1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文）課題名稱： 基于51單片機(jī)的智能定時(shí)控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 系 別： 電子信息系 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí)： 10電子（2）班 姓 名： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課題名稱 基于51單片機(jī)的智能定時(shí)控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題性質(zhì) 工程應(yīng)用 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班級(jí) 10電子（2）班 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 教研室主任 系部主任 發(fā)放日期 一、 課題條件：隨著電子工業(yè)的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)深入到了人們生活的各個(gè)層面，各種各樣的電子產(chǎn)品也正在日新月異地向著高精尖技術(shù)發(fā)展。數(shù)字電子時(shí)鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(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

2、性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。二、 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）主要內(nèi)容：1、 時(shí)間顯示：用4位數(shù)碼管顯示當(dāng)前小時(shí)和分鐘，秒功能用兩LED燈代替（每秒閃爍一次）。2、 可手動(dòng)設(shè)定時(shí)間。3、 開機(jī)流程：系統(tǒng)有紅色和藍(lán)色指示燈，上電10S內(nèi)，每秒紅色指示燈閃爍一次，并伴有蜂鳴聲，作為開機(jī)/重啟提醒，此時(shí)綠色指示燈滅。10S后紅色指示燈滅，若光線較強(qiáng)則綠色指示燈亮，若光線較弱則綠色指示燈亮度減半進(jìn)入節(jié)能模式。3、 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（四短一長(zhǎng)），可自行設(shè)定報(bào)時(shí)時(shí)間段；三、 計(jì)劃進(jìn)度：1. 資料的收集撰寫開題報(bào)告 6月20日至9月8日 2. 方案設(shè)計(jì) 9月9日至9月15日 3. 電路的

3、設(shè)計(jì)指標(biāo)分析與確定；后期的電路優(yōu)化元器件的選擇與參數(shù)確定9月16日至11月2日4. 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的修改、完善 11月3日至11月10日5. 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯11月15 日至11月20日四、 主要參考文獻(xiàn)：a) 康光華主編.電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1999.6b) b)何宏主編.單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2006.07c) c)楊西明,朱騏主編.單片機(jī)編程與應(yīng)用入門.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.06d) d)先鋒工作室編著.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例.北京:清華大學(xué)出版社.2003.01指導(dǎo)教師 （系）教研室主任 年 月 日 年 月 日 摘 要本次設(shè)計(jì)以AT89C51芯片為

4、核心，輔以必要的外圍電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的電子時(shí)鐘，它由5V直流電源供電。在硬件方面，除了CPU外，使用四個(gè)七段LED數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行顯示，LED采用的是動(dòng)態(tài)掃描顯示。通過(guò)LED能夠比較準(zhǔn)確顯示時(shí)、分。三個(gè)簡(jiǎn)單的按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)整。軟件方面采用匯編語(yǔ)言編程。整個(gè)電子鐘系統(tǒng)能完成時(shí)間的顯示，調(diào)時(shí)，定時(shí)鬧鐘，報(bào)警等功能。 本設(shè)計(jì)是以ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)芯片為系統(tǒng)核心的智能定時(shí)控制器設(shè)計(jì)，論文具體描述了設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件和軟件的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。智能定時(shí)控制器在硬件、軟件設(shè)計(jì)上均采用模塊化的方法，使得在設(shè)計(jì) 和調(diào)試方面取得很大的方便。論文重點(diǎn)闡述了數(shù)字鐘硬件中MCU模塊、按鍵模塊、顯示模塊等相

5、關(guān)模塊的模塊化設(shè)計(jì)及制作；軟件同樣采用模塊化的設(shè)計(jì)，包括中斷模塊、時(shí)間調(diào)整模塊等設(shè)計(jì)，并采用簡(jiǎn)單流通性強(qiáng)的C語(yǔ)言編寫實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 了年、月、日及時(shí)、分、秒的顯示和時(shí)間修改的功能。通過(guò)對(duì)比實(shí)際的智能定時(shí)控制器，查找出誤差的來(lái)源，確定調(diào)整誤差的方法，盡可能的減少誤差，使得系統(tǒng)可以達(dá)到實(shí)際智能定時(shí)控制器的允許誤差范圍內(nèi)，取得了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。關(guān)鍵詞：AT89C51 數(shù)碼管 模塊化 數(shù)字鐘目 錄摘 要41概 述62設(shè)計(jì)方案62.1.要求功能.62.2.單片機(jī)芯片.62.3顯示模塊.72.4時(shí)鐘芯片的選擇.72.5電路設(shè)計(jì)方案確定.83單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述83.1AT89C51單片機(jī).83.2單片機(jī)的

6、定時(shí)/中斷系統(tǒng)103.3顯示系統(tǒng).124硬件電路設(shè)計(jì).124.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概述.124.2報(bào)警電路.134.3按鍵電路.144.4電源設(shè)計(jì).154.5單片機(jī)最小系統(tǒng).16單片機(jī)的復(fù)位電路16單片機(jī)系統(tǒng)的晶振電路174.6主電路設(shè)計(jì).185 主程序和中斷程序設(shè)計(jì)195.1主程序.195.2中斷程序.216系統(tǒng)調(diào)試226.1軟件調(diào)試概述.226.2軟件調(diào)試.22結(jié) 論24致 謝25參 考 文 獻(xiàn)261概 述 隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整、生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展、人們生活水平的不斷提高及家用電器的逐漸普及, 市場(chǎng)對(duì)定時(shí)控制系統(tǒng)的需求越來(lái)越大. 如, 定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、定時(shí)自動(dòng)打鈴、定時(shí)開關(guān)烘箱、定時(shí)通斷動(dòng)力設(shè)

7、備以及各種電氣的定時(shí)啟動(dòng)等都屬于定時(shí)控制系統(tǒng) 1 . 定時(shí)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法很多, 本文主要介紹以80C51 系列單片機(jī)中的AT89C51 為核心的智能定時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式. 80C51 系列單片機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)間早, 總線開放, 仿真開發(fā)設(shè)備多, 芯片及其開發(fā)價(jià)格低廉、速度較快、電磁兼容性較好. 本文所述智能時(shí)鐘控制系統(tǒng)主要包括時(shí)鐘顯示、時(shí)間校正、鬧鈴設(shè)置及各種設(shè)備定時(shí)開關(guān)機(jī)( 可擴(kuò)展功能) 等功能. 實(shí)時(shí)日歷和時(shí)鐘顯示的設(shè)計(jì)過(guò)程在硬件與軟件方面進(jìn)行同步設(shè)計(jì)。硬件部分主要由AT89S52單片機(jī)，LED顯示電路，以及調(diào)時(shí)按鍵電路等組成，系統(tǒng)通過(guò)LED顯示數(shù)據(jù)，所以具有人性化的操作和直觀的顯示

8、效果。軟件方面主要包括時(shí)鐘程序、鍵盤程序，顯示程序等。本系統(tǒng)以單片機(jī)的匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了，以便更簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)調(diào)整時(shí)間及日期顯示功能。所有程序編寫完成后，在keil2軟件中進(jìn)行調(diào)試，確定沒有問題后，在Proteus軟件中嵌入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行仿真在日新月異的21世紀(jì)里，家用電子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展。許多家電設(shè)備都趨于人性化、智能化，這些電器設(shè)備大部分都含有CPU控制器或者是單品具有便攜實(shí)用，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。2設(shè)計(jì)方案2.1.要求功能1、 時(shí)間顯示：用4位數(shù)碼管顯示當(dāng)前小時(shí)和分鐘，秒功能用兩LED燈代替（每秒閃爍一次）。2、

9、可手動(dòng)設(shè)定時(shí)間。3、 開機(jī)流程：系統(tǒng)有紅色和藍(lán)色指示燈，上電10S內(nèi)，每秒紅色指示燈閃爍一次，并伴有蜂鳴聲，作為開機(jī)/重啟提醒，此時(shí)綠色指示燈滅。10S后紅色指示燈滅，若光線較強(qiáng)則綠色指示燈亮，若光線較弱則綠色指示燈亮度減半進(jìn)入節(jié)能模式。4、具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（四短一長(zhǎng)），可自行設(shè)定報(bào)時(shí)時(shí)間段；2.2.單片機(jī)芯片方案一: 采用89C51芯片作為硬件核心，采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲(chǔ)空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，

10、對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。方案二:采用AT89c51,片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作；同時(shí)也與MCS-51系列單片機(jī)完全該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為8KB ROM 存儲(chǔ)空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。所以選擇采用AT89S52作為主控制系統(tǒng).2.3顯示模塊方案一：采用LED液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,但是價(jià)格昂貴,需要的接口線多,所以在此設(shè)計(jì)中不采用LED液晶顯示屏。

11、方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且價(jià)格也相對(duì)較高,所以也不用此種作為顯示。方案三：采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價(jià)格適中,對(duì)于顯示數(shù)字最合適,而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí),占用的單片機(jī)口線少。所以采用了LED數(shù)碼管作為顯示。2.4時(shí)鐘芯片的選擇方案一：采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大。所以不采用此方案。方案二：軟件控制：利用AT89s51內(nèi)部定時(shí)進(jìn)行中斷，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、

12、秒的計(jì)時(shí)，該方案節(jié)約成本，且能綜合運(yùn)用知識(shí)2.5電路設(shè)計(jì)方案確定綜上各方案所述,對(duì)此次作品的方案選定: 以單片機(jī)AT89C51為主控制器，采用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)、行列式鍵盤和動(dòng)態(tài)LED顯示3單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述3.1AT89C51單片機(jī)AT89C51是一種低功耗、性存儲(chǔ)器技術(shù)制造， 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼

13、續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。80C51：40個(gè)引腳雙排直插DIP封裝,大致可分為3類：電源及時(shí)鐘、控制和I/O引腳。圖3.1 89C51單片機(jī)引腳圖 圖3.2 單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)圖: 由如下功能部件組成：對(duì)圖3.2中的片內(nèi)各部件做簡(jiǎn)單介紹。 1.CPU（微處理器）2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） 片內(nèi)為128個(gè)字節(jié)（52子系列的為256個(gè)字節(jié)）3.程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM） 89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 字節(jié)閃存。4. 4個(gè)并行可編程的8位I/O口 P1口、P2口、P3口、P0口5. 串行口1個(gè)全

14、雙工的異步串行口，具有四種工作方式。6. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器7. 中斷系統(tǒng)8. 特殊功能寄存器（SFR）共有21個(gè)，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。CPU對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，Special Function Register）的集中控制方式。 圖3.3 89C51單片機(jī)功能結(jié)構(gòu)3.2單片機(jī)的定時(shí)/中斷系統(tǒng)51內(nèi)部集成定時(shí)/計(jì)數(shù)器的基本特征：q 51系列單片機(jī)內(nèi)部提供2個(gè)16位的遞增定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1。q 可以設(shè)置為定時(shí)或者計(jì)數(shù)器工作。q 有多種可選的工作模式，通過(guò)SFR-TMOD選擇使用。q 對(duì)應(yīng)兩個(gè)中斷源，可用中斷處理。 q 主要作用: 對(duì)外部脈沖計(jì)數(shù)、產(chǎn)生精確定

15、時(shí)時(shí)間、作串行口的波特率發(fā)生器。 圖3.5 T0、T1的結(jié)構(gòu) TMOD寄存器的M1,M0位設(shè)置四種工作方式模式0：13位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)寄存器：THx和TLx低5位 最大計(jì)數(shù)值：213：模式1：16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)寄存器：THx和TLx 最大計(jì)數(shù)值：216模式2: 8位自動(dòng)重載定時(shí)/計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)寄存器：TLX 計(jì)數(shù)初值重載寄存器：THX 最大計(jì)數(shù)值28模式3：僅T0可用，將T0拆為兩個(gè)獨(dú)立8位定時(shí)器80C51的中斷源外部中斷0（INT0）外部中斷1（INT1）T0溢出中斷（TF0）T1溢出中斷（TF1）串行口中斷（RI或TI）觸發(fā)方式設(shè)置及中斷標(biāo)志76543210 TCONTF

16、1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0字節(jié)地址：88H外部中斷標(biāo)志IE1、IE0（用IEx表示）電平方式（ITX=0），INTx引腳低電平時(shí)IEx=1，響應(yīng)中斷后IEx不自動(dòng)清0（INTx引腳狀態(tài)）。 邊沿方式（ITx=1），INTx引腳負(fù)跳變時(shí)IEx=1，響應(yīng)中斷后IEx自動(dòng)清0。同一優(yōu)先級(jí)中的中斷申請(qǐng)不止一個(gè)時(shí)，則有中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)問題。同一優(yōu)先級(jí)的中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級(jí)形成，其排列如所示：3.3顯示系統(tǒng)LED顯示器由若干個(gè)發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)筆畫或一個(gè)點(diǎn)就發(fā)光。控制相應(yīng)的管導(dǎo)通，就能顯示出對(duì)應(yīng)字符。各段LED顯示器需要由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。

17、在七段LED顯示器中，通常將各段發(fā)光二極管的陰極或陽(yáng)極連在一起作為公共端。將各段發(fā)光二極管連在一起的叫共陽(yáng)極顯示器，用低電平驅(qū)動(dòng)；將陰極連在一起的叫共陰極顯示器，用高電平驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)顯示就是每一個(gè)顯示器各筆畫段都要獨(dú)占具有一個(gè)鎖存功能的輸出口線，CPU把要顯示的字形代碼送到輸出口上，就可以使顯示器上顯示所需的數(shù)字或符號(hào)，此后，即使CPU不在去訪問它，因?yàn)楦鞴P畫段借口具有鎖存功能，顯示的內(nèi)容也不會(huì)消失。動(dòng)態(tài)顯示是指顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。靜態(tài)顯示有并行輸出和串行輸出兩種方式。在本系統(tǒng)中數(shù)碼管使用共陰極接法而且是用動(dòng)態(tài)顯示。本設(shè)計(jì)利用一個(gè)4位七段數(shù)碼管顯示時(shí)鐘結(jié)果。

18、4硬件電路設(shè)計(jì)4.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概述本電路是由AT89C51單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；時(shí)鐘電路由DS1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31*8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。可產(chǎn)生年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，具有使用壽命長(zhǎng)，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動(dòng)保存功能；顯示部份由15個(gè)數(shù)碼管，74Hs138、74ls2

19、44構(gòu)成。使用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式對(duì)數(shù)字的顯示。硬件的結(jié)構(gòu)和可靠性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，所以合理的安排電路能提高電子產(chǎn)品的性能。整體電路設(shè)計(jì)框圖時(shí)鐘電路電源電路LED數(shù)碼管顯示電路復(fù)位電路鍵盤模塊報(bào)警模塊 AT89C51主控制 模塊圖4.1電路設(shè)計(jì)框圖框圖介紹了智能定時(shí)控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要組成部分，系統(tǒng)主要分成核心芯片AT89C51單片機(jī)、電源模塊、時(shí)鐘模塊、報(bào)警模塊、復(fù)位電路模塊、鍵盤輸入模塊以及LED數(shù)碼管顯示模塊等七大模塊，很好的實(shí)現(xiàn)了智能定時(shí)控制器的一些主要功能。本電路是由AT89C51單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作。采用內(nèi)部時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)方式來(lái)驅(qū)動(dòng)AT8

20、9C51單片機(jī)工作，內(nèi)部復(fù)位的方式使系統(tǒng)的外圍電路更加簡(jiǎn)單，減少了硬件的損耗，利用倆個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管來(lái)表示秒鐘，其他的顯示電路部分由一個(gè)4位7段數(shù)碼管構(gòu)成，使用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式對(duì)數(shù)字的顯示，整個(gè)系統(tǒng)具有使用壽命長(zhǎng)，精度高和低功耗等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了智能定時(shí)控制器的一些主要功能：4.2報(bào)警電路  蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。S51增強(qiáng)型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板通過(guò)一個(gè)三極管C8550來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，原理圖見下

21、面圖4.6：圖4.2 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路如圖3.6所示，蜂鳴器的正極接到VCC（5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級(jí)B經(jīng)過(guò)限流電阻R1后由單片機(jī)的P3.7引腳控制，當(dāng)P3.7輸出高電平時(shí)，三極管T1截止，沒有電流流過(guò)線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)P3.7輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過(guò)程序控制P3.7腳的電平來(lái)使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。程序中改變單片機(jī)P3.7引腳輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)的聲音。另外，改變P3.7輸出電平則可以控制蜂鳴器的聲音大小，這些我們都可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)顯示報(bào)警器電路模塊。4.

22、3按鍵電路按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過(guò)一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過(guò)程在相應(yīng) 的I/O端口形一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋放過(guò)程都要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)定。 這一過(guò)程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在510ms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(dòng)。本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單 個(gè)按鍵電路，每個(gè)按鍵占用一條I/O口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生相互影響。 圖4.3 按鍵電路 4.4電源設(shè)計(jì)在這里因設(shè)計(jì)分工和側(cè)重點(diǎn)不同，電源模塊用通用的5v變壓器。從圖上看220V交流電經(jīng)過(guò)一個(gè)變壓器進(jìn)行降壓，變

23、壓器后面由四個(gè)二極管組成一個(gè)橋式全波整流電路，整流后就得到一個(gè)電壓波動(dòng)很大的直流電，所以在這里接一個(gè)330u/F的電解電容。變壓器輸出端的9V電壓經(jīng)過(guò)橋式整流并電容濾波，在電容C1兩端大約會(huì)有11V多一點(diǎn)的電壓，如果電容兩端直接接負(fù)載，當(dāng)負(fù)載變化或者交流電波動(dòng)時(shí)會(huì)使C1兩端的電壓變化很大，為得到一個(gè)比較穩(wěn)定的電壓因此在此處接一個(gè)三端穩(wěn)壓器元件。三端穩(wěn)壓器是一個(gè)集成電路元件，內(nèi)部有三極管和電阻構(gòu)成當(dāng)負(fù)載電流大時(shí)內(nèi)部電阻變小，當(dāng)負(fù)載電流小時(shí)內(nèi)部電阻變大，這樣能保持穩(wěn)壓器的輸出電壓保持基本不變，本設(shè)計(jì)要+5V電壓，因此選用LM7805，LM7805最大可以輸出1A的電流，內(nèi)部有限流式短路保護(hù)，可以很

24、穩(wěn)定的進(jìn)行電流輸出圖4.4 電源電路4.5單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)的復(fù)位電路圖 手動(dòng)復(fù)位電路二、復(fù)位電路的工作原理在書本上有介紹，51單片機(jī)要復(fù)位只需要在第9引腳接個(gè)高電平持續(xù)2US就可以實(shí)現(xiàn)，那這個(gè)過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)的呢？在單片機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動(dòng)的時(shí)候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會(huì)復(fù)位。所以可以通過(guò)按鍵的斷開和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。開機(jī)的時(shí)候?yàn)槭裁礊閺?fù)位在電路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（單片機(jī)的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V），需要的時(shí)間是10K*10UF=0.1S。

25、也就是說(shuō)在電腦啟動(dòng)的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時(shí)在03.5V增加。這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為從51.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V1.5V。在5V正常工作的51單片機(jī)中小于1.5V的電壓信號(hào)為低電平信號(hào)，而大于1.5V的電壓信號(hào)為高電平信號(hào)。所以在開機(jī)0.1S內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位（RST引腳接收到的高電平信號(hào)時(shí)間為0.1S左右）。按鍵按下的時(shí)候?yàn)槭裁磿?huì)復(fù)位在單片機(jī)啟動(dòng)0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時(shí)候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形

26、成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過(guò)程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，有時(shí)可能對(duì)系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)位，為了避免對(duì)硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和斷電造成的損害，設(shè)計(jì)了手動(dòng)的復(fù)位電路。如圖4-2所示。這種電路的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中需要復(fù)位時(shí)，只需使開關(guān)閉合，在RST端就會(huì)出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平信號(hào)，從而使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的晶振電路單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能進(jìn)行工作。M

27、CS-51系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)的內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。圖4-3就是內(nèi)部時(shí)鐘工作方式的電路圖，這是一種常用的方式。這種方式是外界振蕩源，本設(shè)計(jì)就采用這種外接晶振的方法。電路中的兩個(gè)電容的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振（C1 C2的值大，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是對(duì)振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用（C1 C2的值大，頻率略有減少，反之，頻率略有提高）。C1 C2的值采用30pF。圖 單片機(jī)內(nèi)部晶振電路連接圖 內(nèi)部時(shí)鐘原理圖  （就是一個(gè)自激振蕩電路）在內(nèi)部方式時(shí)鐘電路中，必須在XTAL1和XTAL2引

28、腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個(gè)微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的頻率取值在1.2MHz12MHz之間。對(duì)于外接時(shí)鐘電路，要求XTAL1接地，XTAL2腳接外部時(shí)鐘，對(duì)于外部時(shí)鐘信號(hào)并無(wú)特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時(shí)鐘頻率低于12MHz即可。晶體振蕩器的振蕩信號(hào)從XTAL2端送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，它將該振蕩信號(hào)二分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2供單片機(jī)使用。時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為狀態(tài)時(shí)間S，它是振蕩周期的2倍，P1信號(hào)在每個(gè)狀態(tài)的前半周期有效，在每個(gè)狀態(tài)的后半周期P2信號(hào)有效。CPU就是以兩相時(shí)鐘P1和P2為基本節(jié)拍協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分有效工作的。 2.指令時(shí)序&

29、#160;我們將單片機(jī)的基本操作周期稱作機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)組成，每個(gè)狀態(tài)由兩個(gè)時(shí)相P1和P2構(gòu)成，故一個(gè)機(jī)器周期可依次表示為S1P1，S1P2，S6P1，S6P2，即一個(gè)機(jī)器共有12個(gè)振蕩脈沖。為了大家便于分析CPU的時(shí)序，在此先對(duì)以下幾個(gè)概念作一介紹。（1）振蕩周期 振蕩周期指為單片機(jī)提供定時(shí)信號(hào)的振蕩源的周期或外部輸入時(shí)鐘的周期。 （2）時(shí)鐘周期 時(shí)鐘周期又稱作狀態(tài)周期或狀態(tài)時(shí)間S，它是振蕩周期的兩倍，它分為P1節(jié)拍和P2節(jié)拍，通常在P1節(jié)拍完成算術(shù)邏輯操作，在P2節(jié)拍完成內(nèi)部寄存器之間的傳送操作。 （3）機(jī)器周期 一個(gè)機(jī)器周

30、期由6個(gè)狀態(tài)組成，如果把一條指令的執(zhí)行過(guò)程分作幾個(gè)基本操作，則將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱作機(jī)器周期。單片機(jī)的單周期指令執(zhí)行時(shí)間就為一個(gè)機(jī)器周期。 （4）指令周期 指令周期即執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)間，通常為14個(gè)機(jī)器周期。在圖2.12中給出了MCS51單片機(jī)的典型取指、執(zhí)行時(shí)序。由圖可知，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，地址鎖存信號(hào)ALE兩次有效，一次在S1P2與S2P1之間，另一次在S4P2和S5P1之間。              

31、0;    從圖2.12我們可以看出，對(duì)于單周期指令，當(dāng)操作碼被送入指令寄存器后，指令的執(zhí)行從S1P2開始。若對(duì)于雙字節(jié)單周期指令，則在同一機(jī)器周期的S4期間讀入第二個(gè)字節(jié)。如果是單字節(jié)單周期指令，則在S4期間仍然保持讀操作，但所進(jìn)行的讀操作為無(wú)效操作，同時(shí)程序計(jì)數(shù)器PC并不加1。在圖2.12（a）和（b）給出了單字節(jié)單周期和雙字節(jié)單周期指令的時(shí)序，這些操作都在S6P2結(jié)束時(shí)完成指令操作。在圖2.12（c）中給出了單字節(jié)雙周期指令時(shí)序，在兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)進(jìn)行了四次讀操作，由于是單字節(jié)指令，故后面的三次讀操作是無(wú)效的。 在圖2.12（d）中給出了訪

32、問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指令MOVX的時(shí)序，它是一條單字節(jié)雙周期指令。在執(zhí)行MOVX指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪問且選通時(shí)跳過(guò)兩次取指操作，其中在第一個(gè)機(jī)器周期S5開始送出片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址后，進(jìn)行讀、寫數(shù)據(jù)，在此期間并無(wú)ALE信號(hào)，故第二周期不產(chǎn)生取指操作。4.6主電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下圖:單片機(jī)的P0口作為6位LED數(shù)碼管顯示的位選口，其中P0.0P0.5分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的端口，P1作為位選口，由于采用共陰極數(shù)碼管，因此P0口輸出低電平選中相應(yīng)的位，而P1口輸出高電平選中相應(yīng)的段。圖4.6主電路圖5 主程序和中斷程序設(shè)計(jì)5.1主程序主程序主要有main（）組成通過(guò)對(duì)相關(guān)子程序的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的設(shè)置與

33、修改、LCD顯示等主要功能。相關(guān)的調(diào)整是靠對(duì)功能鍵的判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。我們用流程框圖來(lái)表示，如下圖圖5.1 主程序框圖void main() /主函數(shù) TMOD|=0X11; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; shi=12;fen=59;miao=0;green=0;beep=0; /十分秒的初始值 handle_1(shi); handle_2(fen); display_1(); /顯示時(shí)鐘初始值 display_2(); /顯示分鐘初始值 while(1) scan_key(); /調(diào)用按鍵掃描

34、函數(shù) time_1(); /調(diào)用時(shí)鐘函數(shù) handle_1(shi); /對(duì)小時(shí)拆分 handle_2(fen); /對(duì)分鐘拆分 display_1(); /顯示小時(shí) display_2(); /顯示分鐘 5.2中斷程序/函數(shù)名：clock/函數(shù)功能：定時(shí)器T0定時(shí)中斷，interrupt 1/形式參數(shù)：無(wú)/返回值：無(wú)void clock() interrupt 1 EA=0; /關(guān)中斷 if(msec1!=0x28) msec1+; /到10毫秒否，不到則msec1加1 else msec1=0;if(msec2!=100)msec2+; /到1秒否，不到則msec2加1 else if(r

35、timbit=1)count+; msec2=0;if(clockbuf2!=59) clockbuf2+; /到1分否，不到則clockbuf2加1 else clockbuf2=0; if(clockbuf1!=59) clockbuf1+; / 到1小時(shí)否，不到則clockbuf1加1else clockbuf1=0; if(clockbuf0!=23) clockbuf0+; / 到24時(shí)否，不到則clockbuf0加1 else clockbuf0=0; EA=1; /開中斷6系統(tǒng)調(diào)試6.1軟件調(diào)試概述單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)總體設(shè)計(jì)，完成了硬件和軟件設(shè)計(jì)開發(fā)。通過(guò)軟件和硬件相結(jié)合系統(tǒng)即可運(yùn)行

36、。但編制好的程序或焊接好的線路不能按預(yù)計(jì)的那樣正常工作是常見的事，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯(cuò)誤，這是軟件和硬件開發(fā)者經(jīng)常遇見的，這就需要通過(guò)調(diào)試來(lái)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以改正。調(diào)試可分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的已經(jīng)在PC機(jī)上用模擬開發(fā)軟件進(jìn)行了檢測(cè)和調(diào)試，并運(yùn)行成功，最后進(jìn)行實(shí)物圖的硬件組裝與調(diào)試，這樣就給開發(fā)者在提供了方便。6.2軟件調(diào)試本設(shè)計(jì)是在Proteus軟件和Keil2軟件相結(jié)合調(diào)試的，完全用仿真軟件在PC機(jī)上對(duì)目標(biāo)電路原理圖和程序進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試。調(diào)試過(guò)程中單片機(jī)相應(yīng)輸入端由通用鍵盤和鼠標(biāo)設(shè)定，運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示出來(lái)，以確定程序運(yùn)行有無(wú)錯(cuò)誤。目標(biāo)程序糾錯(cuò)：該階段工作通常在目標(biāo)程序編輯時(shí)就完成。一般來(lái)說(shuō)，仿真軟件能為用戶輸入的程序指令糾錯(cuò)，包括書寫格式、標(biāo)號(hào)未定義或多重定義、轉(zhuǎn)移地址溢出等錯(cuò)誤。整體程序調(diào)試：即把各子程序整體連起來(lái)進(jìn)入到綜合電路調(diào)試，看是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的功能顯示。在這階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運(yùn)行時(shí)是否破壞現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)據(jù)緩沖單元是否發(fā)生沖突，標(biāo)志位的建立和清除在設(shè)計(jì)上是否失誤，堆棧是否溢出，輸入輸出狀態(tài)是否正常等。圖6.