一個基于單片機精確計時的電源開關(guān)程序的設(shè)計與實現(xiàn)

1、<p>　　一個基于單片機精確計時的電源開關(guān)控制程序的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　由于精確計時在當前工業(yè)控制，日常生活等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，本設(shè)計采用MCS－51系列單片機為核心器件，輔以相應(yīng)的外圍電路，設(shè)計制作出了基于單片機的精確計時控制硬件系統(tǒng)，并通過繼電器外接被控制端，可以實現(xiàn)用較小的電流去控制較大電流

2、的目的。在硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上進行軟件的設(shè)計，以進行精確延時。在硬件方面，除了單片機外，使用四個七段LED數(shù)碼管來進行顯示，LED采用的是動態(tài)掃描顯示，使用74LS14芯片進行驅(qū)動。軟件方面采用匯編語言編程，使用SLISP軟件進行在線的程序燒寫，涉及了單片機的定時和中斷的使用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機；精確計時；繼電器；電路</p><p>　　The Design and Im

3、plementation of a Power Switch Control Procedure Based on a Precise Time Control of MCU</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Precise time control is widely applied in the industrial con

4、trol, and some other areas of our daily life at present. This design utilizes the MCS-51 microcontroller as the core components, and some external peripheral circuits. The microcontroller has been designed based on the p

5、recise time control hardware system, and contacted the controlled device with a Relay. It can be achieved that relatively small current could control a larger current. The software is designed based on the hardware syste

6、</p><p>　　Key words: MCU;precise time control;Relay ;circuit</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　1.1.課題背景1</p><p&g

7、t;　　1.1.1.　單片機概述1</p><p>　　1.1.2.　單片機的產(chǎn)生和發(fā)展歷史1</p><p>　　1.1.3.　單片機的發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.1.4.　單片機的主要特點1</p><p>　　1.1.5.　單片機的應(yīng)用1</p><p>　　1.1.6.　單片機的主要生產(chǎn)廠家和

8、機型3</p><p>　　1.2.MCS－51系列單片機介紹3</p><p>　　1.2.1.　基本特性3</p><p>　　1.2.2.　引角功能5</p><p>　　1.2.3.　匯編語言簡介7</p><p>　　2.系統(tǒng)硬件設(shè)計8</p><p>　　2.1.設(shè)

9、計方案8</p><p>　　2.2.硬件設(shè)計電路框圖8</p><p>　　2.3.機型及器件選擇9</p><p>　　2.3.1　單片機的選擇9</p><p>　　2.3.2　時鐘電路的設(shè)計9</p><p>　　2.3.3　復(fù)位電路的設(shè)計10</p><p>　　2.3

10、.4　LED顯示電路設(shè)計與器件選擇10</p><p>　　2.3.5　按鍵電路設(shè)計與器件選擇12</p><p>　　2.3.6　蜂鳴器電路的設(shè)計13</p><p>　　2.3.7　繼電器電路的設(shè)計14</p><p>　　2.4.硬件設(shè)計電路原理圖14</p><p>　　2.5.硬件的調(diào)試15&

11、lt;/p><p>　　3.軟件設(shè)計15</p><p>　　3.1.程序流程圖15</p><p>　　3.2.程序設(shè)計具體實現(xiàn)16</p><p>　　3.3.編譯軟件的使用和編譯過程18</p><p>　　3.4.燒片18</p><p>　　3.5.系統(tǒng)測試19&l

12、t;/p><p><b>　　結(jié) 論19</b></p><p><b>　　參考文獻20</b></p><p><b>　　致 謝21</b></p><p><b>　　聲 明22</b></p><p>

13、;<b>　　引言</b></p><p><b>　　課題背景</b></p><p><b>　　單片機概述</b></p><p>　　單片機也被稱作“單片微型計算機”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”。單片機一詞最初是源于“Single Chip Microcomputer”,簡稱SCM。隨著

14、SCM在技術(shù)上、體系結(jié)構(gòu)上不斷擴展其控制功能，單片機已不能用“單片微型計算機”來表達其內(nèi)涵。國際上逐漸采用“MCU”(Micro Controller Unit)來代替，形成了單片機界公認的、最終統(tǒng)一的名詞。為了與國際接軌，以后應(yīng)將中文“單片機”一詞和“MCU”唯一對應(yīng)解釋。在國內(nèi)因為“單片機”一詞已約定俗成，故而可繼續(xù)沿用。</p><p>　　單片機的產(chǎn)生和發(fā)展歷史</p><p>　

15、　單片微型計算機是隨著微型計算機的發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展的。自從1975 年美國德克薩斯儀器公司的第一臺單片微型計算機（ 簡稱單片機）TMS-1000 問世以來，迄今為止，單片機技術(shù)已成為計算機技術(shù)的一個獨特分支，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，特別是在工業(yè)控制中經(jīng)常遇到對某些物理量進行定時采樣與控制的問題，在儀器儀表智能化中也扮演著極其重要的角色。</p><p>　　如果將8位單片機的推出作為起點，那么單片機的發(fā)展歷

16、史大致可以分為以下幾個階段：</p><p>　　第一階段（1976—1978）：單片機的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的探索，參與這一探索的公司還有Motorola、Zilog等。都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單片機”一詞即由此而來。</p><p>　　第二階段（1978—1982）：單片機的完善階段。Intel公司在MC

17、S-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機系列MCS-51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1.完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機通信功能的串行通信接口。</p><p>　　2.CPU外圍功能單元的集中管理模式。</p><p>　　3.體現(xiàn)工

18、控特性的地址空間及位操作方式。</p><p>　　4.指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。</p><p>　　第三階段（1982—1990）：8位單片機的鞏固發(fā)展及16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS-96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。&l

19、t;/p><p>　　第四階段（1990—）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面、深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。</p><p><b>　　單片機的發(fā)展趨勢</b></p><p>　　目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，今后單片機的發(fā)展趨勢

20、將是進一步向著CMOS化、低功耗化、低電壓化、低噪聲與高可靠性、大容量化、高性能化、小容量、低價格化、外圍電路內(nèi)裝化和串行擴展技術(shù)。隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機的集成度將更高、體積將更小和功能將更強。</p><p><b>　　單片機的主要特點</b></p><p>　　單片機主要有如下特點：</p><p>　　1.有優(yōu)異的性能價

21、格比。</p><p>　　2.集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性和抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。</p><p>　　3.控制功能強。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(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。

22、單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。</p><p>　　4.低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。</p><p>　　5.外部總線增加了I2C（Inter-Integrated 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)。</p><p>　　6.單片機的系統(tǒng)擴展和

23、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)。</p><p><b>　　單片機的應(yīng)用</b></p><p>　　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：</p><p>　　1.單片機在智能儀表中的應(yīng)用</p><p>　　2.單片

24、機在機電一體化中的應(yīng)用</p><p>　　3.單片機在實時控制中的應(yīng)用</p><p>　　4.單片機在分布式多機系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　5.單片機在人類生活中的應(yīng)用</p><p>　　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。從前必須由模

25、擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能通過單片機來實現(xiàn)了。這種用軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。</p><p>　　A：由單片機組成控制器的結(jié)構(gòu)和特點： </p><p>　　單片微型計算機是微型計算機發(fā)展中的一個重要分支，是把構(gòu)成一臺微型計算機的主要部件如中央處理器(CPU)、存儲器(RAM/ROM)和各種功能I/O接口集成在一塊芯片上的單芯片微

26、型計算機(Single Chip Micro Computer),簡稱單片機.由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計的,且近年來單片機著力擴展了各種控制功能如A/D、PWM等,因此我們更多時候稱其為一個單片形態(tài)的微控制器(Single Chip Micro Controller),或直接稱其為微控制器(Micro Controller)。</p><p>　　B：用單片機組成的微機控制系統(tǒng)具有以下特點:&l

27、t;/p><p>　　1.受集成度限制,片內(nèi)存儲器容量較小,一般片內(nèi)ROM小于4—8K字節(jié),片內(nèi)RAM小于256字節(jié);但可在外部進行擴展,如MCS—51系列單片機的片外可擦可編程只讀存儲器(EPROM)、靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)可分別擴展至64K字節(jié)。</p><p>　　2.可靠性高。單片機芯片本身是按工業(yè)控制環(huán)境要求設(shè)計的,其抗工業(yè)噪聲的能力優(yōu)于一般通用CPU;程序指令及其常數(shù)、表格固化

28、在ROM中不易被破壞、常用信號通道均在一個芯片內(nèi),故可靠性高。</p><p>　　3.易擴展。片內(nèi)具有計算機正常運行所必須的部件,芯片外部有許多供擴展用的總線及并行、串行輸入/輸出端口,很容易構(gòu)成各種規(guī)模的微機控制系統(tǒng)。</p><p>　　4.控制功能強。為了滿足工業(yè)控制要求,單片機的指令系統(tǒng)中有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。一般來說,單片機的邏輯控制功能

29、及運行速度均高于同一檔次的微處理器。</p><p>　　5.一般的單片機內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)管理軟件,軟件開發(fā)工作量大。但近年來已開始出現(xiàn)了片內(nèi)固化有BASIC解釋程序及FROTH操作系統(tǒng)的單片機,使單片機系統(tǒng)的開發(fā)提高了一個新水平。</p><p>　　此外,單片機成本低、集成度高、控制功能多,可靈活地組裝成各種智能控制裝置,并能有針對性設(shè)計成專用系統(tǒng),解決從簡單到復(fù)雜的各種需要,實現(xiàn)最

30、佳的性價比。特別是單片機與傳統(tǒng)機械產(chǎn)品相結(jié)合,使原有機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡化、控制智能化。如數(shù)控機床就是典型實例。近年來,單片機發(fā)展極快,其產(chǎn)量占微機產(chǎn)量的70%以上。目前，至少有50個系列400余種機型，性能和結(jié)構(gòu)各不相同,INTEL、MOTOROLA、ZILCG等公司都有系列單片微型計算機。國內(nèi)普及的幾乎都是INTEL公司的產(chǎn)品。</p><p>　　單片機的主要生產(chǎn)廠家和機型</p><p&g

31、t;　　（1）美國INTEL公司 MCS-48、MCS-51、MCS-96系列及其增強型、擴展型系列產(chǎn)品； </p><p>　?。?）美國ATMEL公司AT89系列產(chǎn)品，如89C51、89C52、89C55等 ；</p><p>　　（3）荷蘭PHILIPS（飛利浦）公司 8×C552系列 ；</p><p>　?。?）美國MOTOROLA公司的6801

32、、6802、6803、6805、68HC11系列產(chǎn)品； </p><p>　?。?）美國Zilog公司的Z8、Super8系列產(chǎn)品；</p><p>　　上述產(chǎn)品既有很多共性，又各具有一定的特色，因而在國際市場上都占一席之地。根據(jù)近年來國外實地考察，INTEL公司的單片機在市場上占有量為67%，其中MCS－51系列產(chǎn)品又占54%。在我國雖然上述公司的產(chǎn)品均有引進，但由于各種原因，至今我國所

33、應(yīng)用的單片機仍然是以MCS－48、MCS－51、MCS－96系列為主流。</p><p>　　MCS－51系列單片機介紹</p><p><b>　　基本特性</b></p><p>　　MCS-51單片機采用的是馮·諾伊曼提出的經(jīng)典計算機體系結(jié)構(gòu)框架，即一臺計算機是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備共五個基本部分組成。MC

34、S-51單片機在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O口等。MCS-51單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。</p><p>　　由圖1可以看出，單片機內(nèi)部主要包含下列幾個部件：</p><p>　　一個8位CPU，片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路,工作頻率為1～12MHz（Atmel 89Cxx為0～24MHz）； </p><p><b&g

35、t;　　一個時鐘電路； </b></p><p>　　4Kbyte程序存儲器ROM； </p><p>　　128byte數(shù)據(jù)存儲器RAM； </p><p>　　兩個16位定時/計數(shù)器； </p><p>　　64Kbyte擴展總線控制電路； </p><p>　　四個8-bit并行I/O端口； <

36、/p><p>　　一個可編程串行接口； </p><p>　　五個中斷源，其中包括兩個優(yōu)先級嵌套中斷。</p><p><b>　　引角功能</b></p><p>　　圖3 單片機引腳圖</p><p>　　MCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請參照----單片機引腳圖（圖

37、表3）： </p><p>　　P0.0~P0.7 P0口8位雙向口線（在引腳的39~32號端子）。 </p><p>　　P1.0~P1.7 P1口8位雙向口線（在引腳的1~8號端子）。 </p><p>　　P2.0~P2.7 P2口8位雙向口線（在引腳的21~28號端子）。 </p><p>　　P3.0~P3.7 P2口8位雙向口線（

38、在引腳的10~17號端子）。 </p><p>　　P0口有三個功能： </p><p>　　1、外部擴展存儲器時，當做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的D0~D7為數(shù)據(jù)總線接口） </p><p>　　2、外部擴展存儲器時，當作地址總線（如圖1中的A0~A7為地址總線接口） </p><p>　　3、不擴展時，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為

39、輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。 </p><p>　　P1口只做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 </p><p>　　P2口有兩個功能： </p><p>　　1、擴展外部存儲器時，當作地址總線使用 </p><p>　　2、做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻； </p><p>　　P3口有兩個功能： <

40、/p><p>　　除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置，具體功能請參考我們后面的引腳說明。 </p><p>　　有內(nèi)部EPROM的單片機芯片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的， </p><p>　　即：編程脈沖：30腳（ALE/PROG） </p>&

41、lt;p>　　編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp） </p><p>　　ALE/PROG 地址鎖存控制信號：在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。（在后面關(guān)于擴展的課程中我們就會看到8051擴展 EEPROM電路，在圖中ALE與74LS373鎖存器的G相連接，當CPU對外部進行存取時，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。ALE有可能是高電

42、平也有可能是低電平，當ALE是高電平時，允許地址鎖存信號，當訪問外部存儲器時，ALE信號負跳變（即由正變負）將P0口上低8位地址信號送入鎖存器。當ALE是低電平時，P0口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致。</p><p>　　在沒有訪問外部存儲器期間，ALE以1/6振蕩周期頻率輸出（即6分頻），當訪問外部存儲器以1/12振蕩周期輸出（12分頻）。從這里我們可以看到，當系統(tǒng)沒有進行擴展時ALE會以1/6振蕩周期的固定頻率輸

43、出，因此可以做為外部時鐘，或者外部定時脈沖使用。</p><p>　　PORG為編程脈沖的輸入端：在第五課 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成中，我們已知道，在8051單片機內(nèi)部有一個4KB或8KB的程序存儲器（ROM），ROM的作用就是用來存放用戶需要執(zhí)行的程序的，那么我們是怎樣把編寫好的程序存入進這個ROM中的呢？實際上是通過編程脈沖輸入才能寫進去的，這個脈沖的輸入端口就是PROG。</p><p&

44、gt;　　PSEN 外部程序存儲器讀選通信號：在讀外部ROM時PSEN低電平有效，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。 </p><p>　　1、內(nèi)部ROM讀取時，PSEN不動作； </p><p>　　2、外部ROM讀取時，在每個機器周期會動作兩次； </p><p>　　3、外部RAM讀取時，兩個PSEN脈沖被跳過不會輸出； </p><p>

45、　　4、外接ROM時，與ROM的OE腳相接。 </p><p>　　參見圖2—（8051擴展2KB EEPROM電路，在圖中PSEN與擴展ROM的OE腳相接）</p><p>　　EA/VPP 訪問和序存儲器控制信號 </p><p><b>　　1、接高電平時： </b></p><p>　　CPU讀取內(nèi)部程序存儲器（

46、ROM） </p><p>　　擴展外部ROM：當讀取內(nèi)部程序存儲器超過0FFFH（8051）1FFFH（8052）時自動讀取外部ROM。 </p><p>　　2、接低電平時：CPU讀取外部程序存儲器（ROM）。 在前面的學習中我們已知道，8031單片機內(nèi)部是沒有ROM的，那么在應(yīng)用8031單片機時，這個腳是一直接低電平的。</p><p>　　3、8751燒寫內(nèi)

47、部EPROM時，利用此腳輸入21V的燒寫電壓。</p><p>　　RST 復(fù)位信號：當輸入的信號連續(xù)2個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復(fù)位初始化操作，當復(fù)位后程序計數(shù)器PC=0000H，即復(fù)位后將從程序存儲器的0000H單元讀取第一條指令碼。</p><p>　　XTAL1和XTAL2 ：外接晶振引腳。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時

48、鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。</p><p>　　VCC：電源+5V輸入 </p><p>　　VSS：GND接地。</p><p><b>　　匯編語言簡介</b></p><p>　　匯編語言是計算機提供給用戶的最快最有效的語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的唯一語言。因而在對于程序的空間和時間要求很

49、高的場合，匯編語言是必不可少的。至于對于很多需要直接控制硬件的應(yīng)用場合，則更是非用匯編語言不可。</p><p>　　采用高級語言編寫的程序，機器是不能直接執(zhí)行的，需要由編譯程序或解釋程序?qū)⑺g成對應(yīng)的機器語言程序，機器才能接受。而這種機器語言程序往往比較冗長，占用存貯空間較大，執(zhí)行起來速度慢，且無法直接利用機器硬件系統(tǒng)的許多特性，如寄存器，標志位等。</p><p>　　匯編語言是介于

50、計算機能直接理解的機器語言與使用者容易理解的高級語言之間的一種語言。它除有與代碼指令一一對應(yīng)的符號指令外，還增加了專用于定義變量、常量、符號、過程、分配存貯空間、定位程序起始地址等一系列稱之為偽指令的符號指令。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p><b>　　設(shè)計方案</b></p><p>

51、　　選擇DS1307芯片作為系統(tǒng)的時鐘／日歷，當前時間可從DS1307芯片中讀出</p><p>　　系統(tǒng)顯示采用8位LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管的段碼輸入由P0產(chǎn)生、位碼輸入由P2產(chǎn)生</p><p>　　時間調(diào)整與定時時間的輸入通過接入鍵盤電路實現(xiàn)。設(shè)計4個鍵，分別定義為：</p><p>　　SET鍵（時間調(diào)整設(shè)置鍵）：其功能是當該鍵按下時，進入時間調(diào)整功能&l

52、t;/p><p>　　ALM鍵（定時時間設(shè)置鍵）：其功能是當該鍵按下時，進入定時時間輸入功能</p><p>　　＋1鍵：其功能是當該鍵按下時，被調(diào)整位加一</p><p>　　RET鍵：其功能是當該鍵按下時，指向下一個要調(diào)整的位</p><p><b>　　按鍵的接入方式：</b></p><p>

53、　　SET鍵：通過P3口INT0引角接入，中斷工作方式</p><p>　　ALM鍵：通過P3口INT1引角接入，中斷工作方式</p><p>　?。?鍵：通過P3口P3.0引角接入，查詢工作方式</p><p>　　RET鍵：通過P3品P3.1引角接入，查詢工作方式</p><p>　　報警聲響用蜂鳴器產(chǎn)生，蜂鳴器接入P1口的P1.6腳&l

54、t;/p><p>　　外部電源的通斷用小型中功率電磁繼電器JZC_23F來完成這個功能，繼電器觸點的斷開與接通，通過P1口的P1.7腳控制</p><p><b>　　硬件設(shè)計電路框圖</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計方案，硬件電路設(shè)計框圖如下圖所示：硬件電路結(jié)構(gòu)由8個部分組成：按鍵輸入電路、時鐘與復(fù)位電路、蜂鳴器電路、LED顯示器及驅(qū)動電路、

55、繼電器電路和時鐘／日歷電路組成。</p><p><b>　　機型及器件選擇</b></p><p><b>　　單片機的選擇</b></p><p>　　在此選擇ATMEL公司生產(chǎn)的型號為AT89S51的單片機。該單片機與MCS－51系列單片機完全兼容，是ATMEL公司最新推出的替代AT89C51系列的新款機型，比AT8

56、9C51系列又增加了WTD、ISP等功能，物美價廉，經(jīng)濟實用，并且使用起來更加方便。</p><p><b>　　時鐘電路的設(shè)計</b></p><p>　　單片機工作的時間基準是由時鐘電路提供的。在單片機的XTAL0和XTAL1兩個引角之間，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機的時鐘電路。如圖5所示：</p><p>　　電路中，電容器C1和C

57、2可以對晶振有微調(diào)作用，通常的取值范圍是30±10pF;晶振選擇12MHz。 </p><p><b>　　復(fù)位電路的設(shè)計 </b></p><p>　　單片機的RST引腳為主機提供一個外部復(fù)位信號輸入端口。復(fù)位信號是高電平有效，</p><p>　　高電平的持續(xù)時間應(yīng)為2個機器周期以上。 </p><p>　

58、　復(fù)位以后，單片機內(nèi)各部分恢復(fù)到初始狀態(tài)，單片機從ROM的0000H開始執(zhí)行程序。</p><p>　　單片機的復(fù)位方式有上電復(fù)位和手工復(fù)位兩種，圖6是51系列單片機常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，只要VCC上升時間不超過1ms，它們都能很好的工作。</p><p>　　阻容器件的值如圖表6所示，即R1＝200Ω,R2＝1kΩ，C3=22uF。 </p><p>

59、　　LED顯示電路設(shè)計與器件選擇</p><p>　　單片機的應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都要進行人－機對話。這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結(jié)果等。顯示器、鍵盤電路就是用來完成人—機對話的人－機通道。</p><p>　　LED顯示器的驅(qū)動是一個非常重要的問題，由系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖可知，顯示電路由LED顯示器、段驅(qū)動電路和位驅(qū)動電路組成。由于單片機的并行口不

60、能直接驅(qū)動LED顯示器，必須采用專用的驅(qū)動電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能夠正常工作。如果驅(qū)動電路能力差，即負載能力不夠時，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負荷下運行容易損壞。因此，在實際應(yīng)用中必須接入LED驅(qū)動電路。</p><p>　　LED的顯示方式選擇動態(tài)顯示，要同時考慮位和段的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力。</p><p><b>　　LED

61、顯示器的選擇</b></p><p>　　在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，在本系統(tǒng)中，選擇4位一體的LED顯示器，簡稱“4-LED”.如圖所示，是一個共陰極接法的4位LED顯示器，其中a、b、c、d、e、f、g為4 位LED各段的公共引出端。D1、D2、D3、D4分別是每一位的共陰極輸出端，dp是小數(shù)點引出端。</p><p>　　對于此種結(jié)構(gòu)的LE

62、D顯示器，由于4位LED陰極的各段民經(jīng)在內(nèi)部接在一起，因此必須采用動態(tài)掃描方式。</p><p>　　LED段驅(qū)動芯片的選擇</p><p>　　在本設(shè)計中，選擇BCD-7段鎖存／譯碼／驅(qū)動器做為段驅(qū)動電路。74LS48具有鎖存、譯碼、驅(qū)動的功能。即在輸入端輸入要顯示的字型的BCD碼，在輸出端就可以得到具有一定驅(qū)動能力的7段顯示字型碼。</p><p>　　圖7給出

63、了74LS48的引腳圖。引腳圖中大寫字母A、B、C、D為BCD碼的輸入端，小寫字母a、b、c、d、e、f、g為字型碼輸入端，LT為燈測試輸入端，BI為消隱輸入，RBO為消隱輸出。下表給出了74LS48BCD－7段鎖存／譯碼／驅(qū)動器的輸入與輸出信號的對應(yīng)關(guān)系。在使用時，將該芯片的輸入端引腳A、B、C、D與單片機的P1口或者P3口連接，該芯片的輸出端7個引腳，與LED顯示器的7個段碼引腳相連接。74LS48的作用是接收來自單片機的BCD碼型

64、的輸入信號，經(jīng)過鎖存、譯碼和放大后，輸出7段字型碼到LED顯示器，完成對BCD碼到7段字型碼的鎖存、譯碼和驅(qū)動的功能。</p><p>　　表 1　74LS48　BCD－７段譯碼器輸入／輸出端信號對照表</p><p>　　LED位驅(qū)動芯片的選擇</p><p>　　LED位驅(qū)動較常用的芯片有ULN2003A和ULN2803A。前者是具有7個達林頓電路的集成芯片，后

65、都是具有8個達林頓電路的集成芯片.此種芯片集電極可以收集最在達500mA的電流，耐壓為30V，能驅(qū)動常規(guī)的LED顯示器。圖8和圖9分別是ULN2803芯片的引腳圖和電路原理圖。2803芯片的電路原理和2003完全相同，只是在結(jié)構(gòu)上2803經(jīng)2003多一級驅(qū)動電路。</p><p>　　圖8 ULN2803A引腳 　 圖9　ULN2803A電路原理圖</p><p>

66、　　圖8中的1B～8B引腳是輸入端，1C～8C引腳是輸出端。第10腳接有續(xù)流二級管。</p><p>　　本設(shè)計中選用ULN2003作為位驅(qū)動電路，將該芯片的輸入端引腳1B、2B、3B、4B、5B、5B、6B、7B、8B與單片機的P2口相連，該芯片的輸出端引腳1C、2C、3C、4C、5C、6C、7C、8C分別與兩個LED顯示器的4個位碼引腳D1～D4相連接。UNL2803的作用是接收來自單片機的位碼輸入信號，經(jīng)過

67、反相放大后輸出，送到LED顯示器的位碼引腳，完成對位碼信號的反向和驅(qū)動的功能。</p><p>　　按鍵電路設(shè)計與器件選擇</p><p><b>　　鍵盤結(jié)構(gòu)的選擇</b></p><p>　　本設(shè)計中需要4個按鍵，因此選擇獨立式鍵盤。如圖所示，電路由按鍵和4個電阻組成，按鍵分別命名為SET、ALM、＋1和RET鍵，按鍵采用輕觸開關(guān)，電阻用阻

68、值為1K的。</p><p>　　鍵盤與單片機的接口電路設(shè)計</p><p>　　如圖10所示，將鍵盤直接與單片機的P3口連接。用P3.2、P3.3引腳通過兩個按鍵SET、ALM接入兩個外部中斷的請求信號INT0、INT1；P3.4、P3.5引腳作為I／O口使用，通過兩個按鍵+1、RET接入兩個輸入信號。</p><p><b>　　蜂鳴器電路的設(shè)計<

69、;/b></p><p>　　本設(shè)計要求定時時間到時要有聲音提醒信號產(chǎn)生，可以選擇一只蜂鳴器來實現(xiàn)這一功能。壓電式蜂鳴器（HA）工作時約需10mA的驅(qū)動電流，并設(shè)計一個相應(yīng)的驅(qū)動及控制電路。電路設(shè)計如圖11所示，蜂鳴器（HA）作為三極管VT1的集電極負載，當VT1導(dǎo)通時，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲音，VT1截止時，蜂鳴器不發(fā)聲。R4是限流電阻。</p><p>　　蜂鳴器電路與單片機的接口：V

70、T1的基極接到單片機的P1口的P1.6引腳，P1.6引腳作為輸出口使用。當P1.6＝0時，VT1導(dǎo)通時，使蜂鳴器的兩個引腳間獲得將近5V的直流電壓，蜂鳴器中有電流通過，而產(chǎn)生蜂鳴音。當P1.6＝1時，VT1截止，蜂鳴器的兩引腳間的直流電壓將近于0V，蜂鳴器不發(fā)聲。</p><p>　　蜂鳴器有長聲和短聲兩種，可以根據(jù)需要進行選擇。本設(shè)計選擇短聲蜂鳴器，蜂鳴器報警時間的長短，通過軟件編程控制。</p>

71、<p><b>　　繼電器電路的設(shè)計</b></p><p>　　在工業(yè)控制系統(tǒng)中，需要斷開或接通開關(guān)量輸入/輸出通道。當開關(guān)接高壓電路時，還需將被控對象加以隔離，以保護主控電路和人身安全。繼電器是電氣控制中最常用的控制元件之一。它能同時完成接通和隔離這兩項任務(wù)；因此，它在工為控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　繼電器與單片機的接口連接如圖11所

72、示：</p><p>　　本設(shè)計中選擇JZC_23F型小型中功率電磁繼電器，它由控制線圈和觸頭組成。線圈由低壓直流5V控制。</p><p>　　如圖11中VD1是作為續(xù)流二極管，是為配合繼電器線圈放電用的。當繼電器線圈斷電時，線圈要放電，用續(xù)流二極管VD1導(dǎo)流。三極管VT2的基極接到單片機的P1口的P1.7引腳，P1.7引腳作為輸出口使用。當P1.7＝0時，VT2導(dǎo)通時，。當P1.7＝1

73、時，VT2截止。</p><p>　　硬件設(shè)計電路原理圖 </p><p>　　圖12　硬件設(shè)計電路原理圖</p><p>　　圖13　硬件設(shè)計PCB圖</p><p><b>　　硬件的調(diào)試</b></p><p>　　硬件的調(diào)試在上電后的工作是不是正常，主要進行不插單片機的調(diào)試</p&g

74、t;<p>　　無單片機調(diào)試主要檢查電路工作是否正常，具體步驟如下：</p><p>　　A：打開電源，將輸出電壓調(diào)到5伏，然后關(guān)閉電源。</p><p>　　B：將電路板的火線與電源正極相連，地線與負極相連。</p><p>　　C：打開電源，用萬用表檢測電路板是否有輸出電壓，如果有就是好的，沒有就要檢測是否有短路。</p><p

75、>　　D：電路檢查完后，關(guān)閉電源，用一根導(dǎo)線與電源負極相連，然后打開電源，用導(dǎo)線的另一端逐個與P0、P2口的管腳接觸，看數(shù)碼管顯示是否正確。</p><p><b>　　軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　程序流程圖</b></p><p>　　程序流程圖是編寫軟件的重要前提，它是在圖表上直觀的體現(xiàn)擬設(shè)計的

76、目的及過程。也是編譯的重要依據(jù)，按照流程圖一步一步編寫程序，下面是我的流程圖：</p><p><b>　　圖14　程序流程圖</b></p><p><b>　　程序設(shè)計具體實現(xiàn)</b></p><p>　　程序的內(nèi)容包括：主程序的起始地址，中斷服務(wù)程序的起始地址，有關(guān)內(nèi)存單元及相關(guān)部件的初始化和一些子程序調(diào)用等。<

77、;/p><p><b>　　程序的起始地址</b></p><p>　　MCS-51系列單片機復(fù)位后，(PC)=0000H，而0003H為外部中斷0的入口地址，000BH為計數(shù)器0中斷服務(wù)程序入口地址，001BH為計數(shù)器1中斷服務(wù)程序入口地址,0023H為串行中斷服務(wù)程序入口地址。所以編程時應(yīng)在0000H處寫一跳轉(zhuǎn)指令。</p><p>　　當CP

78、U接收到中斷請求信號并予以響應(yīng)后，CPU會把當前的PC內(nèi)容壓入堆棧進行保護，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口處執(zhí)行。一般應(yīng)在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口處寫一條跳轉(zhuǎn)指令，并以跳轉(zhuǎn)指令的目標地址作為中斷服務(wù)程序的起始地址進行編程。</p><p><b>　　主程序的初始化內(nèi)容</b></p><p>　　所謂初始化，是對將要用到的MCS-51系列單片機內(nèi)部部件或擴展芯片進行初

79、始工作狀態(tài)設(shè)定。MCS-51系列單片機復(fù)位后，特殊功能寄存器IE,IP的內(nèi)容均為00H，所以應(yīng)對IE,IP進行初始化編程，以開放CPU中斷，允許某些中斷源中斷和設(shè)置中斷優(yōu)先級等。</p><p>　　在本程序中，使用了定時器1的中斷，中斷服務(wù)程序入口地址為001BH，用來產(chǎn)生40ms的單位時間。同時還要對一些存儲單元進行初始化。</p><p>　　T1中斷服務(wù)子程序的實現(xiàn)</p&g

80、t;<p>　　本設(shè)計中所用晶振為12MHz，計時器1的計時初值為63C0H(十進制為15536),計時為40ms。本設(shè)計的軟件中設(shè)定為40ms的255倍。</p><p><b>　　程序如下所示：</b></p><p>　　TIMER40ms:　　;計時中斷程序</p><p>　　CLR EA ;關(guān)

81、中斷</p><p>　　PUSH ACC　 　　;將Ａ累加器和緩存器庫存入堆棧內(nèi)</p><p><b>　　PUSH PSW</b></p><p>　　MOV PSW,#010H　;設(shè)定緩存器庫為第二個，以免改變原來的R～R7值</p><p>　　MOV TH1,#063H　;設(shè)定定時時間40000us

82、</p><p>　　MOV TL1,#0C0H</p><p>　　CLR TF1;清除計時溢出位標志，以進行下一次的計時中斷</p><p>　　MOV R0,#0FFH</p><p>　　MOV A,@R0;判斷定時時間倍數(shù)是否為零</p><p><b>　　JZ LAB3</b>

83、</p><p>　　DEC @R0;不是，將定時時間倍數(shù)減１</p><p>　　LAB3:POP PSW;恢復(fù)原來年Ａ累加器和緩存器庫</p><p><b>　　POP 　ACC</b></p><p>　　RETI;中斷指令返回</p><p>　　程序計時精確度的分析<

84、;/p><p>　　MCS-51系列單片機中的定時/計數(shù)器是加法計數(shù)器，每輸入一個脈沖，計數(shù)器加1，當加到計數(shù)器為全1時,再輸入一個脈沖時，就使計數(shù)器發(fā)生溢出，溢出時，計數(shù)器回零，并置位TCON聽TF0或TF1，以表示定時時間民到或計數(shù)值已滿，向CPU發(fā)中斷請求。</p><p>　　本軟件設(shè)計中精確計時可以精確到1us，也就是一個脈沖產(chǎn)生的計數(shù)值。</p><p>　

85、　編譯軟件的使用和編譯過程</p><p><b>　　編譯軟件的使用</b></p><p>　　A: 編譯軟件的裝載：這個軟件不需要安裝，只要復(fù)制到機子里就行。</p><p>　　B：雙擊快捷方式，進入編輯界面，進行下一步編輯（如圖15）。</p><p>　　C．點擊Project，新建一個工程，選擇CPU廠商和

86、型號后保存。</p><p>　　D. 新建一個源文件，保存為ASM文件。</p><p>　　E. 將其添加到工程中去，編寫源程序。</p><p>　　F. 在Option for Target中選擇生成Hex文件，再點擊編譯，系統(tǒng)自動進行編譯后提示編譯中出現(xiàn)的問題，雙擊提示后系統(tǒng)會自動指出出問題的地方，進行編輯之后再編譯，鏈接直到運行成功。</p>

87、<p><b>　　燒片</b></p><p>　　本設(shè)計的電路板沒有燒寫程序的功能，我是用另一個試驗板燒寫到單片機上然后再插到自己的電路板上。燒片用的是廣州天河雙龍電子有限公司開發(fā)的MCU在線系統(tǒng)編程軟件SL ISP，它的使用方法如下：</p><p>　　（1）先配置軟件，選擇LPT1、AT89S51，。</p><p>　

88、?。?）導(dǎo)入預(yù)先編譯好的hex文件。</p><p>　?。?）擦除芯片，然后燒制。</p><p>　　燒片時應(yīng)注意的問題：</p><p>　　（1）芯片的放置要真確，否則有可能造成芯片燒壞。</p><p>　　（2）配置芯片時要注意選對芯片型號。</p><p>　?。?）在燒片之前，應(yīng)該先擦除芯片，防止芯片內(nèi)

89、原有遺留程序的影響。</p><p><b>　　系統(tǒng)測試</b></p><p>　　本設(shè)計的目標是通過單板機系統(tǒng)接繼電器，在軟件系統(tǒng)中進行精確計時，來完成對外部電壓通斷的控制。測試過程如下：</p><p>　　將程序燒入到單片機中，插到插座之上，給硬件系統(tǒng)外加5V電源，繼電器的控制端外接另一電源，計時10200000us之后斷開，蜂鳴器報

90、警，然后程序返回重新開始執(zhí)行。達到設(shè)計目標，測試成功。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　我所做的是基于單片機的精確計時的電源開關(guān)控制程序，我開始準備比較早，但是中途由于考研的耽誤，進度受到一定的影響，但最后畢業(yè)設(shè)計還是完成了，達到了預(yù)期的目的。一開始拿到這個題目的時候，真不知道從哪下手，在劉老師的指導(dǎo)下，自己找資料、看書，總算完成

91、了。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，使我對單片機有了更深的認識，從理論和實踐上都得到了很大的提高，所以這次任務(wù)的完成是我學到了很多東西。首先，豐富了自己的知識面，學到了以前沒能學通的東西，具體了解了怎樣去完成一個電路的設(shè)計：從流程圖、電路圖、焊接電路板、檢查電路板、仿真到燒片一整套東西。從畢業(yè)設(shè)計中，學到了單片機AT89S51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理，了解了時鐘電路和控制電路的工作原理，還有共陰極數(shù)碼管的工作原理，鞏固了匯編語言的使用能力，提高了自己

92、動手的能力，學到了很多經(jīng)驗，并且提高了自己分析問題的能力和創(chuàng)新能力，得到了理論聯(lián)系實際的機會，做出了成果。使自己在硬件設(shè)計方面樹立了信心，為以后的研究生方向打好了基礎(chǔ)，這也是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲。</p><p>　　在一開始接觸這個題目的時候，真的很茫然，不知道從哪開始下手，不知道單片機是干什么的？怎么才能做出來？用什么做？這些問題一個都不知道。</p><p>　　后來在劉老師的指導(dǎo)

93、下，才知道我要怎么開始做。自己就開始找資料，了解單片機89S51、數(shù)碼顯示管的有關(guān)知識，學習時鐘電路、控制電路的設(shè)計原理，看不懂的時候就去問老師、同學。在這些都搞得比較明白后就開始畫設(shè)計流程圖和電路圖，最后用了很長時間才畫出自己的電路圖，給同學看后，在同學的幫助下，改正了幾處有問題的地方，定稿后就去買元器件。因為第一次設(shè)計電路，因此就多買了一些元件，這就保證了后面因為焊接錯誤替換的元器件。電路的焊接比較容易，因為以前有一定的經(jīng)驗，很快就

94、做出了板子。但接下來的檢測可就費了不少勁，就要求開始的布線要合理，因為沒有這方面的經(jīng)驗，所以沒太注意，結(jié)果導(dǎo)致后來的連線比較混亂，為后面的檢查帶來了不少麻煩。在后來的電路檢測中，經(jīng)過耐心反復(fù)的用萬用表檢測后，發(fā)現(xiàn)并解決了問題。在解決完所有問題后，自己又一種成功感，還在想，要是沒有這些錯誤，就不會學會這些檢測電路的方法，而且對自己所做的電路有了進一步的了解。做到這一步滿以為不會再有什么錯誤了，但是調(diào)試的時候卻又遇到了馬麻煩，發(fā)現(xiàn)了不少問題

95、，解決后調(diào)試成功。在后來就開始燒片，燒片的過程還算順利。燒好后插上電路板，成功了。接下來的工作一切還算</p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計總的來說還是很成功的，自己從中學到很多，也發(fā)現(xiàn)了不少問題，為自己以后的學習、進步打下了不錯的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 韓志軍，沈晉源，王振波.單片機應(yīng)用

96、系統(tǒng)設(shè)計 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2005。</p><p>　　[2] 梅麗鳳,王艷秋,汪毓鐸,張軍.單片機原理及接口技術(shù)[M] .北京：清華大學出版,2004。</p><p>　　[3] 賴麒文. 8051單片機嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用[M]. 北京：科學出版社，2002。</p><p>　　[4] 萬光毅，嚴義，邢春香.單片機實驗與實踐教程（一）[M]. 北

97、京：北京航空航天大學出版社，2002。</p><p>　　[5] 付家才.單片機控制工程實踐技術(shù)[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2005。</p><p>　　[6] 趙秀珍，楊小玲.科技論文寫作教程[M]. 北京：北京理工大學出版社，2005。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本

98、論文的工作是 2006年2月至2007年6月在成都信息工程學院網(wǎng)絡(luò)工程 系完成的。文中除了特別加以標注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得成都信息工程學院或其他教學機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。除非另有說明，本文的工作是原始性工作。</p><p>　　本文是在劉云本老師的熱情關(guān)心和指導(dǎo)下完成的，他淵博的知識和嚴謹?shù)闹螌W作風使我受益匪淺，對順利完成本課題起到了極大的作用。在

99、此向他表示我最衷心的感謝！</p><p>　　感謝控制工程系的陳科同學在課題研究初期給予的幫助，在他幫助下課題才得以很好的展開，有了一個很好的開端！感謝控制工程系劉強同學在硬件設(shè)計和制作中給予的幫助，因為他的協(xié)助，才得以完成了畢業(yè)設(shè)計！</p><p>　　在論文完成過程中，本人還得到了其他老師和馮躍等同學的熱心幫助，本人向他們表示深深的謝意！</p><p>