毕业设计论文基于AT89C51单片机的倒计时系统设计.doc

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1、湖北第二师范自考电子通信本科毕业论文HUBEI UNIVERSITY OF EDUCATION高等教育自学考试毕业设计（论文）题目 基于单片机倒计时系统 专业班级 电子信息工程0703班 学号 姓名 指导教师姓名、职称 所属助学单位 湖北第二师范学院 2011年 02月 28日毕业论文开题报告书学号学生姓名院系湖北第二师范学院继续教育学院教学一部专业电子信息工程年级0703级指导教师职称讲师开题时间1月 30日 2月 28日论文题目基于单片机倒计时系统一、本题的根据：1、说明本题的理论及实际意义 2、综述国内外有关本题的动态和自己的见解数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械

2、式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。在数字钟的发展上看，主要向小型化、多功能化发展。 数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。传统的设计方法有两种，一是利用组合逻辑电路和时序电路等中小规模集成电路来设计；一是利用单片机编程技术来设计。这两种设计都存在硬件复杂，设计周期长，成本高等缺点。 随着经济的发展，人们的生活水平也有很大的提高，各种家用电器已被大部分家庭需要和使用，而且随着现在经济和技术的不断发展，人们对自己的生活技术含量也有了更高的要求。为了满足人们的生活需要，为了推进社会的进步，提高家电的技术含量

3、，是家电智能化、自动化，是很有必要的。同时，现在社会竞争激烈，人们都为了工作而奔波，如果有更方便的家用电器，就能节省他们的时间，让他们有更多的时间工作，所以智能化、自动化的家用电器能够为人们的生活提供很多方便。 二、本题的主要内容及写作提纲1、运用所学的数字电子知识，和模拟电子知识进行电路设计。 2、设计出的直流电源要求输出精度高，步进电压在0.1V 左右，调整方便。3、使用通用器件。4、要求输出电压在09.9V。 主要内容：1 .课题的背景2 .硬件设计3 . 软件设计4 .软件设计三、完成期间采取的主要措施2011年1月 选题 1月30日2月2日 开题的准备 2月17日2月18日 论文初稿

4、 2月19日2月25日 论文第二稿 2月26日2月28日 定稿 . 四、主要参考文献：1、 肖红兵.跟我学单片机.北京：北京航天航空出版社，2002.8 2、 何立民.单片机高级教程.第一版.北京航天航空出版社，2004.6 3、 赵晓安.MCS51.单片机原理和应用.天津：天津大学出版社，2005.4 4、 李广第.单片机基础.第一版.北京：北京航天航空出版社，2006.9 5、 徐惠民、安德民.单片机微型计算机原理接口与应用.第一版.北京邮电大学出版社2005.6 6、何立民.从Cigncr 80C51F看单片机发展之路.单片机与嵌入式系统应用， 7、单片机试验教程。北京：北京航空航天出版

5、社，2006.8 8、诚志强、胡惠.单片机应用系统应用.自编教材 五、审核意见教师指导意见基于单片机倒计时系统摘 要摘要：来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。模拟多通道压力系统是利用压力传感器采集当前压力并放映在显示器上，它可以分析压力过量程，并发出报警。并采用电子秤原理可根据输入单价准确的计算出物体的金额。本篇论文讨论了简单的倒计时器的设计与制作，对于倒计时器中的L

6、ED数码显示器来说，我为了简化线路、降低成本，采用以软件为主的接口方法，即不使用专门的硬件译码器，而采用软件程序进行译码。关键词：单片机；AT89C51；LED数码管显示器；keil C；晶体振荡器目 录 绪 论91 课题背景101.1研究背景及意义101.2 国内外研究现状101.3 课题研究方法112 硬件设计122.1 单片机简介122.1.1 单片机技术的发展122.1.2 单片机系统的应用13.2 单片机AT89C51142.2.1 AT89C51 的基本结构和引脚功能142.2.2 机器周期和指令周期172.3 LCD简介182.3.1 LCD显示器的基本结构和特点182.4 本章

7、小结193 软件设计203.1 中断机制203.1.1 硬件中断和软件中断203.2 定时器/计时器213.2.1 定时器/计时器的结构213.2.2 定时器/计数器的计数信号213.3 程序结构类型223.3.1汇编语言的基本结构223.4时钟频率电路的设计253.5复位电路的设计263.6显示电路的设计264 软件设计284.1Proteus原理图绘制284.2Proteus电路仿真与结果分析281.Keil C软件282.Proteus软件294.3、软、硬联接314.4单片机倒计时原理图31结束语32总结33致 谢34参考文献35附录36附录A36附录B37 绪 论随着人们生活水平的不

8、断提高。万年历是在传统时钟基础上演化而来的一种现代电子系统，主要包括了基本的时钟显示以及日期的自动查询。而时钟，从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间的精度要求越来越高，应用越来越广。传统的时钟主要是机械式传动,由指针显示时间。但是，随着对时钟要求的提高，传统的时钟出现了瓶颈，主要表现在：1.传统时钟有较大的计时误差,不能满足人们对时间计量越来越高的精度要求；2.时钟电路的应用越来越广,传统时钟已经无法适应高科技领域的要求,比如说计算机系统；传统时钟瓶颈的解决办法电子时钟。那么，怎么解决这个瓶颈呢，可以看到，如果能够将现代电子技术应用到时钟领域，那

9、么这些制约条件也就不存在了。单片机就是在半导体硅片上集成了CPU,存储器和各种接口,这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性,主要应用于测控领域。电子时钟是现代电子技术在时钟领域的具体实现方式。另外由于纸制万年历只能够进行日期查询，并不能够显示时间。因而，人们提出了如何实现一种能够既显示时间又能够查询日期的电子装备。电子万年历顺应着时代的发展，在现代工艺的基础上运用而出。电子万年历主要实现了基本的时钟显示以及日期查询，并运用单片机来控制加以实现，广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于单片机的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字万年历的精度,远

10、远超过老式计数钟表, 万年历的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以万年历数字化为基础的。因此，研究数字式万年历及扩大其应用，有着非重要的意义。1 课题背景1.1研究背景及意义 万年历是在传统时钟基础上演化而来的一种现代电子系统，主要包括了基本的时钟显示以及日期的自动查询。而时钟，从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间的精度要求越来越高，应用越来越广。传统的时钟主要是

11、机械式传动,由指针显示时间。但是，随着对时钟要求的提高，传统的时钟出现了瓶颈，主要表现在：1.传统时钟有较大的计时误差,不能满足人们对时间计量越来越高的精度要求；2.时钟电路的应用越来越广,传统时钟已经无法适应高科技领域的要求,比如说计算机系统；传统时钟瓶颈的解决办法电子时钟。那么，怎么解决这个瓶颈呢，可以看到，如果能够将现代电子技术应用到时钟领域，那么这些制约条件也就不存在了。单片机就是在半导体硅片上集成了CPU,存储器和各种接口,这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性,主要应用于测控领域。电子时钟是现代电子技术在时钟领域的具体实现方式。另外由于纸制万年历只能够进行日期查询，并不能够显示时

12、间。因而，人们提出了如何实现一种能够既显示时间又能够查询日期的电子装备。电子万年历顺应着时代的发展，在现代工艺的基础上运用而出。电子万年历主要实现了基本的时钟显示以及日期查询，并运用单片机来控制加以实现，广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于单片机的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字万年历的精度,远远超过老式计数钟表, 万年历的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，

13、都是以万年历数字化为基础的。因此，研究数字式万年历及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2 国内外研究现状从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。 早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势，因而无法被广泛采用。由于板载电

14、源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。 现今随着直流电源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守。 设计的直流稳压电源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/ A 转换电路、直流稳压电路等几部分组成,系统框图如图2 所示。单片机系统选用89C51 型号单片机, 内含4 K 的ROM. 采用8255 作为电压输出的扩展接口,8279作为键盘和显示器的扩展接口。1.3

15、课题研究方法直流稳压电源是最常用的仪器设备, 在科研及实验中都是必不可少的。针对以上问题, 我们设计了一套以单片机为核心的智能化直流电源。该电源采用薄膜轻触键盘, 可对输出电压及报警阈值以快慢两种方式进行设置, 输出由单片机通过D/A , 控制驱动模块输出一个稳定电压。同时稳压方法采用单片机闭环控制, 单片机通过A/D 采样输出电压, 与设定值进行比较, 若有偏差则调整输出, 越限则输出报警信号并截流。工作过程中, 稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态) 均由单片机输出驱动L ED 显示,多种显示模式间, 由键盘控制进行动态逻辑切换。本课题研究一种以单片机为核心的智能化高精度简易直

16、流电源的设计, 该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高, 且兼备双重过载保护及报警功能, 特别适用于各种有较高精度要求的场合。2 硬件设计2.1 单片机简介所谓单片机(Single-chip Microcomputer)1，是指在一块芯片上集成了各种部件的微型计算机，这些部件包括中央处理器(CPU)、存储器(RAM和ROM)、基本I/O接口以及定时器、计数器等部件，并具有独立指令系统的智能器件，即在一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。如果是简单控制对象，只需利用单片机作为控制核心，不需另外增加外部设备就能完成。对于较复杂的系统只需对单片机进行适当扩张即可，十分方便。归纳起来，单片机及

17、应用系统有以下特点：(1)单片机具有独立的指令系统，可以将我们的设计思想充分体现出来。(2)系统配置以满足控制对象的要求为出发点，使得系统具有较高的性能价格比。(3)应用系统通常将程序驻留在片内(外)ROM 中，抗干扰能力强，可靠性高，使用方便。(4)由于系统规模较小其本身不具有自我开发能力，一般需借助专用的开发工具进行系统开发和测试，而实际应用系统简单实用，成本低，效益好。(5)应用系统所用存储器芯片可选用EPROM、OTP芯片或利用掩膜形式生产，便于批量开发和应用。许多单片机(如80C51系列)的开发芯片和扩展应用芯片相互配套，降低了系统成本。(6)由于系统小巧玲垅，控制功能强、体积小，便

18、于嵌入被控设备之内，大大推动了产品的智能化。如数控机床、机器人、智能仪器仪表、洗衣机、电冰箱、电视机等都是典型的单片机电一体化设备和产品。2.1.1 单片机技术的发展单片机是随着微型计算机、单板机的发展和其在智能测控系统中的应用而发展起来的。以8位单片机为例，其发展过程大致可归纳为三个阶段。第一阶段：低性能单片机阶段SCM(19761980年)。该阶段是以较简单的8位低档单片机为主，将原有的单板机功能集成在一块芯片上，使该芯片具有原来单板机的功能。其主要代表芯片为Intel公司的MCS-48系列，该芯片内集成了8位CPU、并行I/O端口和8位定时器/计数器，寻址范围为4 KB，没有串行通信接口

19、。第二阶段：高性能单片机阶段MCU(19801983年)。该阶段仍以8位机为主，主要增加了串行口、多级中断处理系统和16位定时器/计数器，除片内RAM、ROM容量加大外，片外寻址可达64 KB，有的片内还集成有A/D、D/A转换器。这一阶段单片机以Intel公司的MCS-5l系列、Motorola公司的680l系列和Zilog公司的Z8系列为代表。上述机型由于功能强，使用方便，目前仍在广泛应用。198380年代末，高性能的16位单片机问世。该单片机性能更加完善，主频速率提高，运算速度加快，具有很强的实时处理能力，更加适用于速度快、精度高、响应及时的应用场合。其主要代表为Intel公司的MCS-

20、96系列等。第三阶段：片上系统阶段SOC(90年代)，该阶段单片机在集成度、速率、功能、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。该阶段CPU数据线有8位、16位、32位，采用双CPU结构或内部流水线结构，以提高数据处理能力和运算速度；采用内部锁相环技术，时钟频率已高达50 MHz，指令执行加快；提供了运算能力较强的乘法指令和内积运算指令，具有较强的数据处理能力；技术发展： 随着微电子技术的迅速发展，目前各个公司研制出了适用于各种应用领域的单片机。高性能单片机芯片市场也异常活跃，不断采用新技术，使单片机的种类、性能不断提高，应用领域不断扩大。现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore）结构。这

21、是一种建立在系统级芯片（System on a chip）概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。虽然从结构定义上讲，DSP是单片机的一种类型，但其作用主要反映在高速计算和特殊处理如快速傅立叶变换等上面。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。随着微电子技术的不断发展，单片机正朝着高集成度、低能耗、低电压、多功能的方向发展

22、。2.1.2 单片机系统的应用由于单片机体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化、价格低、可靠性高、适用范围大以及有其本身的指令系统等诸多优势，现广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及工业控制等领域。目前不仅有常用的8位单片机，而且16位机已得到了广泛的应用。.2 单片机AT89C51 2.2.1 AT89C51 的基本结构和引脚功能89C512系列单片机的基本功能结构如图2.1所示。图2.1 89C51单片机的内部结构在一小块芯片上，集成了一个小型计算机的各个组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程IO口、定时器计数器口，各部分通过内部总线相连。AT89

23、C51提供以下标准功能：1）4K字节的可重擦写Flash闪速存储器；2）与MCS51产品指令系统完全兼容；3）1000次擦写周期；4）全静态操作024MHz；5）1288字节内部RAM；6）32个可编程I/O口线；7）2个16位定时/计时器；6个中断源；8）低功耗空闲和掉电模式。下面是AT89C51引脚图如图2.2所示： 图2.2 AT89C51引脚图引脚功能说明：Vcc ：电源电压GND ： 接地P0口 ：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程

24、序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。P1口 :P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。P2口：P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 在访问外部程序存储器或16位地

25、址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个访问期间不改变。P3口：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。做输入口使用时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口 除了作为一般的I/O口线，更重要的用途是它的第二功能，如下表2.1所示：表2.1 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外中断0）P3.3INT1（外中断1）P3.4T0 （定时/计数器

26、0）P3.5T1 （定时/计数器1）P3.6WR （外部数据存储器写选通）P3.7RD （外部数据存储器读选通）RST ：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个周期以上高电平将使单片机复位。ALEPROG ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低八位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。PSEN ：程序存储允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令时，每个机器周期两次PSEN有

27、效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。EA/VPP ：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是:如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。XTAL1 ：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2 ：振荡器反相放大器的输出端。2.2.2 机器周期和指令周期 (1) 时钟周期 时钟周期T又称为振荡周期，由单片机片内振荡电路OSC产生，常定义为时钟脉冲频率的倒数，是时序中最小的时间单位。本设计中

28、单片机时钟频率为12MHz，则它的时钟周期T应为1/12us。因为，时钟周期的时间尺度不是绝对的，而是一个随时钟脉冲频率而变化的参量。(2) 机器周期 机器周期定义为实现特定功能所需要的时间，通常由若干时钟周期T构成。MCS-51的机器周期没有采用上述方案，它的机器周期时间是固定不变的，均由12个时钟周期T组成。 (3) 指令周期指令周期是时序中最大的时间单位，定义为执行一条指令所需要的时间。由于机器执行不同指令所需要的时间不同，因此不同指令所包含的机器周期也不相同。通常，包含一个机器周期的指令称为单周期指令，包含两个机器周期的指令称为双周期指令，等等。指令的运算速度和指令所包含的机器周期数有

29、关，机器周期数越少的指令执行速度越快。MCS-51单片机通常可以分为单周期指令、双周期指令和四周期指令等三种。四周期指令只有乘法和除法指令两条，其余均为单周期和双周期指令3。2.3 LCD简介2.3.1 LCD显示器的基本结构和特点液晶（Liquid Crystal）为一半透明之物质6，同时兼具有固体的结晶次序性与液体的流动性，也被称为中间相物质，由于液晶具有规则分子排列的特性，当受到电场等外部刺激时，液晶分子排列会产生变化而具有光电效应之特性（Electro Optic Effect），利用此特性可应用在显示用元件上。一般液晶显示器使用的液晶材料，并非单一的液晶分子，原因是单一液晶材料无法达

30、到LCD在低电压驱动、高速化之要求，故使用时必需混和10种20种不同的液晶材料，才可在热安定性、光安定性等特性上达到显示器的要求。此外，LCD面板制造商也会考虑显示器种类、用途、使用地区之温度等因素，选择适当的配方。液晶材料是液晶显示器结构中上下玻璃板间的半透明介电材料，功能类似光电开关，其原理是利用上下电极通电后，电场产生变化使得液晶分子因介电方向性与导电异方向性而出现旋光性，光线因液晶长轴与短轴折射率不同而产生不同之穿透度，再配合配向膜与偏光板之作用，即可产生光线ON-OFF之变化。 液晶显示器的特点：(1) 低压微功耗，工作电压3-5V，每平方厘米液晶显示屏工作电流只有几个uA。因此液晶

31、显示器件成为电池供电的电子设备的首选显示器件；(2) 平板型结构，液晶显示器的基本结构是由两片玻璃组成的很薄的盒子， 这种结构的优点：一是使用方便,二是工艺适于大批量生产，目前的液晶生产线大都采用集成化生产工艺；(3) 寿命长，器件本身几乎没有什么劣化问题；(4) 被动显示，环境光线越强，显示内容越清晰，人眼所感受的外部信息90%以上是外部物体对光的反射，而不是物体本身发光，所以被动显示更适合人的视觉习惯，不会引起疲劳， 这在大信息量、高密度显示、长时间观看时尤为重要；(5) 显示信息量大，易于彩色化， 液晶彩色化非常容易，方法也很多；(6) 无电磁辐射；液晶显示器具有体积小、外形薄、重量轻、

32、耗能少、工作电压低、无辐射，特别是视域宽、显示信息量大等优点。随着测控技术的日益发展，液晶显示器已被广泛应用于各种仪器仪表、电子显示装置等场合，成为测量结果显示和人机对话的重要工具。液晶显示器按其功能可分为3类：笔段式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。前2种可显示数字、字符和符号等，而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形，达到图文并茂的效果。2.4 本章小结 单片机的发展过程大致可分为三个阶段，分别是SCM阶段、MCU阶段与SOC阶段。现在，单片机已经广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及工业控制等领域。AT89C51是MCS-5

33、1系列单片机的典型产品，常见的AT89C51芯片上，集成了一个小型计算机的各个组成部分，它有4K字节的可重擦写Flash闪速存储器和32个可编程I/O口线。MCS-51的机器周期时间是固定不变的，均由12个机器周期T组成。指令的运算速度和指令所包含的机器周期数有关，机器周期数越少的指令执行速度越快。 液晶显示器的基本结构是由两片玻璃组成的很薄的盒子，具有体积小、外形薄、重量轻、耗能少、工作电压低、无辐射等优点。LCD-1602是16*2的8位液晶显示器，它采用标准的16脚接口，内部已经存储了160个不同的点阵字符图形。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 1602液晶显示模

34、块可以和单片机AT89C51直接接口，然后又分别介绍了硬件设计中的键盘模块、起振模块和蜂鸣器模块。 3 软件设计3.1 中断机制3.1.1 硬件中断和软件中断硬件中断是通过外部的硬件产生的，所以也常常把硬件中断称为外部中断9。硬件中断又分为两类：一类叫非屏蔽中断，另一类叫可屏蔽中断。非屏蔽中断是通过CPU的NMI（non-maskable interrupt）引脚进入的，它不受中断允许标志IF的屏蔽，并且在整个系统中只能有一个非屏蔽中断。可屏蔽中断是通过CPU的INTR（interrupt）引脚进入的，并且只有当中断允许标志IF为1时，可屏蔽中断才能进入，如果中断允许标志IF为0，则可屏蔽中断

35、受到禁止。软件中断是CPU根据软件中的某条指令或者软件对标志寄存器中的某个标志设置而产生的。从软件中断的产生过程来说，完全和硬件电路无关。MCS-51系列中，8051子系列有5个中断源，8052子系列有6个中断源，它们是外部中断0和1、定时器0和1中断、串行和定时器2中断（定时器2中断只有89S52/8032才有）。这个中断源矢量、系统设定如表3.1所示8。中断源中断矢量说明外部中断0 INT00003H从P3.2引脚的外部中断请求定时器0溢出中断000BH定时器0溢出使TFO位置，发出中断申请外部中断1 0013H从P3.3引脚上的外部中断申请定时器1溢出中断001BH定时器1溢出使TF1位

36、置，发出中断申请串行口中断0023H一帧发送或接收完成后使发送或接收中断标志TI RI置位定时器2中断002BH定时器2溢出使TF2位置，发出中断申请表3.1 中断源及功能3.2 定时器/计时器3.2.1 定时器/计时器的结构单片机中与定时器有关的特殊功能寄存器有：TMOD,TCON，TH0，TL0，TH1和TL1。TMOD是模式控制寄存器，其中两位控制两个定时器计数器的工作方式；TH0，TL0，TH1，TL1是时间常数寄存器，用来存放定时或计数的初值；TCON是控制寄存器，它控制定时器计数器的启动和关闭10。3.2.2 定时器/计数器的计数信号定时器计数器有定时和计数两种功能，其内部实质上是

37、加法计数器。当定时器计数器设置为定时工作方式时，该加法计数器对片内机器周期脉冲计数，计数的输入信号是内部时钟脉冲，即每过一个机器周期，计数器加1，直到溢出。因每个机器周期等于12个振荡周期，所以计数速率为振荡频率的112。由于定时器从初值开始加1计数直到溢出所需的时间是固定的，所以称为定时方式。显然定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。定时器计数器设置为计数工作方式时，通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）对外部信号脉冲计数，在每个机器周期的S5P2期间采样引脚的输入电平。若前一个机器周期采样值为“1”，下一个机器周期采样值为“0”，内部加法计数器的值加1。3.3 程序结构类型3.3.1汇

38、编语言的基本结构汇编语言是和机器密切相关的11，是面向机器的语言。其主要优点是占用资源少、程序执行效率高。但是不同的CPU，其汇编语言可能有所差异，所以不易移植。C语言是一种结构化的高级语言，其优点是可读性好，移植容易，是普遍使用的一种计算机语言。缺点是占用资源较多，执行效率没有汇编高。该系统软件全部采用汇编语言编写，汇编语言有三种基本结构：顺序结构、选择结构、和循环结构。1. 顺序结构它是一种最基本的、最简单的编程结构。在这种结构中，程序由低地址向高地址顺序执行指令程序。2. 分支结构分支程序结构可以分为两种形式，如图3.2所示。图3.2 分支程序结构它们分别相当于高级语言中的IF-THEN

39、-ELSE语句和CASE 语句，根据不同条件做不同的处理。在分支结构中，程序首先对一个条件语句进行测试。当条件为真时，执行一个方向的程序，当条件为假时，执行另一个方向的程序。T代表条件，当T条件成立是，执行A操作，否则执行B操作。本次设计中多次用到分支程序结构。例如在进行键盘判别时分支程序则必不可少。如下一段程序则是键盘判别的一部分KEY0: JB P2.1,KEY1 ;判断P2.1是否按下，若没按下则跳转到KEY！ ;若按下则顺序执行下一句VP4: JB P2.7,VLP4 ;判断P2，7是否按下，若没按下则跳转到VLP4 ;若按下则顺序执行下一句 CJNE A,#00,KEY0 ;比较寄存

40、器A的值是否等于0，不等时跳转;到KEY0，若相等则顺序执行MOV HOUR,#23MOV A,HOURVLP3: JNB P2.1,VLP4 ;判断P2.1是否按下KEY1: JB P2.2,KEY2 VP5: JB P2.7,VLP5 3. 循环结构循环程序可以有两种结构形式，如图3.5所示。一种是DO-WHILE结构形式；另一种是DO-UNTIL结构形式。DO-WHILE结构把对循环控制条件的判断放在循环的入口先判断条件，满足就执行循环体，否则就退出循环。DO-UNTIL结构则先执行循环体，然后在判断控制条件，不满足条件则继续执行循环操作，一旦满足条件则退出循环一般来说，如果循环次数有为

41、0的可能，则应选择DO-WHILE结构，否则使用DO-UNTIL循环结构。本次设计也采用了大量的循环结构。例如在判断年、月、日、时、分、秒等都用到了循环程序的设计。LL: INC MIAOLCALL DELAYMOV A,MIAOCJNE A,#60,LL ;判断秒是否等于60，当满足时将跳出执行 ;下一句 ，若不满足则继续执行 MOV MIAO,#00INC MINUTE ;当秒为60时，分钟则自动加一MOV A,MINUTECJNE A,#60,LL ;判断分钟是否等于60MOV MINUTE,#00INC HOUR ;分钟满60时则小时自动加一MOV A,HOURCJNE A,#24,L

42、L ;判断小时是否等于24MOV HOUR,#00INC RI1 ;小时等于24时，则日加一INC QI ;小时等于24时，则星期自动加一MOV A,QI CJNE A,#7,LLLLL ;判断星期是否为七MOV QI,#0 循环结构示意图如图3.3所示：图3.3 循环结构示意图3.4时钟频率电路的设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，只要外界一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。时钟电路如下图：图3 外部震荡源电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容C1、C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。C1、C2的典型值为20pf。单片机在工作时，有内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数，f表示。图中的时钟频率为12MHz，即f=12MHz，则时钟周期为1/12us。3.5复位电路的设计单片机的第九脚RES为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如下图：图4 复位电路图中由按键K1以及