(精品論文)數(shù)字時(shí)鐘的畢業(yè)論文（單片機(jī)）

數(shù)字電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)摘要：在日常生活和工作中，我們常常用到定時(shí)控制，如擴(kuò)印過程中的曝光定時(shí)等。早期常用的一些時(shí)間控制單元都使用模擬電路設(shè)計(jì)制作的，其定時(shí)準(zhǔn)確性和重復(fù)精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機(jī)性能價(jià)格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛，大可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復(fù)雜的控制功能。小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強(qiáng)大，體積小，質(zhì)量輕，靈活好用，配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒梢詷?gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)方法有多種，例如，可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘：還可以利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。這些方法都各有特點(diǎn)，其中，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子鐘具有編程靈活，便于電子鐘功能的擴(kuò)充，精確度高等。關(guān)鍵詞：單片機(jī)、數(shù)字時(shí)鐘、程序設(shè)計(jì)Abstract: In daily life and work, we often used for timing control, such as Print process, such as exposure time to time. Early common control unit for some time to use the analog circuit design, and its timing accuracy and repeatability are not very satisfactory, and now are basically a new generation of digital technology-based products, with the constant cost-effective single-chip increase the application of a new generation of products has become increasingly widespread, they could constitute a complex industrial process control system, the completion of complex control functions. Small appliances can be used to control, or even electronic toys for children. It is powerful, small size, light weight, flexible and easy to use, with appropriate interface chip, can construct a wide range, functions of different micro-electronics products. The design of digital electronic clock a number of means, for example, can be used integrated circuits composed of small and medium-sized electronic bell, can also use a dedicated chip with an electronic clock display circuit and its peripheral circuits needed for the composition of electronic bell: can also use a single machine to achieve the electronic bell and so on. These methods have different characteristics, which, using an electronic bell Singlechip with programming flexibility, ease of electronic bell function of the expansion of higher accuracy.Key words: single-chip, digital clock, program design目 錄第1章 緒論-51.1課題背景-51.2課題來源-61.3本章小結(jié)-7第2章 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)-82.1控制器-82.2存儲器的結(jié)構(gòu)-92.3并行I/O口-102.4時(shí)鐘電路與時(shí)序-112.5單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域-122.6本章小結(jié)-12第3章 電路的硬件設(shè)計(jì)-143.1復(fù)位電路-143.2時(shí)鐘電路-153.3數(shù)碼管顯示電路-153.4本章小結(jié)-17第4章 電路的軟件設(shè)計(jì)-184.1軟件程序內(nèi)容-18第5章 電路仿真與系統(tǒng)測試-20第6章 結(jié)論與展望-256.1結(jié)論-256.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢-25附錄-28第一章 緒論1.1課題背景近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個領(lǐng)域，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。單片機(jī)自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。單片機(jī)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個存儲器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機(jī)以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。本文討論的單片機(jī)多功能定時(shí)器的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī)，配置了外圍設(shè)備，構(gòu)成了一個可編程的計(jì)時(shí)定時(shí)系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開發(fā)，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。這些兼容機(jī)與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝，因而，常用80C51系列來稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，它們對8051單片機(jī)一般都作了一些擴(kuò)充，更有特點(diǎn)。其功能和市場競爭力更強(qiáng)，不該把它們直接稱呼為MCS-51系列單片機(jī)，因?yàn)镸CS只是Intel公司專用的單片機(jī)系列型號。MCS-51系列及80C51單片機(jī)有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的MCS-51系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強(qiáng)型、低功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲器型。1.2 課題來源在日常生活和工作中，我們常常用到定時(shí)控制，如擴(kuò)印過程中的曝光定時(shí)等。早期常用的一些時(shí)間控制單元都使用模擬電路設(shè)計(jì)制作的，其定時(shí)準(zhǔn)確性和重復(fù)精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機(jī)性能價(jià)格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛，大可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復(fù)雜的控制功能。小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強(qiáng)大，體積小，質(zhì)量輕，靈活好用，配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒?，可以?gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據(jù)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一個單片機(jī)多功能定時(shí)系統(tǒng)，它可以避免多種控制器的混淆，利用一個控制器對多路電器進(jìn)行控制，同時(shí)又可以進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)和定點(diǎn)打鈴。它可以執(zhí)行不同的時(shí)間表（考試時(shí)間和日常作息時(shí)間）的打鈴，可以任意設(shè)置時(shí)間。這種具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動，擴(kuò)大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。1.3 本章小結(jié)本文介紹的設(shè)計(jì)定時(shí)器操作簡單，功能齊全，是單片機(jī)智能化的一種應(yīng)用。第2章 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)51單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。2.1 控制器控制器是單片機(jī)的指揮控制部件，控制器的主要任務(wù)是識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。單片機(jī)執(zhí)行指令是在控制器的控制下進(jìn)行的。首先從程序存儲器中讀出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼結(jié)果送定時(shí)控制邏輯電路，由定時(shí)控制邏輯產(chǎn)生各種定時(shí)信號和控制信號，再送到單片機(jī)的各個部件去進(jìn)行相應(yīng)的操作。這就是執(zhí)行一條指令的全過程，執(zhí)行程序就是不斷重復(fù)這一過程?？刂破髦饕ǔ绦蛴?jì)數(shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時(shí)序控制邏輯電路。2.2 存儲器的結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)存儲器采用的是哈佛結(jié)構(gòu),即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間截然分開,程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式,尋址空間和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對于單片機(jī)面向控制的實(shí)際應(yīng)用極為方便,有利.在8051/8751彈片擊中,不僅在片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及眾多的特殊功能寄存器,而且還具有極強(qiáng)的外存儲器的擴(kuò)展能力,尋址能力分別可達(dá)64KB,尋址和操作簡單方便.MCS-51的存儲器空間可劃分為如下幾類:1. 程序存儲器單片機(jī)系統(tǒng)之所以能夠按照一定的次序進(jìn)行工作,主要是程序存儲器中存放了經(jīng)調(diào)試正確的應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。程序?qū)嶋H上是一串二進(jìn)制碼,程序存儲器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。8031由于無內(nèi)部存儲器,所以只能外擴(kuò)程序存儲器來存放程序。MCS-51單片機(jī)復(fù)位后,程序存儲器PC的內(nèi)容為0000H,故系統(tǒng)必須從0000H單元開始取指令,執(zhí)行程序.程序存儲器中的0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動地址.一般在該單元存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令,跳向用戶設(shè)計(jì)的主程序的起始地址。2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有128個字節(jié)的隨機(jī)存取存儲器RAM,作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器,它能滿足大多數(shù)控制型應(yīng)用場合的需要,用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。MCS-51單片機(jī)的片內(nèi)存儲器的字節(jié)地址為00H-7FH.MCS-51單片機(jī)對其內(nèi)部RAM的存儲器有很豐富的操作指令,從而使得用戶在設(shè)計(jì)程序時(shí)非常方便。地址為00H-1FH的32個單元是4組通用工作寄存器區(qū),每個區(qū)含8個8位寄存器,編號為R7-R0。用戶可以通過指令改變PSW中的RS1,RS0這二位來切換當(dāng)前的工作寄存器區(qū),這種功能給軟件設(shè)計(jì)帶來極大的方便,特別是在中斷嵌套時(shí),為實(shí)現(xiàn)工作寄存器現(xiàn)場內(nèi)容保護(hù)提供了極大的方便。3. 特殊功能寄存器(SFR-Special Function Register)特殊功能寄存器反映了MCS-51單片機(jī)的狀態(tài),實(shí)際上是MCS-51單片機(jī)各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器.SFR綜合的,實(shí)際的反應(yīng)了整個單片機(jī)基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式.SFR實(shí)質(zhì)上是一些具有特殊功能的片內(nèi)RAM單元,字節(jié)地址范圍為80H-FFH.特殊功能寄存器的總數(shù)為21個,離散的分布在該區(qū)域中,其中有些SFR還可以進(jìn)行位尋址.128個字節(jié)的SFR塊中僅有21個字節(jié)是由定義的.對于尚未定義的字節(jié)地址單元,用戶不能作寄存器使用,若訪問沒有定義的單元,則將得到一個不確定的隨機(jī)數(shù).2.3 并行I/O口MCS-51單片機(jī)共有4個雙向的8位并行I/O端口（Port），分別記作P0-P3，共有32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器所組成。實(shí)際上P0-P3已被歸入特殊功能寄存器之列。這四個口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。由于它們在結(jié)構(gòu)上有一些差異，故各口的性質(zhì)和功能有一些差異。P0口是雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。P1口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個LS 型負(fù)載。P2口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P3口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P1口、P2口、P3口各I/O口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，當(dāng)這3個準(zhǔn)雙向I/O口做輸入口使用時(shí)，要向該口先寫“1”，另外準(zhǔn)雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/O 口。2.4 時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號。MCS-51單片機(jī)本身就是一個復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，MCS-51單片機(jī)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行進(jìn)行工作，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。在執(zhí)行指令時(shí)，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)出的時(shí)序信號有兩類，一類用于片內(nèi)對各個功能部件的控制，這列信號很多。另一類用于片外存儲器或I/O端口的控制，這部分時(shí)序?qū)τ诜治?、設(shè)計(jì)硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)者普遍關(guān)心的問題。2.5 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為以下幾個方面。1智能儀表用單片機(jī)系統(tǒng)取代老式的測量、控制儀表，實(shí)現(xiàn)從模擬儀表向數(shù)字化、智能化儀表的轉(zhuǎn)化，如各種溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、電能計(jì)量儀表等。 2. 測控系統(tǒng) 用單片機(jī)取代原有的復(fù)雜的模擬數(shù)字電路，完成各種工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等工作。 3電能變換 應(yīng)用單片機(jī)設(shè)計(jì)變頻調(diào)速控制電路。 4通信 用單片機(jī)開發(fā)通信模塊、通信器材等。 5機(jī)電產(chǎn)品 應(yīng)用單片機(jī)檢測、控制傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，使傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，控制智能化，提高了機(jī)電產(chǎn)品的可靠性，增強(qiáng)了產(chǎn)品的功能。 6智能接口在數(shù)據(jù)傳輸中，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備與微機(jī)通信。2.6 本章小結(jié) 本章介紹了單片機(jī)的一些基本硬件結(jié)構(gòu)。單片機(jī)是微計(jì)算機(jī)的一個分支，在原理和結(jié)構(gòu)上，單片機(jī)與微型機(jī)之間沒有根本性的差別，而且微計(jì)算機(jī)的許多技術(shù)都被單片機(jī)繼承下來。單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)依然是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。附：51單片機(jī)引腳 圖 1第3章 電路的硬件設(shè)計(jì)3.1 復(fù)位電路 MCS-51單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是種簡單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個電容到VCC，接一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時(shí)間。電路圖如下：上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。3.2 時(shí)鐘電路時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本文用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。電路圖如下：MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。3.3 按鍵電路 按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口形成一個負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時(shí)間的常長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在5-10ms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。本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。3.4 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管顯示器成本低，配置靈活，與單片機(jī)接口簡單，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。數(shù)碼管是由8個發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器件。在數(shù)碼管中，若將二極管的陽極連在一起，稱為共陽極數(shù)碼管；若將二極管的陰極連在一起，稱為共陰極數(shù)碼管。本文用到的6個數(shù)碼管均是共陰極的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，它就會發(fā)光。每個二極管就是一個筆劃，若干個二極管發(fā)光時(shí)，就構(gòu)成了一個顯示字符。將單片機(jī)的I/O口控制相應(yīng)的芯片與數(shù)碼管的a-g相連，高電平的位對應(yīng)的發(fā)光二極管亮，這樣，由I/O口輸出不同的代碼，就可以控制數(shù)碼管顯示不同的字符。本文的6個數(shù)碼管均采用動態(tài)顯示方式，顯示當(dāng)前的時(shí)間。整個顯示電路應(yīng)用了2個164芯片，1個244芯片。第一個164芯片把從單片機(jī)傳出的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。164只能存儲8位數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)單片機(jī)輸出第9-14位數(shù)據(jù)的時(shí)候，第一個164芯片中的8位數(shù)據(jù)就被傳到第二個164芯片中，這8位數(shù)據(jù)就是段選信號，控制數(shù)碼管將要顯示的字符。第9-14位數(shù)據(jù)輸出后，控制244芯片的單片機(jī)的P1.7口置為高電平，244芯片選通。這六位數(shù)據(jù)經(jīng)過244芯片以后是片選信號，即控制動態(tài)顯示的是哪一位數(shù)碼管。在片選信號和段選信號的控制下，數(shù)碼管就正確的動態(tài)顯示當(dāng)前的時(shí)間。3.5 本章小結(jié)本章介紹的是本設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)，單片機(jī)的相關(guān)I/O口輸入輸出就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。還介紹了單片機(jī)的復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。附：電路設(shè)計(jì)電路圖 圖 2第4章 電路的軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件程序內(nèi)容本設(shè)計(jì)的軟件程序包括主程序、中斷子程序、時(shí)鐘顯示子程序、延時(shí)子程序等等。軟件程序整個流程圖如下：附：C語言源程序29#include unsigned char code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00;unsigned char dispbitcode=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;unsigned char dispbuf8=0,0,16,0,0,16,0,0;unsigned char dispbitcnt;unsigned char second;unsigned char minite;unsigned char hour;unsigned int tcnt;unsigned char mstcnt;unsigned char i,j;void main(void)TMOD=0x02;TH0=0x06;TL0=0x06;TR0=1;ET0=1;EA=1;while(1)if(P0_0=0)for(i=5;i0;i-)for(j=248;j0;j-);if(P0_0=0)second+;if(second=60)second=0;dispbuf0=second%10;dispbuf1=second/10;while(P0_0=0);if(P0_1=0)for(i=5;i0;i-)for(j=248;j0;j-);if(P0_1=0)minite+;if(minite=60)minite=0;dispbuf3=minite%10;dispbuf4=minite/10;while(P0_1=0);if(P0_2=0)for(i=5;i0;i-)for(j=248;j0;j-);if(P0_2=0)hour+;if(hour=24)hour=0;dispbuf6=hour%10;dispbuf7=hour/10;while(P0_2=0);void t0(void) interrupt 1 using 0mstcnt+;if(mstcnt=8)mstcnt=0;P1=dispcodedispbufdispbitcnt;P3=dispbitcodedispbitcnt;dispbitcnt+;if(dispbitcnt=8)dispbitcnt=0;tcnt+;if(tcnt=4000)tcnt=0;second+;if(second=60)second=0;minite+;if(minite=60)minite=0;hour+;if(hour=24)hour=0;dispbuf0=second%10;dispbuf1=second/10;dispbuf3=minite%10;dispbuf4=minite/10;dispbuf6=hour%10;dispbuf7=hour/10;第五章 電路仿真與系統(tǒng)測試電路板設(shè)計(jì)的過程就是將設(shè)計(jì)者的電路設(shè)計(jì)思路變?yōu)榭梢灾谱麟娐钒逦募倪^程，其基本步驟是：1. 原理圖設(shè)計(jì)。在正式進(jìn)入電路板設(shè)計(jì)之前，往往需要先設(shè)計(jì)原理圖，原理圖的設(shè)計(jì)任務(wù)就是為電路板設(shè)計(jì)準(zhǔn)備網(wǎng)絡(luò)連接和元器件封裝。2. 原理圖符號設(shè)計(jì)。在原理圖設(shè)計(jì)的過程中常常遇到有的元器件符號在系統(tǒng)提供的原理圖庫中找不到的情況，這時(shí)就需要自己動手設(shè)計(jì)原理圖符號。3. PCB板設(shè)計(jì)。在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號和元器件封裝準(zhǔn)備好后就可以進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)了。它是對電路板上的元器件按照一定得要求進(jìn)行布局，然后用導(dǎo)線連起來。采用protle99仿真測試PCB板如下protle設(shè)計(jì)電路圖如下：由于各種原因，所做實(shí)物用萬用版設(shè)計(jì)。所做實(shí)物如下： 圖3 正面 圖4 反面電路的調(diào)試實(shí)踐表明，一個電子裝置，即使按照設(shè)計(jì)的電路參數(shù)進(jìn)行安裝，往往也難于達(dá)到預(yù)期的效果。這是因?yàn)槿藗冊谠O(shè)計(jì)時(shí)，不可能周密地考慮各種復(fù)雜的客觀因素（如元件值的誤差，器件參數(shù)的分散性，分布參數(shù)的影響等），必須通過安裝后的測試和調(diào)整，來發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計(jì)方案的不足和安裝的不合理，然后采取措施加以改進(jìn)，使裝置達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。因此，掌握調(diào)試電子電路的技能，對于每個從事電子技術(shù)及其有關(guān)領(lǐng)域工作的人員來說，是重要的。實(shí)驗(yàn)和調(diào)試的常用儀器有：萬用表、穩(wěn)壓電源、示波器、信號產(chǎn)生器和掃頻儀等。（1）調(diào)試前的直觀檢查電路安裝完畢，通常不宜急于通電，先要認(rèn)真檢查一下。檢查內(nèi)容包括：a. 連線是否正確檢查電路連線是否正確，包括錯線、少線和多線。查線的方法通常有兩種：b. 按照電路圖檢查安裝的線路這種方法的特點(diǎn)是，根據(jù)電路圖連線，按一定順序逐一檢查安裝好的線路，由此，可比較容易查出錯線和少線。c. 按照實(shí)際線路來對照原理電路進(jìn)行查線這是一種以元件為中心進(jìn)行查線的方法。把每個元件（包括器件）引腳的連線一次查清，檢查每個去處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯線和少線，還容易查出多線。 元、器件安裝情況檢查元、器件引腳之間有無短路；連接處有無接觸不良；二極管、三極管、集成塊和電解電容極性等是否連接有誤。 電源供電（包括極性）、信號源連線是否正確。 電源端對地（）是否存在短路。在通電前，斷開一根電源線，用萬用表檢查電源端對地（）是否存在短路。檢查直流穩(wěn)壓電源對地是否短路。若電路經(jīng)過上述檢查，并確認(rèn)無誤后，就可轉(zhuǎn)入調(diào)試。(2) 調(diào)試方法調(diào)試包括測試和調(diào)整兩個方面。所謂電子電路的調(diào)試，是以達(dá)到電路設(shè)計(jì)指標(biāo)為目的而進(jìn)行的一系列的測量判斷調(diào)整再測量的反復(fù)進(jìn)行過程。為了使調(diào)試順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)的電路圖上應(yīng)當(dāng)標(biāo)明各點(diǎn)的電位值，相應(yīng)的波形圖以及其它主要數(shù)據(jù)。調(diào)試方法通常采用先分調(diào)后聯(lián)調(diào)（總調(diào)）。調(diào)試時(shí)可以循著信號的流程，逐級調(diào)整各單元電路，使其參數(shù)基本符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。這種調(diào)試方法的核心是，把組成電路的各功能塊（或基本單元電路）先調(diào)試好，并在此基礎(chǔ)上逐步擴(kuò)大調(diào)試范圍，最后完成整機(jī)調(diào)試。對于包括模擬電路、數(shù)字電路和微機(jī)系統(tǒng)的電子裝置更應(yīng)采用這種方法進(jìn)行調(diào)試。因?yàn)橹挥邪讶糠址珠_調(diào)試后，分別達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，并經(jīng)過信號及電平轉(zhuǎn)換電路后才能實(shí)現(xiàn)整機(jī)聯(lián)調(diào)。否則，由于各電路要求的輸入、輸出電壓和波形不符合要求，盲目進(jìn)行聯(lián)調(diào)，就可能造成大量的器件損壞。具體調(diào)試步驟如下； 通電觀察把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源接入電路。觀察有無異?，F(xiàn)象，包括有無冒煙，是否有異常氣味，手摸元器件是否發(fā)燙，電源是否有短路現(xiàn)象等。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)立即切斷電源，待排除故障后才能再通電。然后測量各路總電源電壓和各器件的引腳的電源電壓，以保證元器件正常工作。通過通電觀察，認(rèn)為電路初步工作正常，就可轉(zhuǎn)入正常調(diào)試。在這里，需要指出的是，實(shí)驗(yàn)板上用的電源可能是正電壓，也可能是負(fù)電壓，還可能正、負(fù)電壓都有，所以電源是“正”端接“地”還是負(fù)端接“地”，使用時(shí)應(yīng)先考慮清楚。如果要求電路浮地，則電源的“+”與“”端都不與機(jī)殼相連。應(yīng)注意一般電源在開與關(guān)的瞬間往往會出現(xiàn)瞬態(tài)電壓上沖的現(xiàn)象，集成電路又最怕過電壓的沖擊，所以一定要養(yǎng)成先開啟電源，后接電路的習(xí)慣，在實(shí)驗(yàn)中途也不要隨意將電源關(guān)掉。 靜態(tài)調(diào)試交流、直流并存是電子電路工作的一個重要特點(diǎn)。一般情況下，直流為交流服務(wù)，直流是電路工作的基礎(chǔ)。因此，電子電路的調(diào)試有靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試之分。靜態(tài)調(diào)試一般是指在沒有外加信號的條件下所進(jìn)行的直流測試和調(diào)整過程。例如，通過靜態(tài)測試模擬電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、數(shù)字電路的各輸入端和輸出端的高、低電平值及邏輯關(guān)系等，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞的元器件，判斷電路工作情況，并及時(shí)調(diào)整電路參數(shù)，使電路工作狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。 動態(tài)調(diào)試動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。調(diào)試的方法是在電路的輸入端接入適當(dāng)頻率和幅值的信號，并循著信號的流向逐級檢測各有關(guān)點(diǎn)的波形、參數(shù)和性能指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象，應(yīng)采取不同的方法縮小故障范圍，最后設(shè)法排除故障。第6章 結(jié)論與展望6.1 結(jié)論單片機(jī)多功能定時(shí)系統(tǒng)理論上能很好的達(dá)到了學(xué)校教學(xué)要求，發(fā)揮了單片機(jī)在智能化方面的應(yīng)用。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很好的滿足當(dāng)前學(xué)校教學(xué)的需要，是一個理想的智能化的設(shè)計(jì)。它具有一個走時(shí)精確的實(shí)時(shí)鐘，可以任意設(shè)置時(shí)間，可以控制時(shí)間表的轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘的顯示功能等?？梢酝ㄟ^按鍵操作和數(shù)字顯示。該系統(tǒng)規(guī)模小，但是功能較多，操作簡單，造價(jià)低，應(yīng)用非常廣泛。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為向家庭數(shù)字化方向發(fā)展又前進(jìn)了一步。同時(shí)又?jǐn)U大了單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。6.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢 自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過了幾十年的發(fā)展路程?？v觀幾十年來單片機(jī)發(fā)展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器（MPU）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，拉動廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，表現(xiàn)出比微處理器更具個性的發(fā)展趨勢：1.采用先進(jìn)結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高性能在過去的一段時(shí)間內(nèi)，單片機(jī)的指令運(yùn)行速度一直在10MIPS以下，這對于應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的單片機(jī)來說是足夠了，但當(dāng)單片機(jī)被應(yīng)用在通訊及DSP領(lǐng)域作為高速運(yùn)算、編碼或解碼時(shí)，就會出現(xiàn)因指令運(yùn)行速度不夠而限制單片機(jī)應(yīng)用的情形，因此提高單片機(jī)指令運(yùn)行速度已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。2.進(jìn)一步降低功耗、基于80C51的飛利浦低功率、低系統(tǒng)成本微控制器51LPC系列是業(yè)界推動單片機(jī)向低功耗方向發(fā)展的主導(dǎo)單片機(jī)系列之一。51LPC系列單片機(jī)采用以下三種方法降低功耗：（1）使系統(tǒng)進(jìn)入空閑模式，在空閑模式下