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1、目录目录 1 1 课程设计目的课程设计目的 1 1 2 2 系统方案设计及确定系统方案设计及确定 2 2 2 1 方案的提出 2 2 2 方案的论证及确定 2 2 2 1 单片机简介及选择 2 2 2 2 键盘电路的简介及选择 4 2 2 3 LED 数码管的简介及选择 5 3 3 系统的硬件设计系统的硬件设计 7 7 3 1 AT89S51 最小系统设计 7 3 1 1 时钟电路硬件设计 7 3 1 2 复位电路硬件设计 7 3 2 键盘电路硬件设计 9 3 3 显示电路硬件设计 9 3 4 蜂鸣器电路硬件设计 10 4 4 系统软件设计系统软件设计 1111 4 1 系统主程序设计 11
2、4 1 1 系统软件设计内存分配及芯片地址介绍 11 4 1 2 系统主程序流程图 11 4 2 定时器的设计 12 4 3 整点报时 14 5 5 系统调试系统调试 1515 5 1 调试步骤 15 5 2 调试过程中的问题及解决方法 22 6 6 总结总结 2323 7 7 参考文献参考文献 2424 附录附录 2525 附录一 程序清单 25 附录二 系统硬件原理图及 PCB 图 46 1 1 1 课程设计目的课程设计目的 单片机体积小 成本低 嵌入到工业控制单元 机器人 智能仪器仪表 汽车电子系统 武器系统 家用电器 办公自动化设备 金融电子系统 玩具 个人信息终端及通讯产品中 单片机
3、是计算机技术发展史上的一个重要里程碑 标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支 单片 机是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物 体积小 价格低 应用 方便 稳定可靠 因此 给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步 由于体积小 很容易地嵌入到系统之中 以实现各种方式的检测 计算或 控制 这一点 一般微机根本做不到 由于单片机本身就是一个微型计算机 因此只要在单片机的外部适当增加 一些必要的外围扩展电路 就可以灵活地构成各种应用系统 如工业自动检测 监视系统 数据采集系统 自动控制系统 智能仪器仪表等 从工业自动化 自动控制 智能仪器仪表 消费类电子产品等方面 直
4、到 国防尖端技术领域 单片机都发挥着十分重要的作用 所以单片机的课程设计 是十分必要的 灵活运用单片机的基础知识 依据课程设计内容 能够完成从硬件电路图 设计 到 PCB 制版 再到软件编程及系统调试实现系统功能 完成课程设计 加深对单片机基础知识的理解 并灵活运用 将各门知识综合应用 能够上网查询器件资料 培养对新知识新技术的独立的学习能力和应用能 力 独立完成一个小的系统设计 从硬件设计到软件设计 增强分析问题 解 决问题的能力 为日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础 2 2 2 系统方案设计及确定系统方案设计及确定 2 12 1 方案的提出方案的提出 用单片机及 6 位 LED 数码管
5、显示时 分 秒 以 24 小 时计时方式运行 能 整点提醒 短蜂鸣 次数代表整点时间 使用按键开关可实现时 分调整 秒 表 或闹钟 时钟功能转换 以及实现省电 关闭显示 功能 系统框图如下 图 单 片 机 时钟电路 复位电路 键盘电路 显示电路 蜂鸣器电路 2 22 2 方案的论证及确定方案的论证及确定 2 2 12 2 1 单片机简介及选择单片机简介及选择 单片机是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物 体积小 价格 低 应用方便 稳定可靠 因此 给工业自动化等领域带来了一场重大革命和 技术进步 由于体积小 很容易地嵌入到系统之中 以实现各种方式的检测 计算或控制 这一点 一般微机根本做
6、不到 由于单片机本身就是一个微型计 算机 因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路 就可以灵 活地构成各种应用系统 如工业自动检测监视系统 数据采集系统 自动控制 3 系统 智能仪器仪表等 20 世纪 80 年代以来 发展迅速 世界一些著名厂商 投放市场的产品就有几十个系列 数百个品种 Intel 公司的 MCS 48 MCS 51 Motorola 公司的 6801 6802 Zilog 公司的 Z8 系列 Rockwell 公司的 6501 6502 等 此外 荷兰的 Philips 公司 日本的 NEC 公司 日立公司等也 相继推出了各自的产品 尽管机型很多 但是在 20 世
7、纪 80 年代以及 90 年代 在我国使用最多的 8 位单片机还是 Intel 公司的 MCS 51 系列单片机以及与其兼 容的单片机 称为 51 系列单片机 MCS 51 系列单片机主要包括 基本型 8031 8051 8751 低功耗型 80C31 80C51 87C51 增强型 8032 8052 8752 已为我国广大技术人员所熟悉和掌握 在上世纪 80 年代和 90 年代 MCS 51 系列是在我国应用最为广泛的单片机机型之一 1 基本型 典型产品 8031 8051 8751 8031 内部包括 1 个 8 位 CPU 128B RAM 21 个特殊功能寄存器 SFR 4 个 8
8、位并行 I O 口 1 个全双工串行口 2 个 16 位定时器 计数器 5 个中断源 但片内无程序存储器 需外扩程序存储器芯片 8051 是在 8031 的基础上 片内又集成有 4KB ROM 作为程序存储器 所以 8051 是一个程序不超过 4KB 的小系统 ROM 内的程序是公司制作芯片时 代为 用户烧制的 8751 与 8051 相比 片内集成的 4KB EPROM 取代了 8051 的 4KB ROM 来作为 程序存储器 2 增强型 Intel 公司在基本型基础上 推出增强型 52 子系列 典型产品 8032 8052 8752 内部 RAM 增到 256B 8052 片内程序存储器扩
9、展到 8KB 16 位定时器 计数器增至 3 个 6 个中断源 串行口通信速率提高 5 倍 表 2 1 列出了基本型和增强型的 MCS 51 系列单片机片内的基本硬件资源 4 表 2 1MCS 51 系列单片机片内的基本硬件资源 与 MCS 51 系列的 87C51 单片机相比 AT89C51 AT89S51 单片机片内的 4KB Flash 存储器取代了 87C51 片内的 4KB EPROM AT89S51 片内的 Flash 存储器可 在线编程或使用编程器重复编程 且价格较低 因此 AT89C51 AT89S51 单片机作为代表性产品受到用户欢迎 AT89C5x AT89S5x 单片机是
10、目前取代 MCS 51 系列单片机的主流芯片之一 本书重点介绍 AT89S51 单片机的原理及应用系统设计 AT89S5x 的 S 档系列机型是 ATMEL 公司继 AT89C5x 系列之后推出的新机 型 代表性产品为 AT89S51 和 AT89S52 基本型的 AT89C51 与 AT89S51 以及增 强型的 AT89C52 与 AT89S52 的硬件结构和指令系统完全相同 使用 AT89C51 的 系统 在保留原来软硬件的条件下 完全可以用 AT89S51 直接代换 与 AT89C5x 系列相比 AT89S5x 系列的时钟频率以及运算速度有了较大的提高 例如 AT89S51 工作频率的
11、上限为 24MHz 而 AT89S51 则为 33MHz AT89S51 片 内集成有双数据指针 DPTR 看门狗定时器 具有低功耗空闲工作方式和掉电工 作方式 目前 AT89S5x 系列已逐渐取代 AT89C5x 系列 此次设计使用的是 AT89S51 2 2 22 2 2 键盘电路的简介及选择键盘电路的简介及选择 键盘具有向单片机输入数据 命令等功能 是人与单片机对话的主要手段 键盘可分为两类 非编码键盘和编码键盘 本报告主要介绍非编码键盘 非编码键盘是利用按键直接与单片机相连接而成 这种键盘通常使用在按 键数量较少的场合 使用这种键盘 系统功能通常比较简单 需要处理的任务 5 较少 但是
12、可以降低成本 简化电路设计 按键的信息通过软件来获取 非编码键盘 分为两种结构 独立式键盘和矩阵式键盘 1 独立式键盘 独立式键盘特点是 一键一线 各键相互独立 每个键各接一条 I O 口线 通过检测 I O 输入线的电平状态 可容易地判断哪个按键被按下 如图 10 8 所 示 对于图 3 1 的键盘 图中的上拉电阻保证按键释放时 输入检测线上有稳 定的高电平 当某一按键按下时 对应的检测线就变成了低电平 与其他按键相连的检 测线仍为高电平 只需读入 I O 输入线的状态 判别哪一条 I O 输入线为低电 平 很容易识别哪个键被按下 2 矩阵式键盘 矩阵式 也称行列式 键盘用于按键数目较多的场
13、合 由行线和列线组成 按 键位于行 列的交叉点上 如图 3 2 所示 一个 4 4 的行 列结构可以构成一 个 16 个按键键盘 在按键数目较多的场合 要节省较多的 I O 口线 矩阵中无按键按下时 行线为高电平 当有按键按下时 行线电平状态将 由与此行线相连的列线的电平决定 列线的电平如果为低 则行线电平为低 列线的电平如果为高 则行线的电平也为高 这是识别按键是否按下的关键所 在 由于本设计键盘数目较少故采用独立式键盘 图 3 1 独立式键盘 3 2 矩阵式键盘 2 2 32 2 3 LEDLED 数码管的简介及选择数码管的简介及选择 LED Light Emitting Diode 发光
14、二极管缩写 LED 数码管是由发光二极 6 管构成的 常见的 LED 数码管为 8 字型的 共计 8 段 每一段对应一个发光 二极管 有共阳极和共阴极两种 如图 3 3 所示 共阴极发光二极管的阴极连 在一起 通常公共阴极接地 当阳极为高电平时 发光二极管点亮 同样 共 阳极 LED 数码管的发光二极管的阳极连接在一起 公共阳极接正电压 当某个 发光二极管的阴极接低电平时 发光二极管被点亮 相应的段被显示 图 3 3 LED 数码管有静态显示和动态显示两种显示方式 静态显示方式的显示无闪烁 亮度都较高 静态显示方式接口编程容易 但是占用口线较多 图 3 4 动态显示的优点是硬件电路简单 显示器
15、越多 优势越明显 缺点是显示 亮度不如静态显示的亮度高 如果 扫描 速率较低 会出现闪烁现象 图 3 5 图 2 4 静态显示 图 2 5 动态显示 基于以上原因本设计采用动态显示 总结以上选择 我们单片机选用了 AT89S51 键盘选用了非编码式独立式 键盘 数码管选择动态显示 7 3 3 系统的硬件设计系统的硬件设计 3 13 1 AT89S51AT89S51 最小系统设计最小系统设计 AT89S51 的最小系统包括时钟电路 复位电路 和 AT89S51 芯片 3 1 13 1 1 时钟电路硬件设计时钟电路硬件设计 AT89S51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器 输入端为芯片
16、引脚 XTAL1 输出端为引脚 XTAL2 这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容 构成一个稳定的自激振荡器 C1和C2的典型值通常选择为 30pF 电容大小会影 响振荡器频率高低 振荡器的稳定性和起振的快速性 晶振频率范围通常是 1 2 12MHz 晶体频率越高 单片机速度就越快 速度快对存储器的速度要求 就高 印制电路板的工艺要求也高 即线间的寄生电容要小 晶体和电容应尽 可能与单片机靠近 以减少寄生电容 保证振荡器稳定 可靠地工作 为提高 温度稳定性 采用温度稳定性能好的电容 常选 6MHz 或 12MHz 的石英晶体 随 着集成电路制造工艺技术的发展 单片机的时钟频率也在逐步提高 已达 33MHz 本设计选用的是 11 0592MHZ 图 3 1 时钟电路 8 3 1 23 1 2 复位电路硬件设计复位电路硬件设计 单片机的初始化操作 给复位脚 RST 加上大于 2 个机器周期 即 24 个时钟 振荡周期 的高电平就使 AT89S51 复位 复位电路采用上电自动复位和按钮复位两种方式 上电自动复位是给电容C 充电加给 RST 引脚一个短的高电平信号 此信号 随着 VCC对电容C
