南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 1 頁 共 43 頁 2007 屆畢業(yè)論文 基于單片機控制的 9999 秒倒計時器的設(shè)計 作 者： 廖 志 斌 專 業(yè)： 04 級 電子 工 程 1 班 學(xué) 號： 04102120131 指導(dǎo)老師：楊盛日 南昌理工學(xué)院電子信息科學(xué) 2006 年 10 月 7 日 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 2 頁 共 43 頁 摘 要 近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透 , 單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。 模擬多通道壓力系統(tǒng)是利用壓力傳感器采集當(dāng)前壓力并反映在顯示器上，它可以分析壓力過量程，并發(fā)出報警。并采用電子秤原理可根據(jù)輸入單價準確的計算出物體的金額。本篇論文討 論了簡單的倒計時器的設(shè)計與制作 ，對于倒計時器中的四位 LED數(shù)碼顯示器來說，我為了簡化線路、降低成本，采用以軟件為主的接口方法，即不使用專門的硬件譯碼器，而采用軟件程序進行譯碼。 【 關(guān)鍵詞 】 單片機； AT89S51； LED數(shù)碼管顯示器； keil C51；倒計時器 ；三極管 C8850 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 3 頁 共 43 頁 Summary Permeate in the social realm along with the calculator in recent years, single slice the application of the machine just at constantly alignment thorough, arouse a traditional control an examination a day a new moon benefit renewal in the meantime.In solidly the hour the examination the single slice that controls with auto the machine the application the system, single slice machine usually Be a core parts to use, only single slice the machine aspect knowledge is not enough, return should according to concrete the hardware structure, and aim at concrete application the software ofwith the object characteristics combine to make perfect. Imitating many passage pressure systemses is to make use of pressure to spread the feeling machine to collect current pressure combine the reflection is on the display, it can analyze the pressure surfeit distance, erupting to report to the police.Combine the adoption electronics steelyard principle can according to input the amount of money that the unit price computes an object accurately 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 4 頁 共 43 頁 This thesis discuss that pour the design and creation of the timer in brief, for pour four LED figures displays in the timer to say, I am for the sake of the simplification circuit,decline low cost, adopt to take software as the connect of lord a peoples method, do not use specialized hardware to translate the code machine namely, but adopt the software procedure to carry on translating code. 【 Keyword 】 single slice machine;AT89 S51; The LED figures tube display; Keil C51;Pour timer;Triode transistor C8850 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 5 頁 共 43 頁 目 錄 摘要 1 第 1 章 方案論證 1 1.1 開發(fā)意義 1 1.2 功能說明 1 第 2 章 硬件電路 2 2.1 單片機概述 2 2.2 MCS-51 系列單片機介紹 8 2.3 AT89S51 芯片概述 13 2.4 LED 數(shù)碼管顯示器概述 1 5 2.5 單片機最小系統(tǒng)與復(fù)位電路 設(shè)計 18 2.6 元器件篩選與檢測 20 第 章 系統(tǒng)調(diào)試 28 3.1 硬件 調(diào)試 28 3.2 軟件 調(diào)試 2 結(jié)束語 3 0 致 謝 30 參考文獻 30附錄 1 源程序 31 附錄 2 電子元器件 31 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 6 頁 共 43 頁 前 言 在生活和生產(chǎn)的各領(lǐng)域中，凡是有自動控制要求的地方都會有單片機的身影出現(xiàn)；從簡單到復(fù)雜，從空中、地面到地下，凡是能想像到的地方幾乎都有使用單片的需求。現(xiàn)在盡管單片機的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以用單片機控制而尚未實現(xiàn)的項目，因此，單片機的應(yīng)用大有想像和拓展空間。 單片機的應(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。 但是，單片機應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟效 益上，更重要的意義還在于：單片機的應(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)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機通過軟件（編程序）方法實現(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。 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 7 頁 共 43 頁 第一章 方案論證 1.1 開發(fā)意義 本課題開發(fā)的意義在于它既節(jié)省了硬件成本，又能實現(xiàn)多功能。既可做倒計時秒表 ,又可進行定時，還可以通過擴展完成其他功能，而且功能的相互轉(zhuǎn)換也十分簡單。對于廠商 ,有很大的挖掘潛在價值的空間；對于消費者，也有很大的吸引力。 1.2 功能說明 （ 1）本電路應(yīng)用 TIMER0 MODE 16 位計數(shù)器的計時中斷法。 （ 2） 1 秒等于 1000000 微秒 ,而每一計時脈沖是 1 微秒 ,因此需輸入 100000 個計時脈沖 ,方可達到 1 秒的時間。由于 16 位計數(shù)器初值為 0000H，需 65536 個計時脈沖方可發(fā)生溢出，現(xiàn)在需 1000000 個脈沖，則溢出次數(shù)達 15.258 次（ 100000065536=15.258 次 ）。 （ 3）由上式得知實際應(yīng)溢出 16 次，即： 1000000=65536*15+16960 65536-16960=48576=BDC0H TH0 TL0 （ 4）由上式得知 1000000 個脈沖，首先需設(shè)定 TL0=C0H,TH0=BDH，此時第 1 次只要輸入 16960 個脈沖輸入，就會溢出；第 2 次至第 16次，則需每 65536 個計時脈沖，方才發(fā)生溢出。共計輸入南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 8 頁 共 43 頁 16960+65536*15=1000000 個計時脈沖。 （ 5）上電時，顯示 9999， 當(dāng)按下按鍵才開始倒數(shù)計時。 第二章 硬件電路 2.1 單片機概述 單片機因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個芯片上而得名，具體說就是把中央處理器 CPU(Central processing unit)。隨機存儲器 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 IO（ Input/output）接口電路等主要微型機部件集成在一 個芯片上。雖然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了計算機系統(tǒng)的屬性。為此，稱它為單片微型計算機 SCMC（ Single chip micro computer），簡稱單片機。 單片機主要應(yīng)用與控制領(lǐng)域，用以實現(xiàn)各種測試和控制功能，為了強調(diào)起控制屬性，也可以把單片機稱為微控制器 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 ” 這一名稱。 單片機在應(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 嵌入的方式進行使用，為了強調(diào)其嵌入的特點，也常常將單片機稱為嵌入式微控制器 EMCU（ Embedded micro controller unit）。在單片機的電路和結(jié)構(gòu)中，有許多嵌入式應(yīng)用的特點。 2.1.1 單片機基礎(chǔ) 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 9 頁 共 43 頁 1. 通用單片機和專用單片機 根據(jù)控制應(yīng)用的需要，可以將單片機分成為通用型和專用型兩種類型。 通用型單片機是一種基本芯片，他的內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且適用性強，能覆蓋多種應(yīng)用需要。用戶可以根據(jù)需要設(shè)計成各種不同應(yīng)用的控制系統(tǒng)，即通用單片機有一個在設(shè)計的過程，通過用戶的 進一步設(shè)計，才能組建成一個以通用單片機芯片為核心再配以其它外圍電路的應(yīng)用控制系統(tǒng)。然而在單片機的控制應(yīng)用中，有許多時候是專門針對某個特定產(chǎn)品的，例如電度表和 IC 卡讀寫器上的單片機等。這種應(yīng)用的最大特點是針對性強而且數(shù)量巨大，為此廠家常與芯片制造商合作，設(shè)計和生產(chǎn)專用的單片機芯片。由于專用單片機芯片是針對一種產(chǎn)品或一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計的，設(shè)計時已經(jīng)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最簡化，軟硬件資源利用的最優(yōu)化， 2.1.2 單片機與單片機系統(tǒng) 單片機通常是指芯片本身，它是有芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些做為基本 組成部分的運算器電路，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。但一個單片機芯片并不能把計算機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，這些元件在單片機系統(tǒng)中只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實際的控制應(yīng)用中，常常需要擴展外圍電路和外圍芯片。從中可以看到單片機和單片機系統(tǒng)的差別，即：單片機只是一塊芯片，而單片機系統(tǒng)則是在單片機芯片的基礎(chǔ)上擴展其它南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 10 頁 共 43 頁 電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計算機系統(tǒng)。 通常所說的單片機系統(tǒng)都是為實現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用 戶設(shè)計的，是一個圍繞單片機芯片而組建的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)中，單片機處于核心地位，是構(gòu)成單片機系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。 2.1.3 單片機的產(chǎn)生與發(fā)展 1. 單片機的產(chǎn)生 電子計算機的發(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，即通常所說的第一代，第二代，第三代和第四代計算機。現(xiàn)在廣泛使用的微型計算機是大規(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，而單片機則是微型計算機的一個分支。從 1971 年微型計算機問世以來，由于實際應(yīng)用的需要，微型計算機向著兩個不 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. 單片機的發(fā)展 繼 1971 年微處理器的研制成功不久，就出現(xiàn)了單片的微型計算機即單片機，但最早出現(xiàn)的單片機是一位的， 1976 年 Intel 公司推出了 8 位的 MCS-48系列單片機，它以體積小、控制功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應(yīng)用和好評，為單片機的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，成為單片機發(fā)展史上一個重要階段，其后，在 MCS-48 成功的刺激下，許多 半導(dǎo)體芯片在生產(chǎn)廠商競相研制和發(fā)展自己的單片機系列。到 80 年代末，世界各地已相繼研制出大約 50 個系列 300 多個品南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 11 頁 共 43 頁 種的單片機產(chǎn)品，其中包括 Motorola 公司的 6801， 6802， Zilog 公司的 Z-8 系列， Rockwell 公司的 6501， 6502 等，此外，日本的 NEC公司，日立公司等也不甘落后，相繼推出了各自的單片機品種。盡管目前單片機的品種很多，但是我過使用最多的是 Intel公司的 MCS-51單片機系列。 MCS-51 系列是在 MCS-48 的基礎(chǔ)上于 20 世紀 80 年代初發(fā)展起來的，雖然它是 8 位的單片機，但其功能 較 MCS-48 有很大的增強。此外，它還具有品種全，兼容性強，軟硬件資料豐富等特點，因此應(yīng)用愈加廣泛，成為比 MCS-48 更重要的單片機品種，直到現(xiàn)在，MCS-51 仍不失為單片機的主流系列。 繼 8 位單片機之后，又出現(xiàn)了 16 位單片機， 1983 年 Intel 公司推出的 MCS-96 系列單片機就是其中的典型代表。與 MCS-51 相比，MCS-96 不但字長增加一倍，而且在其他性能方面也有很大的提高，特別是芯片內(nèi)還增加了一個 4 路或 8 路的 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，使其具有 A/D轉(zhuǎn)換的功能。縱觀單片機近 30 年的發(fā)展歷程，單片機今 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，但使用的并不多。可以預(yù)言，今后的單片機將是功能更強，集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便等特點。此外，專用化也是單片機的一個發(fā)展方向，針對單一用途的專用單片機將會越來越多。 2.1.4 單片機應(yīng)用領(lǐng)域 現(xiàn)在單片機的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，下面我們就一些典型方面進行介南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 12 頁 共 43 頁 紹。 1. 工業(yè)自動化方面 自動化能使工業(yè)系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，提高經(jīng) 濟效益，改善產(chǎn)品質(zhì)量和減輕勞動強度。因此，自動化技術(shù)廣泛應(yīng)用于機械、電子、電力、石油、化工、紡織、食品等輕重工業(yè)領(lǐng)域中，而在工業(yè)自動化技術(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)線上的機器人技術(shù)，都需要要有單片機的參與。 在工業(yè)自動化的領(lǐng)域中，機電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機械、微電子和計算機技術(shù)于一體的綜合技術(shù)中，單片機將發(fā)揮越來越大的作用。 2. 儀器儀表方面 現(xiàn)在儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高，對此最好使用單片機來實現(xiàn)，而單片機的使用又將加速儀器儀表 向數(shù)字化，智能化，多功能化和柔性化方向發(fā)展。 此外，單片機的使用還有助于提高儀器儀表的精度和準確度，簡化結(jié)構(gòu)、減小體積及重量而易于攜帶和使用，并具有降低成本，增強抗干擾的能力，便于增加顯示、報警和自診斷等功能。 3. 家用電器方面 當(dāng)前，家用電器產(chǎn)品的一個重要發(fā)展趨勢是不斷提高其智能化程度，而家電智能化的進一步提高就需要有單片機的參與，所以生產(chǎn)廠家常標榜“電腦控制”以提高其產(chǎn)品的檔次，例如洗衣機，電冰箱，空調(diào)機，微波爐，電視機和音像視頻設(shè)備等，這里說的電腦實際上就南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 13 頁 共 43 頁 是單片機。智能化家用電器將 給我們帶來更大的舒適和方便，進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。 4. 信息和通信產(chǎn)品方面 信息和通信產(chǎn)品的自動化和智能化程度很高，這當(dāng)然離不開單片機的參與，例如計算機的外部設(shè)備和自動化辦公設(shè)備中，都有單片機在其中發(fā)揮著作用。 5. 軍事裝備方面 科技強軍、國防現(xiàn)代化離不開計算機，在現(xiàn)代化的飛機、軍艦、坦克、大炮、導(dǎo)彈火箭和雷達等各種軍用裝備上，都有單片機深入其中。 2.1.5 單片機的生產(chǎn)廠家和機型 Intel(美國英特爾 ) 公司： MCS-48， MCS-51 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 系列 Motorola（美國摩托羅拉）公司： 6801 系列和 6805 系列 Rockwell（美國洛克威爾）公司： 6500/1 系列 TI（美國德克薩斯儀器）公司： TMS700 NS（美國國家半導(dǎo)體）公司： NS8070 RCA（美國無線電）公司： CDP1800 系列 Panasonic（日本松下）公司： MN101C 系列 NEC（日本電氣）公司： Ucom87,uPD7800 系列 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 14 頁 共 43 頁 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 2.2 MCS-51 系列單片機介紹 2.2.1 80C51 芯片介紹 MCS-51 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 MCS-51 的一部分，按原 MCS-51 芯片的規(guī)則命名，例如 80C31、 80C51、 87C51 和 89C51，這樣我們就能很容易地認識 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 MCS-51芯片兼容，但它們又各具特點。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，造成我們辨認上的困難。例如 PHILIPS 公司生產(chǎn)的 80C51 系列芯片名稱分別為： 80CXXX（ ROM Less 型）， 83CXXX（ Mask ROM 型）； Siemens 公司命名為 C500 系列，芯片型號以” C5“打頭；而華邦公司則命名為 W77C51 系列和 W78C51系列等等。 新一代 80C51 的兼容芯片，還在芯片中增加了一些外部接口功能單元，例如數(shù) /模轉(zhuǎn)換器，可編程計數(shù)器陣列，監(jiān)視定時器，高速 I/O口，計數(shù)器的俘獲 /比較邏輯等，有些還在總線結(jié)構(gòu)上也做了重大改進，出現(xiàn)了廉價的非總線型單片機芯片 .。所有這些使新一代的南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 15 頁 共 43 頁 兼容芯片已遠非原來意義上的 80C51 了。 目前這些 80C51 的兼容芯片已開始在我國使用，其中尤以 PHILIPS 公司的同名芯片 80C51 及其派生產(chǎn)品最受歡迎，而 ATMEL 公司的閃速存儲器型單片機芯片 AT89C51 等更是后來居上，大有取代傳統(tǒng) EPROM 型芯片之勢。 2.2.2 80C51 與 8051 的比較 首先，與 8051 兼容是對 80C51 芯片的最基本要求，以確保 8 位單片機 MCS-51 系列的繼續(xù)發(fā)展，兼容應(yīng)包括指令，引腳信號，總線等多個方面，指令兼容能保證兩者之間不存在指令障礙以維持軟件的可移植性，而引腳信號和封裝以及總線的兼容則確保兩者在系統(tǒng)擴展和接口方面的一致 性，有利于系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。 80C51 的最大改進是在芯片的半導(dǎo)體工藝上，早期的 MCS-51 系列芯片采用 HMOS 工藝，即高密度短溝道 MOS 工藝，而 80C51 芯片則采用 CHMOS工藝，即互補金屬氧化物 HMOS 工藝。 CHMOS 是 CMOS 和 HMOS的結(jié)合，除保持了 HMOS 高速度和高密度的特點之外，還具有 CMOS 低功耗的特點。例如 8051 芯片的功耗為 630mW,而 80C51 的功耗只有120mW，這樣低功耗，有一粒紐扣電池就可以工作。低功耗對單片機在便攜式、手提式或野外的儀器儀表設(shè)備上使用十分有利。 80C51 在功能增強方面也做了許多工作。首先，為進一步降低功耗， 80C51 芯片增加了待機和掉電保護兩種工作方式，以保證單片機在掉電情況下，能以最低的消耗電流維持。 此外，在 80C51 系列芯片中，內(nèi)部程序存儲器除了 ROM型和 EPROM南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 16 頁 共 43 頁 型之外，還有 EEPROM 型，例如 89C51 就是 4KB EEPROM，并且隨著集成技術(shù)的提高， 80C51 系列片內(nèi)程序存儲器的容量也越來越大 ,目前已有 64KB 的芯片了 .另外 ,許多 80C51 芯片的還具有程序存儲器保密機制，以防止應(yīng)用程序泄露或被復(fù)制。 2.2.3 最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)就是單片機在發(fā)揮具體測控功能時所必須的組成部分。如下圖所示為最小系統(tǒng)方框圖： 2.2.4 定時與中斷的概念 中斷是一項重要的計算機技術(shù)，采用中斷技術(shù)可以使多項任務(wù)共享一個資源，所以中斷技術(shù)實質(zhì)上就是一種資源共享技術(shù)。 向 CPU 發(fā)出中斷請求的來源稱之為中斷源。 MCS-51 是一個多中斷源的單片機，以 80C51 為例，有三類共五個中斷源，分別是外部中斷兩個，定時中斷兩個和串行中斷一個。 1. 外中斷 微 型 單 片 機 復(fù)位電路 振蕩電路 電源 輸入 /輸出設(shè)備 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 17 頁 共 43 頁 外中斷是由外部信號引起的，共有兩個中斷 源，即外部中斷“ 0”和外部中斷“ 1”。它們的中斷請求信號分別由引腳 INT0（ P3.2）和 INT1（ P3.3）引入。 外部中斷請求有兩種信號方式，即電平方式和脈沖方式，可通過有關(guān)控制位進行定義。 2. 定時中斷 定時中斷是為滿足定時或計數(shù)的需要而設(shè)置的。 3. 串行中斷 串行中斷是為串行數(shù)據(jù)傳送的需要而設(shè)置的。 4. 中斷控制 這里所說的中斷控制是指提供給用戶使用的中斷控制手段，實際上就是一些專用寄存器。在 MCS-51 單片機中，用于此目的的控制寄存器共有四個，即定時器控制寄存器、中斷允許控制寄存器、中 斷優(yōu)先控制寄存器以及串行口控制寄存器。 5. 定時器控制寄存器（ TCON） 該寄存器用于保存外部中斷請求和以及定時器的計數(shù)溢出。寄存器地址 88H，位地址 8FH 88H。 位地址 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 位符號 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 這個寄存器既有定時器 /計數(shù)器的控制功能又有中斷控制功能，其中與中斷有關(guān)的控制位共六位： IE0 和 IE1 、 IT0 和 IT1 以及 TF0 和TF1 。 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 18 頁 共 43 頁 6. 中斷允許控制寄存器（ IE） 寄存器地址 A8H，位地址 AFH A8H。 位地址 AF AE AD AC AB AA A9 A8 位符號 EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 其中與中斷有關(guān)的控制位共六位： EA、 EX0 和 EX1 、 ET0 和 ET1 、ES。 7. 中斷優(yōu)先級控制寄存器（ IP） MCS-51 的中斷優(yōu)先級控制只定義了高、低兩個優(yōu)先級。各中斷源的優(yōu)先級由優(yōu)先寄存器（ IP）進行設(shè)定。 IP 寄存器地址 B8H，位地址為BFH B8H。寄存器的內(nèi)容及位地址表示如下： 位地址 BF BE BD BC BB BA B9 B8 位符號 PS PT1 PX1 PT0 PX0 PX0 外部中斷 0 優(yōu)先級設(shè)定位 PT0 定時中斷 0 優(yōu)先級設(shè)定位 PX1 外部中斷 1 優(yōu)先級設(shè)定位 PT1 定時中斷 1 優(yōu)先級設(shè)定位 PS 串行中斷優(yōu)先級設(shè)定位 為 0 的位優(yōu)先級為低；為 1 的位優(yōu)先級為高。 8. 定時器 /計數(shù)器的控制寄存器 與定時器 /計數(shù)器應(yīng)用有關(guān)的控制寄存器有： （ 1） 定時器控制寄存器（ TCON） TCON 寄存器既參與中斷控制又參與定時控制。其中有關(guān)定時的控南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 19 頁 共 43 頁 制位共有四位： TF0 和 TF1 、 TR0 和 TR1 。 （ 2） 工作方式控制寄存器（ TMOD） TMOD 寄存器是一個專用寄存器，用于設(shè)定兩個定時器 /計數(shù)器的工作方式。但 TMOD 寄存器不能位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容。 2.3 AT89S51 的芯片概述 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS-51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 4 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，內(nèi)部集成看門狗計時器片內(nèi)時鐘振蕩器。 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 20 頁 共 43 頁 其工作電壓在 4.5 V,一般我們選用 5V 電壓。 89S51 相對于 89C51 增加的新功能包括： - 新增加很多功能，性能有了較大提升，價格基本不變，甚至比 89C51更低！ - ISP 在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的功能。 - 最高工作頻率為 33MHz，大家都知道 89C51的極限工作頻率是 24M，就是說 S51 具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算 速度。 - 具有雙工 UART 串行通道。 - 內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計時器單元電路。 - 雙數(shù)據(jù)指示器。 - 電源關(guān)閉標識。 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 21 頁 共 43 頁 - 全新的加密算法，這使得對于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌姡@樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 - 兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列產(chǎn)品。比如 8051、 89C51等等早期 MCS-51 兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是 8051 還是 89C51 還是 MCS-51 等等），在 89S51 上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。 因此我們選用 AT89S51 單片機來作為本系統(tǒng)的核心部分。 下圖為 89s51 的核心電路框圖： 2.4 LED 數(shù)碼管顯示器概述 1. LED 數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)與顯示段碼 （ 1） LED 數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu) LED數(shù)碼顯示器是一種有 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器4KB ROM 特殊功能寄存器 SFR （ 128B） 定時 /記數(shù)器 T0、 T1 并行 I/O接口 串行口 中斷系 統(tǒng) CPU 時鐘源 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 22 頁 共 43 頁 件。它使用了 8 個 LED 發(fā)光二極管，其中 7 個用于顯示字符，一個用于顯示小數(shù)點，故通常稱之為 7 段發(fā)光二極管數(shù)碼器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。 LED 數(shù)碼顯示器有兩種連接方法如下。 共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。 共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。 （ 2） LED 數(shù)碼顯示器的顯示段碼。 為了顯示字符，要為 LED 顯示器段碼（或稱字形代碼），組成一個 8 字形字符的 7 段，再加上 1 個小數(shù)點位，共計 8 段，因此提供給LED 顯示器的顯示段碼為 1 個字節(jié)。各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如下表所示 .十六進制數(shù)及空白字符與 P 的顯示段碼 . 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 23 頁 共 43 頁 段碼位 D7 D6 D5 D4 D6 D2 D1 D0 顯示段 pd g f e d e b a 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 字型 共陽極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 1 F9H 06H A 88H 2 A4H 5BM B 83H 3 B0H 4FH C C6H 4 99H 66H D A1H 5 92H 6DH E 86H 6 82H 7DH F 84H 7 F8H 07H 空白 FFH 8 80H 7FH P 8CH 2. LED 數(shù)碼顯示器的接口方法與電路 （ 1） LED 數(shù)碼顯示的接口方法。 單片機與 LED 數(shù)碼顯示器有以硬件為主和以軟件為主的兩種接口方法。 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 24 頁 共 43 頁 以硬件為主的接口方法，這種接口方法的電路如圖所示： （ 2） LED 數(shù)碼顯示器的接口電路。 實際使用的 LED 數(shù)碼顯示器位數(shù)較多。為降低成本，大部分以軟件為主的接口方法對于多位 LED 數(shù)碼管顯示器，通常采用動態(tài)掃描顯示方法，即逐個循環(huán)點亮各位顯示器。這樣雖然在任一時期只有一位顯示器被點亮，但是由于人眼有視覺殘留 效應(yīng)，看起來與全部顯示持續(xù)點亮的效果基本一樣（在亮度上要有差別）。 3. 驅(qū)動器 LED 顯示是單片機控制產(chǎn)品中常見的應(yīng)用。使用 LED 模塊 ,這種模塊中帶有 LED 顯示管和 LED 驅(qū)動電路 ,用起來較方便。 一般用戶直接采用單片機 +LED 驅(qū)動器 +LED 顯示管的方式 , 現(xiàn)在我們向大家推薦一種經(jīng)常使用的 LED 驅(qū)動器 8550，它作為共陽數(shù)碼管的驅(qū)動器，而共陰數(shù)碼管的驅(qū)動器則是 A1015。它們都是三極管。 2.5 單片機最小系統(tǒng)與復(fù)位電路 設(shè)計 驅(qū)動器 PB7 PB6 8155 PB0 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 25 頁 共 43 頁 .5.1 單片機最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)就是單 片機在發(fā)揮具體測控功能時所必須的組成部分。如下圖所示為最小系統(tǒng)方框圖： .5.復(fù)位電路 復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號，復(fù)位信號送入 RST 后還要送至片內(nèi)的施密特觸發(fā)器，由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周器的 S5P2 時刻對觸發(fā)器輸出采樣信號，然后由內(nèi)部復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位操作所要的信號。一般的復(fù)位電路可分為上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位，我們在此選用的是上電復(fù)位。： 上電自動復(fù)位原理： RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端，只要高 電平的復(fù)位信號持續(xù)兩個機器周期以 上的有效時間，就可以使單片機上電復(fù)位。上電自動復(fù)位是通過電容充電實現(xiàn)的，上電瞬間， RST 端電位與 Vcc 相同，隨充電電流的減少， RST 的電位逐漸下降，直到復(fù)微 型 單 片 機 復(fù)位電路 振蕩電路 電源 輸入 /輸出設(shè)備 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 26 頁 共 43 頁 位信號無效。按鍵復(fù)位在此不在作過多的介紹，其原理和上電復(fù)位是相同的。但其采用的是脈沖復(fù)位電路和電平復(fù)位電路兩種。 復(fù)位電路和單片機最小系統(tǒng)如下圖所示： 2.6 元器件篩選與檢測 動手準備元器件之前，最好對照電路原理圖列出所需元器件的清單。為了保證在試制的過程中不浪費時間，減少差錯，同時也保證制成后的裝置能長期穩(wěn)定地工作，待所有元器件都備齊后，還必須對其篩選檢測。 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 27 頁 共 43 頁 在正規(guī)的工業(yè)化生產(chǎn)中，都設(shè)有專門的元器件篩選檢測車間，備有許多通用和專用的篩選檢測裝備和儀器，但對于業(yè)余電子愛好者來說，不可能具備這些條件，即使如此，也絕不可以放棄對元器件的篩選和檢測工作，因為許多電子愛好者所用的電子元器件是郵購來的，其中有正品，也有次品，更多的是業(yè)余品或利用品，如在安裝 之前不對它們進行篩選檢測，一旦焊入印刷電路板上，發(fā)現(xiàn)電路不能正常工作，再去檢查，不僅浪費很多時間和精力，而且拆來拆去很容易損壞元件及印刷電路板。 2.6.1 外觀質(zhì)量檢查 拿到一個電子元器件之后，應(yīng)看其外觀有無明顯損壞。如變壓器，看其所有引線有否折斷，外表有無銹蝕，線包、骨架有無破損等。如三極管，看其外表有無破損，引腳有無折斷或銹蝕，還要檢查一下器件上的型號是否清晰可辨。對于電位器、可變電容器之類的可調(diào)元件，還要檢查在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，其活動是否平滑、靈活，松緊是否合適，應(yīng)無機械噪聲，手感好，并保證各觸點接觸良 好。 各種不同的電子元器件都有自身的特點和要求，各位愛好者平時應(yīng)多了解一些有關(guān)各元件的性能和參數(shù)、特點，積累經(jīng)驗。 2.6.2 電氣性能的篩選 要保證試制的電子裝置能夠長期穩(wěn)定地通電工作，并且經(jīng)得起應(yīng)用環(huán)境和其它可能因素的考驗，對電子元器件的篩選是必不可少的一道工序。所謂篩選，就是對電子元器件施加一種應(yīng)力或多種應(yīng)力試驗，暴露元器件的固有缺陷而不破壞它的完整性。篩選的理論是：如果試南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 28 頁 共 43 頁 驗及應(yīng)力等級選擇適當(dāng)，劣質(zhì)品會失效，而優(yōu)良品則會通過。人們在長期的生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)新制造出來的電子元器件，在剛投入使用的時候 ，一般失效率較高，叫做早期失效，經(jīng)過早期失效后，電子元器件便進入了正常的使用期階段，一般來說，在這一階段中，電子元器件的失效率會大大降低。過了正常使用階段，電子元器件便進入了耗損老化期階段，那將意味著壽終正寢。這個規(guī)律，恰似一條浴盆曲線，人們稱它為電子元器件的效能曲線。 電子元器件失效的原因，是由于在設(shè)計和生產(chǎn)時所選用的原材料或工藝措施不當(dāng)而引起的。元器件的早期失效十分有害，但又不可避免。因此，人們只能人為地創(chuàng)造早期工作條件，從而在制成產(chǎn)品前就將劣質(zhì)品剔除，讓用于產(chǎn)品制作的元器件一開始就進入正常使用階段，減少失效，增加其可靠性 .在正規(guī)的電子工廠里，采用的老化篩選項目一般有：高低溫循環(huán)老化；高低溫循環(huán)老化；高低溫沖擊老化和高溫功率老化等。其中高溫功率老化是給試驗的電子元器件通電，模擬實際工作條件，再加上 80 180的高溫經(jīng)歷幾個小時，它是一種對元器件多種潛在故障都有檢驗作用的有效措施，也是目前采用得最多的一種方法。對于業(yè)余愛好者來說，在單件電子制作過程中，是不太可能采取這些方法進行老化檢測的，在大多數(shù)情況下，采用了自然老化的方式。例如使用前將元器件存放一段時間，讓電子元器件自然地經(jīng)歷夏季高溫和冬季低溫的 考驗，然后再來檢測它們的電性能，看是否符合使用要求，優(yōu)存劣汰。對于一些急用的電子元器件，也可采用簡易電老化方式，可采用一臺輸出電壓可調(diào)的脈動直流電源，使南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 29 頁 共 43 頁 加在電子元器件兩端的電壓略高于元件額定值的工作電壓，調(diào)整流過元器件的電流強度，使其功率 為 1.5 2 倍額定功率，通電幾分鐘甚至更長時間，利用元器件自身的特性而發(fā)熱升溫，完成簡易老化過程。 2.6.3 元器件的檢測 經(jīng)過外觀檢查以及老化處理后的電子元器件，還必須通過對其電氣性能與技術(shù)參數(shù)地測量，以確定其優(yōu)劣，剔除那些已經(jīng)失效的元器件。當(dāng)然，對于不同的電子 元器件應(yīng)有不同的測量儀器，但對于業(yè)余電子愛好者來說，一般不具備專用電子測量儀器的條件，但起碼應(yīng)有一塊萬用電表，利用萬用電表可以對一些常用的電子元器件進行粗略檢測。各種電子元器件涉及到的電性能參數(shù)很多，我們要根據(jù)業(yè)余制作牽涉到的必須要弄清楚的有關(guān)參數(shù)進行檢測，而不必對該元器件的所有參數(shù)都一一檢測。下面例舉幾種基本元器件的檢測。 1. 電阻器。它是所有電子裝置中應(yīng)用最為廣泛的一種元件，也是最便宜的電子元件之一。它是一種線性元件，在電路中的主要用途有：限流、降壓、分壓、分流、匹配、負載、阻尼、取樣等。 檢測該元件時，主要看它的標稱阻值與實際測量阻值的偏差程度。在大量的生產(chǎn)中，由于加工過程中各道工序?qū)﹄娮杵鞯淖饔茫娮杵鞯膶嶋H值不可能做到與它的標稱值完全一致，因此其阻值具有離散性，為了便于管理和組織生產(chǎn)，工程上按照使用的需要，給出了允許偏差值，如 5%、 10%、 20%。再加上萬用電表檢測電阻器時的誤差，一般要求其誤差不超過允許偏差的 10%即認為合格。同時亦可通過外觀檢查綜合判斷其優(yōu)劣。 南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 30 頁 共 43 頁 2. 電容器。電容器也是電子裝置中用得最多的電子元器件之一。它的質(zhì)量好壞直接影響到整機的性能，同時也是容易失效的元件 。在檢查電容器時，如果電解電容器的貯存期超過了三年，可以認為該元件已經(jīng)失效。有些電容器上沒有出廠年限標志，外觀則完好無損，肉眼很難判斷出它的質(zhì)量問題，因此就必須要對它進行檢測。 電容器在電路中擔(dān)任隔直、濾波、旁路、耦合、中和、退耦、調(diào)諧、振蕩等。它的常見故障有擊穿、漏電、失效（干涸）。用萬用電表的歐姆檔檢查電容器是利用了電容器能夠充放電原理進行的，這時應(yīng)選用歐姆檔的最高量程（ R 1k或 R 10k ）來測量。如圖 2 所示。當(dāng)萬用電表的兩根表棒與電容器的兩引腳相接時，表針先向順時間方向偏轉(zhuǎn)一個角度，此時 稱為電容器的充電，當(dāng)充電到一定程度時，電容器又開始放電，此時萬用電表的指針便返回到位置。在測量過程中，表針擺動的角度越大，說明所檢測的電容器容量越大。表針返回后越接近處，說明所檢測的電容器漏電越小，即所檢測的電容器的質(zhì)量越高。 測量電解電容器時，由于其引腳有正、負極之分，應(yīng)將紅表棒接電容器的負極，黑表棒接電容器的正極，這樣測量出來的漏電電阻才是正確的。反接時一般漏電電阻要比正接時小，利用這一點，還可判斷出無極性標志的電解電容器的極性。如果電容器的容量太小，如在4700P 以下，就只能檢查它是否漏電 或擊穿，如果在測量中，表針擺動一下回不到處，而是停留在 0處的中間某一位置上，說明該電容器漏電嚴重；也可采取圖 3 所示的辦法。在萬用電表與被測小電南昌理工學(xué)院電子 工 程 專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 31 頁 共 43 頁 容器之間加裝一只 NPN 型硅三極管，要求其 值大于 100，集電極 -發(fā)射極之間的耐壓應(yīng)大于 25V， ICEO 越小越好。被測電容器接到 A、B 兩端。由于三極管 VT 的電流放大作用，較小容量的電容器也能引起表針較大幅度的擺動，然后返回到位置，如不能返回到處的，則可估測出漏電電阻。 對于可變電容器、拉線電容器，亦可用萬用電表檢測出它們有否碰片或漏電、短路等。 3. 電感器。電感器是一種非線性元件，可以儲存磁能。由于通過電感的電流值不能突變，所以，電感對直流電流短路，對突變的電流呈高阻態(tài)。電感器在電路中的基本用途有：扼流、交流負載、振蕩、陷波、調(diào)諧、補償、偏轉(zhuǎn)等。利用萬用電表對其進行檢測時，即只能判斷出它的直流電阻值，如果已經(jīng)標明了數(shù)值的電感器，只要其直流電阻值大致符合。 4. 晶體二極管。晶體二極管是一種非線性器件，它的正、反兩個方向的電阻值相差懸殊，這就是二極管的單向?qū)щ娦浴Ｔ陔娐分校眠@一特性，可以作整流、檢波、箝位、限幅、阻尼、隔離等。 用萬用電 表測量二極管時，可選用歐姆檔 R 1k 。由于二極管具有單向?qū)щ娦裕恼⒎聪?