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3.3单元模块设计8
第四章软件系统设计10
4.1软件程序思想10
4.2主程序及流程图11
4.3子程序及流程图13
第五章系统仿真17
5.1KEIL51介绍17
5.2PROTEUS介绍22
5.3仿真过程及仿真结果30
第六章结束语错误!
未定义书签。
致谢错误!
参考文献错误!
II
第一章引言
1.1课程设计的目的
本次设计中以单片机的发展过程和发展方向为背景,介绍了单片机的输入输出的工作原理和操作方
法,中断的工作原理和操作方法,74LS164译码器的工作原理和与LED连接的方法。
通过它可以进一步学
习与掌握单片机原理与使用方法。
目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS
化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
下面是单片机的主要
发展趋势。
单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。
从前
必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替
硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。
单片机模块中最常见的是数字钟,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。
时间对人们来说总是那么宝贵,工作的忙
碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。
忘记了要做的事情,当事情不是很重要的时候,这种遗忘无伤大
雅。
但是,一旦重要事情,一时的耽误可能酿成大祸。
数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,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,由于数字集成电路的发展和石
英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表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,都是以钟表数字化为基础的。
因此,研究数字
钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。
1.2课程设计内容
本次做的数字钟是以单片机(AT89C51)为核心,结合相关的元器件(共阴极LED数码显示器、数码
管驱动器74LS164等),再配以相应的软件,是它具有星期,时,分,秒显示的功能,并且时,分,秒还
可以调整。
此次设计电子数字钟是为了了解电子数字钟的原理,从而学会制作电子数字钟。
而且通过电子
数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。
第二章总体方案设计
2.1总体思想--方案论证
1.计时方案
单片机电子时钟计时有两种方法:
第一种是通过单片机内部的定时器/计数器,采用软件编程来实现
时钟计时,这种实现的时钟一般称为软时钟,这种方法的硬件线路简单,系统的功能一般与软件设计相关,
通常用在对时间精度要求不高的场合;
第二种是采用专用的硬件时钟芯片计时,这种实现的时钟一般称为
硬时钟。
专用的时钟芯片功能比较强大,除了自动实现基本计时外,一般还具有日历和闰年补偿等功能,
计时准确,软件编程简单,但硬件成本相对较高,通常用在对时钟精度要求较高的场合。
2.显示方案
对于电子时钟而言,显示是另一个重要的环节。
显示通常采用两种方式:
LED数码管显示和LCD液晶
显示。
其中LED数码管显示亮度高,显示内容清晢,根据具体的连接方式可分为静态显示和动态显示,在
多个数码管时一般采用动态显示,动态显示时须要占用CPU的大量时间来执行动态显示程序,显示效果往
往和显示程序的执行相关。
LCD液晶显示一般能显示的信息多,显示效果好,而且液晶显示器一般都带控
制器,显示过程由自带的控制器控制,不须要CPU参与,但液晶显示器造价相对较高。
为了便于比较与学习,这里给出两种设计方案,一种是软件计时LED数码管显示的单片机电子时钟,
另一种是硬件定时
LCD液晶显示的单片机电子时钟。
软件计时
LED数码管显示的单片机电子时钟总体设计
框图如图
2-1
所示。
硬件定时
LCD液晶显示的单片机电子时钟总体设计框图如图
2-2
51单
LCD
时钟电路
LED
片机
时钟芯片
复位电路
按键
图2-1软件计时LED显示时钟总体框图
图2-2硬件定时LCD显示时钟总体框图
2.2方案的选择
制器,显示过程由自带的控制器控制,不须要
CPU参与,但液晶显示器造价相对较高。
掌握单片机最小系统的电路原理图;
硬件的焊接、连接;
独立编辑、编译软件;
上电以后自动进入计时
状态,起始于00:
00:
00。
设计键盘调整时间,完成时间设计。
定时时间为1/20秒,采用定时器实现。
采
用LED数码管显示,时、分,秒采用数字显示。
采用24小时制,具有方便的时间调校功能。
第三章硬件系统设计
3.1总电路设计
软件计时LED数码管显示的时钟的具体硬件电路如图3-1所示,其中单片机采用应用广泛的AT89C51,
系统时钟采用12MHz的晶振,8个数码管显示,小时与分钟、分钟与秒钟之间用短横线间隔,采用共阳极
七段式数码管,由于并口上没有连接其它的硬件电路,所以P0口直接作段选码输出端,P2口作位选码输
出端。
采用简化按键方式,只设定3个开关K0、K1和K2,通过P1口低3位相连。
其中K0键为调时模式
选择键,K1为加1键,K2为减1健。
C2
47uF
X1
U1
C3
CRYSTAL
39
D
19
XTAL1
P0.0/AD0
38
N
P0.1/AD1
G
37
P0.2/AD2
18
36
XTAL2
P0.3/AD3
35
P0.4/AD4
34
P0.5/AD5
33
P0.6/AD6
9
32
C1
RST
P0.7/AD7
R1
P2.0/A8
21
22
1k
P2.1/A9
1nF
23
P2.2/A10
C
29
24
PSEN
P2.3/A11
30
25
V
ALE
P2.4/A12
31
26
EA
P2.5/A13
27
P2.6/A14
R5
R4
R3
28
P2.7/A15
K0
5.1k
10
1
P1.0
P3.0/RXD
2
11
P1.1
P3.1/TXD
3
12
P1.2
P3.2/INT0
4
13
P1.3
P3.3/INT1
K1
5
14
P1.4
P3.4/T0
6
15
P1.5
P3.5/T1
7
16
P1.6
P3.6/WR
8
17
P1.7
P3.7/RD
K2
80C51
图3-1软件计时LED显示时钟硬件电路图
3.2器件的介绍
定时计数器:
定时/计数技术在计算机系统中具有极其重要的作用。
计算机系统都需要为CPU和外部
设备提供定时控制或对外部事件进行计数。
例如,分时系统的程序切换,向外部设备输出周期性定时控制信号,对外部事件个数统计等。
另外,在检测、控制和智能仪器等设备中也经常会涉及到定时。
因此,计算机系统必须有定时和计数技术。
定时/计数的本质是计数,对周期性信号计数
就实现定时。
通常,实现定时的方法有三种:
软件定时、
硬件定时、可编程定时。
软件定时是利用
CPU执行指令需要若干指令周期的原理,运用软件编程,然后循
环执行一段程序而产生延时,再配合简单输出接口可以向外送出定时控制信号。
这种方法的优点是不需要
增加硬件或硬件很简单,只需要编制相应的延时程序以备调用。
缺点是执行延时程序占用了
CPU时间,所
以定时的时间不宜太长,且在某些惰况下不宜使用。
硬件定时是通过硬件电路(多偕振荡器件或单稳器件)
实现定时,故定时参数的调整不灵活,使用不方便,其成本较低。
可编程定时结合了软件定时使用灵活和
硬件定时独立的特点,它以大规模集成电路为基础,
通过编程即可改变定时时间或工作方式,
又不占用CPU
的执行时间。
在计算机系统中通常用到的是可编程定时,
51单片机内部就集成了可编程的定时
/计数器,
它是51单片机中使用非常频繁的重要功能模块。
LED显示器:
LED数码管显示器是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件。
在单片机应用系
统中通常使用的是
7段或8段式LED数码管显示器,8段式比7段式多一个小数点。
这里以
8段式来介
绍,单个8段式LED数码管显示器的外观与引脚如图
3-2所示,其中a,b,c,d,e,f,g
和小数点dp为8段
发光二极管,位置如图中所示,组成一个“
”形状。
g
f
coma
b
a
c
d
e
dp
ed
com
cdp
(a)
引脚图
(b)共阴极
(c)共阳极
图3-28段式LED数码管引脚与结构
8段发光二极管的连接有两种结构:
共阴极和共阳极。
如图
3-2所示。
其中,图(b)为共阴极结构,8
段发光二极管的阴极端连接在一起,阳极端分开控制,使用时公共端接地,要使哪根发光二极管亮,则对
应的阳极端接高电平;
图(b)为共阳极结构,8段发光二极管的阳极端连接在一起,阴极端分开控制,使用
时公共端接电源,要使哪根发光二极管亮,则对应的阴极端接地。
LED数码管显示器显示时,公共端首先要保证有效,即共阴极结构公共端接低电平,共阳极结构公共
端接高电平,这个过程我们称为选通数码管。
再在另外一端送要显示数字的编码,这个编码称为字段码,
8位数码管字段码为
8位,从高位到低位的顺序依次为
dp、g、f、e、d、c、b、a。
如:
共阴极数码管数
字“0”的字段码为00111111B(3FH),共阳极数码管数字“1”的字段码为11111001B(F9H),不同数
字或字符其字段码不一样,对于同一个数字或字符,共阴极结构和共阳极结构的字段码也不一样,共阴极
和共阳极的字段码互为反码。
MCS-51:
MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机,它包含51和52两
个子系列。
对于51子系列,主要有8031、8051、8751
程序存储器有所不同,8031芯片不带ROM,8051
三种机型,它们的指令系统与芯片引脚完全兼容,仅片内
芯片带4KB的ROM,8751芯片带4KB的EPROM。
51子系列
单片机的主要特点如下。
8位
CPU。
片内带振荡器,频率范围1.2MHz~12MHz。
片内带128B的数据存储器。
片内带4KB的程序存储器。
程序存储器的寻址空间为64KB。
片外数据存储器的寻址空间为64KB。
128个用户位寻址空间。
21个字节特殊功能寄存器。
4个8位的并行I/O接口:
P0、P1、P2、P3。
两个16位定时/计数器。
两个优先级别的5个中断源。
1个全双工的串行I/O接口,可多机通信。
111条指令,含乘法指令和除法指令。
片内采用单总线结构。
有较强的位处理能力。
采用单一+5V电源。
对于
52子系列,有
8032、8052、8752
三种机型。
52子系列与
51子系列相比大部分相同,不同之处
在于:
片内数据存储器增至
256B;
8032芯片不带
ROM,8052芯片带
8KB的
ROM,8752芯片带
EPROM;
有3个
16位定时器
/计数器;
6个中断源。
本书以
51子系列的
8051为例来介绍
MCS-51单片机的基本原理。
虽然
MCS-51系列单片机的芯片有多种类型,但它们的基本组成相同。
MCS-51单片机的基本结构如图
3-3
T0
T1
ROM/EPROM
RAM
定时/计数器
CPU
并行接口
串行接口
中断系统
P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1
图3-3MCS-51的基本结构
3.3单元模块设计
51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机,它包含51和52两个子系列。
51单片机集成了中央处理器(CPU)、存储器系统(RAM和ROM)、定时/计数器、并行接口、串行接
口、中断系统及一些特殊功能寄存器(SFR),它们通过内部总线紧密的联系在一起。
51单片机有40个引脚,在本次设计当中有很多口都没有使用,我们下面介绍的就是对本次设计最为重
要的4个8位的并行I/O接口。
表3-1P3口的第二功能
P3口第二功能
P3.0RXD串行口输入端
P3.1TXD串行口输出端
P3.2
INT0
外部中断0请求输入端,低电平有效
P3.3
INT1
外部中断1请求输入端,低电平有效
P3.4
定时/计数器0外部计数脉冲输入端
P3.5
P3.6
WR
外部数据存储器写信号,低电平有效
P3.7
RD
外部数据存储器读信号,低电平有效
51系列单片机有
4个8位的并行I/O接口:
P0、P1、P2和P3口。
它们是特殊功能寄存器中的
4个。
这4个
口,既可以作输入,也可以作输出,既可按8位处理,也可按位方式使用。
输出时具有锁存能力,输入时
具有缓冲功能。
每个口的具体功能有所不同。
P0口是一个三态双向口,可作为地址/数据分时复用口,也
可作为通用的I/O接口。
它包括一个输出锁存器、两个三态缓冲器、输出驱动电路和输出控制电路组成。
P1口只作通用
I/O接口使用。
P1口具有驱动
4个LSTTL负载的能力。
P2口有两种用途:
通用
I/O
接口和高
8位
地址线。
P3口除了作为通用
I/O口使用外,它的每一根线还具有第二种功能,见表
3-1。
当P3口作为通用
接口时,第二功能输出线为高电平。
当
P3口作为第二功能时,锁存器的输出端必
须为高电平,P3口的状态取决于第二功能输出线的状态。
单片机复位时,锁存器的输出端为高电平。
复位与复位电路
复位是单片机的初始化操作,以便使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的状态,并从这个状态开
始工作。
当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁存时,也可按复位键重新启动。
单片机复位后,PC内容初始化为0000H,那么单片机就从0000H单元开始执行程序。
片内RAM为随机值,
运行中的复位操作不改变片内RAM的内容。
RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效,其有效时间应持续2个机器周期以上。
按下复位按钮时,电源对外接电容器充电,使RST为高电平,复位按钮松开后,电容通过内部下拉电
阻放电,逐渐使RST端恢复低电平。
时钟信号有外部引入方式和内部振荡器方式两种方式。
下面就来对两种方式进行简单地介绍:
内部振荡方式
51单片机内部有一个高增益的反相放大器,其输入端为引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2,用于外接石
英晶体振荡器或陶瓷谐振器和微调电容,构成稳定的自激振荡器,其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。
外部引入方式常用于多片单片机组成的系统中,以便各单元之间的时钟信号同步运
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- 单片机 课程设计