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1、 毕业设计（论文） 题 目 单片机多功能定时系统的设计与实现 学 院 信息科学与工程学院 年级专业 02级通信1班 学生姓名 杨甲沛 指导教师 王振裕 专业负责人 答辩日期 燕 山 大 学计算机毕业设计购买 www.LunWenDz.Com 工科毕业设计代做:www.LunWen168.Net 开题:www.KtJia.Com目 录第1章 绪 论11.1 课题背景11.2 课题来源21.3 本章小结2第2章 MCS-51单片机的结构32.1 控制器32.1.1 程序计数器PC（Program Counter）32.1.2 指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑电路42.2 存储器的结构42.3
2、并行I/O口62.4 时钟电路与时序72.5 单片机的工作方式72.6 单片机的性能特点102.7 单片机的应用领域102.8 本章小结11第3章 电路的硬件设计123.1 复位电路123.2 时钟电路133.3 按键电路133.4 相关控制电路143.4.1 加热电路143.4.2 控制打铃电路153.4.3 时间表显示电路163.5 数码管显示电路163.6 电源电路设计173.7 本章小结17第4章 电路的软件设计184.1 软件程序内容184.2 软件流程图184.3 定时程序设计224.3.1实时时钟实现的基本方法224.3.2 实时时钟程序设计步骤234.4 MCS-51的中断23
3、4.5 程序说明264.6 本章小结27第5章 电路仿真285.1 仿真结果285.2 仿真中出现的问题及解决办法285.3 本章小结28第6章 结论与展望296.1 结论296.2 单片机的发展趋势29参考文献31附 录32致 谢41第1章 绪 论1.1 课题背景单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、P
4、C机外围以及网络通讯等广大领域。按照内部数据通道的宽度，单片机可分为4位、8位、16位及32位等。单片机的中央处理器（CPU）和通用微处理器基本相同，只是增设了“面向控制”的处理功能。例如：位处理、查表、多种地址访问方式、多种跳转、乘除法运算、状态监测、中断处理等，增强了实时性。单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿（Princeton）结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。单片微型计算机自从问世以
5、来，作为微型计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉等优点，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成就。本文讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS
6、、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成
7、以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。1.2 课题来源在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，这种产品功能强，是前者的换代之物。随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能。小则可以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。随着电子技术的飞速发展
8、，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能定时系统，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和定点打铃。它可以执行不同的时间表（考试时间和日常作息时间）的打铃，可以任意设置时间，可以控制加热器定时工作。这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。本文介绍的单片机多功能定时系统，功能较多，操作简单，开机后，系统按默认值开始走时，按时间表切换键可以随意选择当前要执行的时间表是日常作息时间表还是考试时间表。可以按键校时，按功能移
9、位键一次，表示要校小时的十位上的数字；再按功能移位键，表示要校小时的个位上的数字；按第三次，则当前校的是分十位；按第四次，表示当前校对分个位上的数字。当时钟与时间表里存储的时间一致时，相应的I/O口控制电铃开始工作；到一定的时间，另外的I/O口控制加热器工作。本设计是针对教学的多功能定时器，定时精确，功能较多，可以完美的完成学校教学时间的控制。在本设计上按照个人的意图稍加扩展，就可以实现更多更强大的功能。1.3 本章小结 本文介绍的设计是针对教学所用的多功能定时器，可以完成教学所需的各种功能。该定时器操作简单，功能齐全，是单片机智能化的一种应用。第2章 MCS-51单片机的结构MCS-51单片
10、机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种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 控制器控制器是单片机的指挥控制部件，控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。单片机执行指令是在控制器的控制下
11、进行的。首先从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令译码器进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路，由定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号，再送到单片机的各个部件去进行相应的操作。这就是执行一条指令的全过程，执行程序就是不断重复这一过程。控制器主要包括程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及时序控制逻辑电路。2.1.1 程序计数器PC（Program Counter）程序计数器PC是控制部件中最基本的寄存器，是一个独立的计数器，存放着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。其基本的工作过程是：读指令时，程序计数器将其中的数作为所取指令的地址输出给
12、程序存储器，然后程序存储器按此地址输出指令字节，同时程序计数器本身自动加1，读完本指令，PC指向下一条指令在程序存储器中的地址。程序计数器PC中内容的变化决定程序的流程。程序计数器的宽度决定了单片机对程序存储器可以直接寻址的范围。在MCS-51单片机中，程序计数器PC是一个16位的计数器，故可对64KB（216=65536=64K）的程序存储器进行寻址。程序计数器的基本工作方式有以下几种：（1） 程序计数器自动加1，这是最基本的工作方式，这也是为何该寄存器被称为计数器的原因。（2） 执行有条件或无条件转移指令时，程序计数器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。（3） 在执行调用子程序指令
13、或响应中断时，单片机自动完成如下的操作： 1. PC的现行值,即下一条将要执行的指令的地址，即断点值，自动送入堆栈。2. 将子程序的入口地址或中断向量的地址送入PC，程序流向发生变化，执行子程序或中断子程序。子程序或中断子程序执行完毕，遇到返回指令RET或RETI时，、将栈顶的断点值弹到程序计数器PC中，程序的流程又返回到原来的地方，继续执行。2.1.2 指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑电路 指令寄存器IR是用来存放指令操作码的专用寄存器。执行程序时，首先进行程序存储器的读指令操作，也就是根据PC给出的地址从程序存储器中取出指令，并送指令寄存器IR，IR的输出送指令译码器；然后由指令译码器
14、对该指令进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路。定时控制逻辑电路根据指令的性质发出一系列的定时控制信号，控制单片机的各组成部件进行相应的工作，执行指令。条件转移逻辑电路主要用来控制程序的分支转移。综上所述，单片机整个程序的执行过程就是在控制部件的控制下，将指令从程序存储器中逐条去处，进行译码，然后由定时控制电路发出各种定时控制信号，控制指令的执行。对于运算指令，还要将运算的结果特征送入程序状态寄存器PSW。以主振频率为基准(每个主振周期为振荡周期),控制器控制CPU的时序,对指令进行译码,然后发出各种控制信号,它将各个硬件环节的动作组织在一起.2.2 存储器的结构MCS-51单片机存储器采用的是哈佛(Har-vard)结构,即程序存储器空间和数据存储器空间截然分开,程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式,寻址空间和控制系统.这种结构对于单片机”面向控制”的实际应用极为方便,有利.在8051/8751弹片击中,不仅在片内集成了一定容量的程序存储器和数据存储器及众多的特殊功能寄存器,而且还具有极强的外存储器的扩展能力,寻址能力分别可达64KB,寻址和操作简单方便.MCS-51的存储器空间可划分为如如下几类:1. 程序存储器单片机系统之所以
