單片機多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)論文.doc

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1、單片機多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)濱州職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目： 單片機多功能數(shù)字鐘系統(tǒng) 學(xué) 生： 王傳龍 學(xué) 號： 2007231205 專業(yè)班級： 07級電氣自動化技術(shù)高職班 系院名稱： 工業(yè)工程系 指導(dǎo)教師： 孟 慶 平 二O一O年六月十六日目 錄任務(wù)書3開題報告5工作進度表6指導(dǎo)檢查記錄7正文8摘要8第1章 緒 論81.1課題背景81.2課題來源9第2章 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)92.1 控制器92.2 存儲器的結(jié)構(gòu)102.3 并行I/O口102.4 時鐘電路與時序102.5 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域11第3章 電路的硬件設(shè)計113.1 復(fù)位電路113.2 時鐘電路123.3 按鍵電路123.4 相

2、關(guān)控制電路133.4.1 控制打鈴電路133.4.2 時間表顯示電路143.5 數(shù)碼管顯示電路143.6 電源電路設(shè)計14第4章 電路的軟件設(shè)計144.1 軟件程序內(nèi)容144.2 軟件流程圖154.3 定時程序設(shè)計154.3.1實時時鐘實現(xiàn)的基本方法164.3.2 實時時鐘程序設(shè)計步驟164.4程序說明16第5章 結(jié)論與展望175.1 結(jié)論175.2 單片機的發(fā)展趨勢17參考文獻18評審表19濱州職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 電氣自動化技術(shù) 專業(yè)2007年級 2009 年 10 月 20 日批準(zhǔn) 專業(yè)負(fù)責(zé)人： 高瑞麗 發(fā)放經(jīng)手人： 高瑞麗 1畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 單片機多功能數(shù)字鐘系統(tǒng) 2

3、學(xué)生完成全部任務(wù)期限： 2010 年 6 月 20 日一、畢業(yè)設(shè)計的目的意義畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的一個重要內(nèi)容，是教學(xué)過程中不可或少缺的一個重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生所學(xué)知識和創(chuàng)新能力的綜合檢驗。目的在于使學(xué)生對所學(xué)知識進行融合貫通，進一步提搞學(xué)生綜合運用所學(xué)的知識，發(fā)現(xiàn)、解決實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真、務(wù)實、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和工作作風(fēng)，為以后從事實際性的工作奠定良好的基礎(chǔ)。二、選題要求（一）選題原則1具有創(chuàng)新性；2具有實用性；3具有實踐性。（二）學(xué)生可結(jié)合自己的愛好、特長和工作環(huán)境，在以下參考選題中選擇一個課題；也可根據(jù)所學(xué)內(nèi)容和實習(xí)崗位自愿選擇課題組成課題組，每個組人員不得超過3人，但論文不能

4、完全相同。參考選題如下：1數(shù)控車間供電設(shè)計2三相交流異步電動機電力拖動綜合實驗臺的設(shè)計3雙水位自動控制電路的設(shè)計4電動機間歇自動正反轉(zhuǎn)控制電路的設(shè)計。5聲控自動門電路的設(shè)計。6傳送帶自動控制電路。7自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計8機械手控制系統(tǒng)設(shè)計9載人電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計10秒表/時鐘計時器的設(shè)計以上為參考題目，學(xué)生可根據(jù)自己的實習(xí)工種，結(jié)合本專業(yè)自選題目。（三）學(xué)生自選課題，自擬題目的原則與方向。1自選課題應(yīng)遵循如下原則：1）所選課題必須與自己所學(xué)專業(yè)相結(jié)合；2）所選課題必須與自己所在的工作崗位相結(jié)合；3）所選課題必須與生產(chǎn)實際相結(jié)合。2自選課題方向1）你所在實習(xí)單位，生產(chǎn)技術(shù)狀況及革新措施的研究

5、；2）你所在實習(xí)單位，產(chǎn)品加工工藝的不合理環(huán)節(jié)及完善措施的研究。3）你所在實習(xí)單位，設(shè)備常見的典型故障及排除維修技術(shù)的研究。三、任務(wù)要求1進程要求1）提出選題的初步設(shè)想。2）搜集、整理與畢業(yè)設(shè)計或論文有關(guān)的、充分的、準(zhǔn)確的信息資料，擴充查閱范圍。3）分析、篩選已有的信息資料，提出研究設(shè)想與計劃。4）向指導(dǎo)教師提出開題報告（見附頁）。5）構(gòu)思論文框架，編寫論文提綱，撰寫論文初稿。6）提請指導(dǎo)老師審閱，并根據(jù)老師的指導(dǎo)意見做進一步修訂，裝訂成冊。2成果要求1）畢業(yè)設(shè)計應(yīng)提交設(shè)計圖紙和相應(yīng)的說明書。圖紙須規(guī)范、完整、清晰、正確，格式符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求；說明書須規(guī)范、詳實，應(yīng)包括：任務(wù)書、開題報告、正

6、文（摘要、正文內(nèi)容，結(jié)語，參考文獻）、附錄等。書寫認(rèn)真、清楚，字?jǐn)?shù)不少于8000字。主要包括：前言、摘要、正文內(nèi)容。2）畢業(yè)論文應(yīng)包括：任務(wù)書、開題報告、正文（前言、摘要、關(guān)鍵詞，正文內(nèi)容、結(jié)語、參考文獻）、附錄等；書寫認(rèn)真、清楚，字?jǐn)?shù)以15000字左右為宜。4實驗（調(diào)研）部分內(nèi)容要求：1）實驗內(nèi)容與論文題目一致，數(shù)據(jù)真實。2）調(diào)研內(nèi)容詳實，調(diào)研結(jié)論應(yīng)具備普遍性。5文獻查閱及翻譯要求：1）參考文獻應(yīng)與論文內(nèi)容相一致。2）參考文獻不少于8篇。3）參考文獻的格式參考濱州職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文格式要求。4）翻譯文獻應(yīng)與原文內(nèi)容一致。6發(fā)出日期：2009年10月31日。指 導(dǎo) 教 師： 高瑞麗 （簽名）學(xué)

7、生：_（簽名）畢業(yè)設(shè)計開題報告姓 名王傳龍班 級07級電氣自動化技術(shù)學(xué) 號2007231205課題名稱單片機多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)課題綜述（選題依據(jù)及可行性）：實施方案（資料準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)獲取、實施步驟、保障措施）：進度計劃（按11月10日6月20日分配時間）：11月10日30日 提出畢業(yè)設(shè)計或論文選題的初步設(shè)想12月1日31日 搜集、整理與畢業(yè)設(shè)計或論文有關(guān)的資料 1月1日1月20日 提交開題報告1月21日4月20日 完成畢業(yè)設(shè)計或論文的初稿，交指導(dǎo)教師審閱4月21日5月20日 畢業(yè)論文修改完善，并提交給指導(dǎo)老師審閱定稿5月21日6月20日 畢業(yè)論文打印裝訂，并提交給指導(dǎo)老師指導(dǎo)教師意見： 簽 名：

8、日 期：濱州職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）工作進度表學(xué)生姓名：王傳龍學(xué)號：2007231205專業(yè)年級：07級電氣自動化技術(shù)指導(dǎo)教師：高瑞麗 論文（設(shè)計）題目：單片機多功能數(shù)字鐘系統(tǒng) 序號日期工作安排要求111月10日30日提出畢業(yè)設(shè)計或論文選題的初步設(shè)想符合客觀實際212月1日31日搜集、整理與畢業(yè)設(shè)計或論文有關(guān)的資料認(rèn)真仔細閱讀31月1日1月20日提交開題報告按時完成任務(wù)41月21日4月20日完成畢業(yè)設(shè)計或論文的初稿，交指導(dǎo)教師審閱按時完成任務(wù)54月21日5月20日畢業(yè)論文修改完善，并提交給指導(dǎo)老師審閱定稿按時完成任務(wù)65月21日6月20日畢業(yè)論文打印裝訂，并提交給指導(dǎo)老師按時完成任務(wù)76月20

9、日7月5日論文答辯答辯流暢濱州職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）工作指導(dǎo)、檢查登記表學(xué)生姓名：王傳龍學(xué)號：2007231205專業(yè)年級：07級電氣自動化技術(shù)指導(dǎo)教師：高瑞麗 論文（設(shè)計）題目：單片機多功能數(shù)字鐘系統(tǒng) 序號日期指導(dǎo)、檢查內(nèi)容學(xué)生簽名打印后手填打印后手填注：日期和指導(dǎo)、檢查內(nèi)容由指導(dǎo)教師填寫。論文要求1、請認(rèn)真閱讀任務(wù)書和論文格式要求。老師填寫的內(nèi)容不得做任何修改2、正文應(yīng)參照下文格式，標(biāo)點符號、字體字號，標(biāo)題號等都應(yīng)符合要求，每一段的開頭都應(yīng)空兩個字符。3、參考文獻應(yīng)嚴(yán)格按照樣板格式書寫單片機多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)摘要：本設(shè)計論文介紹了用MCS-51單片機控制的數(shù)字鐘的硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計,給出了

10、匯編語言源程序。此數(shù)字鐘是一個將“時”、“分”、“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為12小時，顯示滿刻度為12時59分59秒99毫秒，另外應(yīng)有校時功能。電路由時鐘脈沖發(fā)生器、時鐘計數(shù)器、譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示電路以及時間調(diào)整電路組成。用晶體振蕩器產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號，這里采用石英晶體振蕩器。根據(jù)60秒為1分、60分為1小時、24小時為1天的計數(shù)周期，分別組成兩個60進制（秒、分）、一個12進制（時）的計數(shù)器。構(gòu)成秒、分、時的計數(shù)，實現(xiàn)計時的功能。顯示器件選用數(shù)碼管顯示器。在譯碼顯示電路輸出的驅(qū)動下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號。針對數(shù)字鐘會產(chǎn)生走時誤差的現(xiàn)象，在電路中就設(shè)計有有校準(zhǔn)時間

11、功能的電路。關(guān)鍵詞：單片機；MCS-51；數(shù)字鐘；計時第1章 緒 論1.1 課題背景單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48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(jīng)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(yīng)用領(lǐng)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(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。單片機有兩種基本結(jié)構(gòu)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(jù)存儲器合用一個存儲器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器

12、和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，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(jù)存儲器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。本文討論的單片機多功能定時器的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機，配置了外圍設(shè)備，構(gòu)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(yīng)用領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說是與MCS-51指令系

13、統(tǒng)兼容的單片機。這些兼容機與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（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MCS-51系列單片機，因為MCS只是Intel公司專用的單片機系列型號。MCS-51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(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的MCS-51系列單片機及其兼容產(chǎn)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(nèi)閃爍存儲器型。1.2 課題來源在日常生活和工作中，我們常常用到定時控

14、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(shè)計制作的，其定時準(zhǔn)確性和重復(fù)精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機性能價格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛，大可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復(fù)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(zhì)量輕，靈活好用，配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒?，可以?gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據(jù)這種實際情況，設(shè)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

15、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(zhǔn)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(shè)置時間。這種具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)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。第2章 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)MCS-51單片機是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是

16、CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。2.1 控制器控制器是單片機的指揮控制部件，控制器的主要任務(wù)是識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機各功能部件，從而保證單片機各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。單片機執(zhí)行指令是在控制器的控制下進行的。首先從程序存儲器中讀出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令譯碼器進行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制邏輯電路，由定時控制邏輯產(chǎn)生各種定時信號和控制信號，再送到單片機的各個部件去進行相應(yīng)的操作。這就是執(zhí)行一條指令的全過程，執(zhí)行程序就是不斷重復(fù)這一過程。控制器主要包括程序計數(shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼

17、器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時序控制邏輯電路。2.2 存儲器的結(jié)構(gòu)MCS-51單片機存儲器采用的是哈佛結(jié)構(gòu),即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間截然分開,程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式,尋址空間和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對于單片機面向控制的實際應(yīng)用極為方便,有利.在8051/8751彈片擊中,不僅在片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及眾多的特殊功能寄存器,而且還具有極強的外存儲器的擴展能力,尋址能力分別可達64KB,尋址和操作簡單方便.MCS-51的存儲器空間可劃分為如下幾類:1. 程序存儲器單片機系統(tǒng)之所以能夠按照一定的次序進行工作,主要是程序存儲器中存放了經(jīng)調(diào)試正確的應(yīng)用程序和表格之類的

18、固定常數(shù)。程序?qū)嶋H上是一串二進制碼,程序存儲器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。8031由于無內(nèi)部存儲器,所以只能外擴程序存儲器來存放程序。MCS-51單片機復(fù)位后,程序存儲器PC的內(nèi)容為0000H,故系統(tǒng)必須從0000H單元開始取指令,執(zhí)行程序.程序存儲器中的0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動地址.一般在該單元存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令,跳向用戶設(shè)計的主程序的起始地址。2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器MCS-51單片機內(nèi)部有128個字節(jié)的隨機存取存儲器RAM,作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器,它能滿足大多數(shù)控制型應(yīng)用場合的需要,用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。MCS-51單片機的片內(nèi)存儲器的字節(jié)地址為00H-7FH.MCS-51單片機對其

19、內(nèi)部RAM的存儲器有很豐富的操作指令,從而使得用戶在設(shè)計程序時非常方便。地址為00H-1FH的32個單元是4組通用工作寄存器區(qū),每個區(qū)含8個8位寄存器,編號為R7-R0。用戶可以通過指令改變PSW中的RS1,RS0這二位來切換當(dāng)前的工作寄存器區(qū),這種功能給軟件設(shè)計帶來極大的方便,特別是在中斷嵌套時,為實現(xiàn)工作寄存器現(xiàn)場內(nèi)容保護提供了極大的方便。3. 特殊功能寄存器(SFR-Special Function Register)特殊功能寄存器反映了MCS-51單片機的狀態(tài),實際上是MCS-51單片機各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器.SFR綜合的,實際的反應(yīng)了整個單片機基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式.

20、SFR實質(zhì)上是一些具有特殊功能的片內(nèi)RAM單元,字節(jié)地址范圍為80H-FFH.特殊功能寄存器的總數(shù)為21個,離散的分布在該區(qū)域中,其中有些SFR還可以進行位尋址.128個字節(jié)的SFR塊中僅有21個字節(jié)是由定義的.對于尚未定義的字節(jié)地址單元,用戶不能作寄存器使用,若訪問沒有定義的單元,則將得到一個不確定的隨機數(shù).2.3 并行I/O口MCS-51單片機共有4個雙向的8位并行I/O端口（Port），分別記作P0-P3，共有32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器所組成。實際上P0-P3已被歸入特殊功能寄存器之列。這四個口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。由于它們在結(jié)構(gòu)上有一些差異

21、，故各口的性質(zhì)和功能有一些差異。P0口是雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。P1口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個LS 型負(fù)載。P2口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P3口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P1口、P2口、P3口各I/O口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，當(dāng)這3個準(zhǔn)雙向I/O口做輸入口使用時，要向該口先寫“1”，另外準(zhǔn)雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/O 口。2.4 時鐘電路與時序時鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機工作時所必需的時鐘信

22、號。MCS-51單片機本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為保證同步工作方式的實現(xiàn)，MCS-51單片機應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時序執(zhí)行進行工作，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。在執(zhí)行指令時，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)出的時序信號有兩類，一類用于片內(nèi)對各個功能部件的控制，這列信號很多。另一類用于片外存儲器或I/O端口的控制，這部分時序?qū)τ诜治?、設(shè)計硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計者普遍關(guān)心的問題。2.5 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域單片機應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為以下幾個方面。1智能儀表用

23、單片機系統(tǒng)取代老式的測量、控制儀表，實現(xiàn)從模擬儀表向數(shù)字化、智能化儀表的轉(zhuǎn)化，如各種溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、電能計量儀表等。 2. 測控系統(tǒng) 用單片機取代原有的復(fù)雜的模擬數(shù)字電路，完成各種工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等工作。 3電能變換 應(yīng)用單片機設(shè)計變頻調(diào)速控制電路。 4通信 用單片機開發(fā)通信模塊、通信器材等。 5機電產(chǎn)品 應(yīng)用單片機檢測、控制傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品，使傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，控制智能化，提高了機電產(chǎn)品的可靠性，增強了產(chǎn)品的功能。 6智能接口在數(shù)據(jù)傳輸中，用單片機實現(xiàn)外部設(shè)備與微機通信。第3章 電路的硬件設(shè)計3.1 復(fù)位電路 MCS-51單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引

24、腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是種簡單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個電容到VCC，接一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。電路圖如下：上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的

25、。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。3.2 時鐘電路時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。電路圖如下：MCS-51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。3.3 按鍵電路 按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)

26、換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口形成一個負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動。本文采用的是獨立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。 電路圖如下： P1.0口表示功能移位鍵，按鍵選擇要調(diào)整的時十位、時個位、分十位或分個位。 P1.1口表示數(shù)字“+“鍵，按一下則對應(yīng)的數(shù)字加1。 P1.2口表示數(shù)字“-”鍵，按一下則對應(yīng)

27、的數(shù)字減1。 P1.3口表示時間表的切換，程序默認(rèn)為日常時間表，當(dāng)按下該開關(guān)，使輸入為低電平時，表示當(dāng)前執(zhí)行的是考試時間表，并有綠發(fā)光二極管顯示。再按鍵，使鍵抬起，輸入維高電平時，表示當(dāng)前執(zhí)行的是日常作息時間表，用紅發(fā)光二級管顯示。3.4 相關(guān)控制電路3.4.1 控制打鈴電路P1.5口控制繼電器進而控制電鈴工作。當(dāng)時鐘當(dāng)前的時間和當(dāng)前所執(zhí)行的時間表的時間一致時，相應(yīng)得標(biāo)志位為1，P1.5口輸出高電平，控制繼電器閉合，從而合上開關(guān)，啟動電鈴進行打鈴。打鈴一定時間，標(biāo)志位置0，P1.5輸出低電平，繼電器打開，電鈴?fù)Ｖ构ぷ?。電路圖如下：3.4.2 時間表顯示電路因為該電路可以執(zhí)行兩個時間表，即正常作

28、息時間表和考試時間表。為了能夠從外觀上看出當(dāng)前正在執(zhí)行的是那種時間表。為此，在電路中加上了紅、綠兩個不同的發(fā)光二極管，當(dāng)紅發(fā)光二極管接通時，表示當(dāng)前正在執(zhí)行日常作息時間表；當(dāng)綠發(fā)光二極管接通時則表示當(dāng)前正在執(zhí)行的是考試時間表。有了紅綠兩發(fā)光二極管表示，就可以明顯看出當(dāng)前執(zhí)行的是何種時間表，不會混淆。電路圖如下： 3.5 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管顯示器成本低，配置靈活，與單片機接口簡單，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。1.數(shù)碼管的工作原理數(shù)碼管是由8個發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器件。在數(shù)碼管中，若將二極管的陽極連在一起，稱為共陽極數(shù)碼管；若將二極管的陰極連在一起，稱為共陰極數(shù)碼管。本文用到的6個數(shù)碼管均是共

29、陰極的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，它就會發(fā)光。每個二極管就是一個筆劃，若干個二極管發(fā)光時，就構(gòu)成了一個顯示字符。將單片機的I/O口控制相應(yīng)的芯片與數(shù)碼管的a-g相連，高電平的位對應(yīng)的發(fā)光二極管亮，這樣，由I/O口輸出不同的代碼，就可以控制數(shù)碼管顯示不同的字符。本文的6個數(shù)碼管均采用動態(tài)顯示方式，顯示當(dāng)前的時間。整個顯示電路應(yīng)用了2個164芯片，1個244芯片。第一個164芯片把從單片機傳出的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。164只能存儲8位數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)單片機輸出第9-14位數(shù)據(jù)的時候，第一個164芯片中的8位數(shù)據(jù)就被傳到第二個164芯片中，這8位數(shù)據(jù)就是段選信號，控制數(shù)碼管將要顯示的字符。第9-14位數(shù)據(jù)

30、輸出后，控制244芯片的單片機的P1.7口置為高電平，244芯片選通。這六位數(shù)據(jù)經(jīng)過244芯片以后是片選信號，即控制動態(tài)顯示的是哪一位數(shù)碼管。在片選信號和段選信號的控制下，數(shù)碼管就正確的動態(tài)顯示當(dāng)前的時間。3.6 電源電路設(shè)計電源電路包括變壓器、橋式整流器、電容和穩(wěn)壓器。通過變壓器變壓，使得220V電壓變?yōu)? V，在通過橋式整流，電容的濾波作用，穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作用，可輸出5V的穩(wěn)定電壓。第4章 電路的軟件設(shè)計4.1 軟件程序內(nèi)容本設(shè)計的軟件程序包括主程序、中斷子程序、打鈴子程序、時鐘顯示子程序、查詢時間表切換程序和延時子程序等等。另外由于電路中有四個按鍵，還另外設(shè)計了防抖動程序來防止干擾。4.2

31、 軟件流程圖軟件程序整個流程圖如下開始初始化是是否按時間表切換鍵切換時間表查詢功能移位鍵否調(diào)整時間是是否與時間表時間匹配調(diào)用打鈴子程序否4.3 定時程序設(shè)計單片機的定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內(nèi)部，即每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過1個機器周期的時間，計數(shù)器加1。如果MCS-51采用的12MHz晶體，則計數(shù)頻率為1MHz，即每過1us的時間計數(shù)器加1。這樣可以根據(jù)計數(shù)值計算出定時時間，也可以根據(jù)定時時間的要求計算出計數(shù)器的初值。MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器具有4種工作方式，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對特殊功能寄存器的編程，可以方

32、便的選擇定時器/計數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。定時器/計數(shù)器工作在方式0時，為13位的計數(shù)器，由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所構(gòu)成。TLX低5位溢出則向THX進位，THX計數(shù)溢出則置位TCON中的溢出標(biāo)志位TFX.當(dāng)定時器/計數(shù)器工作于方式1，為16位的計數(shù)器。本設(shè)計師單片機多功能定時器，所以MCS-51內(nèi)部的定時器/計數(shù)器被選定為定時器工作模式，計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖使計數(shù)器增1。4.3.1實時時鐘實現(xiàn)的基本方法時鐘的最小計時單位是秒，但使用定時器的方式1，最大的定時時間也只能達到131ms。我們可把定時器的定時時間定為50ms。這樣，計數(shù)溢

33、出20次即可得到時鐘的最小計時單位：秒。而計數(shù)20次可以用軟件實現(xiàn)。秒計時是采用中斷方式進行溢出次數(shù)的累積，計滿20次，即得到秒計時。從秒到分，從分到時是通過軟件累加并進行比較的方法來實現(xiàn)的。要求每滿1秒，則“秒”單元中的內(nèi)容加1；“秒”單元滿60，則“分”單元中的內(nèi)容加1；“分”單元滿60，則“時”單元中的內(nèi)容加1；“時”單元滿24，則將時、分、秒的內(nèi)容全部清零。4.3.2 實時時鐘程序設(shè)計步驟（1）選擇工作方式，計算初值；（2）采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計；（3）從秒分時的計時是通過累加和數(shù)值比較實現(xiàn)的；（4）時鐘顯示緩沖區(qū)：時鐘時間在方位數(shù)碼管上進行顯示，為此在內(nèi)部RAM中要設(shè)置顯示緩沖

34、區(qū)，共6個地址單元。顯示緩沖區(qū)從左到右依次存放時、分、秒數(shù)值；（5）主程序：主要進行定時器/計數(shù)器的初始化編程，然后反復(fù)調(diào)用顯示子程序的方法等待中斷的到來。（6）中斷服務(wù)程序：進行計時操作（7）加1子程序：用于完成對時、分、秒的加操作，中斷服務(wù)程序在秒、分、時加1時共有三種條調(diào)用加1子程序，包括三項內(nèi)容：合字、加1并進行十進制調(diào)整、分字。4.4程序說明在整個系統(tǒng)中，在單片機的30H、31H和32H中存儲當(dāng)前時間的小時、分鐘和秒。由于要用數(shù)碼管顯示當(dāng)前的時間，必須用到分字和合字，因此在33H、34H、35H、36H、37H和38H中存儲當(dāng)前時間的時十位、時個位、分十位、分個位、秒十位和秒個位，方

35、便顯示。本設(shè)計有由四個輕觸按鍵組成的小鍵盤，這些按鍵可以任意改變當(dāng)前的狀態(tài)。按功能移位鍵一次，表示當(dāng)前要校對小時的十位；按第二次，表示當(dāng)前校對的是小時的個位；按第三次，則表示校對的是分鐘的十位；第四次，表示的校對的是分鐘的個位。按下數(shù)字“+” 鍵和數(shù)字“-”鍵可在當(dāng)前校對的數(shù)字上相應(yīng)加上1或者減去1。本設(shè)計采用查表方式，在程序里預(yù)先存儲兩個表格，即日常作息時間表和考試時間表，可以通過手動按鍵來選擇所要執(zhí)行的時間表。并且用紅、綠發(fā)光二極管來區(qū)別當(dāng)前所執(zhí)行的時間表。系統(tǒng)開機后，按功能移位鍵就可以調(diào)整當(dāng)前的時間，整個系統(tǒng)操作簡單，功能明確。顯示數(shù)據(jù)時，先把要顯示的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SBUF中，再從S

36、BUF中顯示。串行口緩沖寄存器SBUF器是可直接尋址的專用寄存器。在物理上，它對應(yīng)著兩個寄存器，一個發(fā)送寄存器，一個接收寄存器。CPU寫SBUF，就是修改發(fā)送寄存器；讀SBUF，就是讀接收寄存器。接收器是雙緩沖的，以避免在接收下一幀數(shù)據(jù)之前，CPU未能及時響應(yīng)接收器的中斷，沒有把上一幀數(shù)據(jù)讀走，而產(chǎn)生兩幀數(shù)據(jù)重疊的問題。對于發(fā)送器，為了保持最大的傳輸速率，一般不需要雙緩沖，因為發(fā)送時CPU是主動的，不會產(chǎn)生寫重疊的問題。第5章 結(jié)論與展望5.1 結(jié)論單片機多功能定時系統(tǒng)理論上能很好的達到了學(xué)校教學(xué)要求，發(fā)揮了單片機在智能化方面的應(yīng)用。該系統(tǒng)的設(shè)計很好的滿足當(dāng)前學(xué)校教學(xué)的需要，是一個理想的智能化

37、的設(shè)計。它具有一個走時精確的實時鐘，可以任意設(shè)置時間，可以控制時間表的轉(zhuǎn)換，時鐘的顯示功能等?？梢酝ㄟ^按鍵操作和數(shù)字顯示。該系統(tǒng)規(guī)模小，但是功能較多，操作簡單，造價低，應(yīng)用非常廣泛。該系統(tǒng)的設(shè)計為向家庭數(shù)字化方向發(fā)展又前進了一步。同時又?jǐn)U大了單片機的應(yīng)用領(lǐng)域。5.2 單片機的發(fā)展趨勢 自單片機出現(xiàn)至今，單片機技術(shù)已走過了幾十年的發(fā)展路程?？v觀幾十年來單片機發(fā)展歷程可以看出，單片機技術(shù)的發(fā)展以微處理器（MPU）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，拉動廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，表現(xiàn)出比微處理器更具個性的發(fā)展趨勢：1.采用先進結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)高性能在過去的一段時間內(nèi)，單片機的指令運行速度一直在10MIPS以下，

38、這對于應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的單片機來說是足夠了，但當(dāng)單片機被應(yīng)用在通訊及DSP領(lǐng)域作為高速運算、編碼或解碼時，就會出現(xiàn)因指令運行速度不夠而限制單片機應(yīng)用的情形，因此提高單片機指令運行速度已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。2.進一步降低功耗、基于80C51的飛利浦低功率、低系統(tǒng)成本微控制器51LPC系列是業(yè)界推動單片機向低功耗方向發(fā)展的主導(dǎo)單片機系列之一。51LPC系列單片機采用以下三種方法降低功耗：（1）使系統(tǒng)進入空閑模式，在空閑模式下，只有外圍器件在工作，任意的復(fù)位及中斷均可結(jié)束空閑模式；（2）使系統(tǒng)進入低功耗模式，在低功耗模式下，振蕩器停止工作，是功耗降到最小（3）使系統(tǒng)進入低電壓EPROM操作

39、；EPROM包含了模擬電路，當(dāng)Vcc高于4V時，可通過軟件使這些模擬電路掉電以降低功耗，在上電情況下可使系統(tǒng)退出該模式。3.采用Flash Memory隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷進步，MPU的Flash版本逐漸替代了原有的OTP版本。Flash MPU具有以下優(yōu)點：與多次可編程的窗口式EPROM相比，F(xiàn)lash MPU的成本要低得多；在系統(tǒng)編程能力以及產(chǎn)品生產(chǎn)方面提供了靈活性，因為Flash MPU可在編程后面再次以新代碼重新編程；可減少已編程器件的報廢和庫存；有助于生產(chǎn)廠商縮短設(shè)計周期，使終端用戶產(chǎn)品和、更具有競爭力。4.集成更多功能及兼容性目前單片機的另一個發(fā)展趨勢是在芯片上集成更多的功能。

40、如模擬功能，包括模擬比較器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等。具體表現(xiàn)在：兼容性作為設(shè)計的第一考慮；額外的新的特點是透明的；使用同一種編程器；OTP使器件快速提升及標(biāo)準(zhǔn)化成為可能。5.強抗干擾能力不斷加強抗干擾能力是單片機進一步發(fā)展的必然趨勢。ST Microelectronics公司推出的ST62系列單片機在這方面是佼佼者，其優(yōu)良的抗干擾能力使得許多大公司將其應(yīng)用在系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件上。許多單片機開發(fā)商也正朝著這個方向努力。6.朝系列化、全面化方向發(fā)展各大單片機開發(fā)商在增加產(chǎn)品功能的同時效力于形成產(chǎn)品的系列化=全面化，以滿足各種控制領(lǐng)域的要求，這也是單片機發(fā)展的趨勢之一。日本TOSHBA公司開發(fā)了從4位

41、到64位的多系列單片機，日立公司也有從4.位到32位的單片機，目前還沒有哪個廠家生產(chǎn)的單片機比東芝公司的種類多。隨著單片機性能的不斷提高，不斷的克服和彌補自身的不足。在各種控制領(lǐng)域，單片機將擁有更加廣闊的使用天地。在很長的一段時間內(nèi)，它將一直是工程設(shè)計人員的首選控制芯片之一。參考文獻1 張專成 趙懷勛.單片機測控系統(tǒng)中的監(jiān)視定時器.武警技術(shù)學(xué)院.Mar 19972 張景元.基于單片機的多用途定時器的設(shè)計與實現(xiàn).電子工程師2000年第8期3 李洪濤.一種單片機控制的定時打鈴器.電子世界.1990年第2期 4 何業(yè)軍 李超.基于單片機控制的高精度定時打鈴器的設(shè)計.電子技 術(shù).2001年第7期5 關(guān)

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