RAM、 ROM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器和 I/O 口等各功能部件，并由內(nèi)部總線把這些部件連接在一起。 80C51 單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件： ① 一個(gè) 8 位 CPU； ② 一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； ③ 4KB ROM（ 80C51 有 4KB 掩膜 ROM， 87C51 有 4KB EPROM， 80C31 片內(nèi)有無 ROM）； ④ 128B 內(nèi) RAM； ⑤ 可尋址 64KB 的外 ROM 和外 RAM 控制電路； ⑥ 兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； ⑦ 21 個(gè)特許功能寄存器； ⑧ 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口，共 32 條可編程 I/O 端線； ⑨ 一個(gè)可編程全雙工串行口； ⑩ 5 個(gè)中斷源，可設(shè)置成 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)。