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1、扬州工业职业技术学院毕业论文单片机点阵显示控制电路设计毕业论文目 录第一章 绪论11.1课题意义11.2 课题实现功能1第二章 硬件设计22.1 单片机的产生与发展22.2单片机的特点及应用32.2.1单片机的特点32.2.2单片机的应用32.3AT89C51单片机的结构42.3.1运算器42.3.2控制器52.3.3 寄存器阵列52.3.4存储器5 2.3.5 I/O端口62.3.6 定时器/计数器62.3.7 中断系统.72.3.8 内部总线.72.3.9 I/O端口功能72.3.10 AT89C51单片机的控制线有如下几种.92.3.11 省电方式.112.3.12 振荡器与时钟电路.1
2、12.4 DS1302的结构与工作原理.122.5 DS18B20数字温度传感器. 14 2.5.1 DS18B20的技术性能描述.14 2.5.2 DS18B20的应用范围.14 2.5.3 DS18B20有4个主要的数据部件.15 2.5.4 DS18B20的存储器.15 2.5.5 DS18B20的初始化.16第三章 系统软硬件设计163.1硬件电路的设计163.1.1时钟电路的设计163.2 软件设计173.2.1 软件设计的方案173.2.2 应用程序的设计18第四章 调试过程234.1 软件调试234.2电路仿真26总结30致谢32参考文献33扬州工业职业技术学院毕业论文第一章 绪
3、论1.1课题意义本课题本课题可以显示实时的温度，时间与万年历。利用AT89C51单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由DS18B20时钟芯片读来的数据利用软件来进行处理，进而把数据传输到显示模块LCD，实现温度、日历的同时显示。LCD作为主要的显示模块，通过软件控制把单片机传来的数据显示出来。1.2 课题实现功能在我们的日常生活和工作中，常常需要记录实时的时间温度信息。在51内核单片机系统中也是如此。比如，在数据采集时，对某些重要的信息不仅需要记录其内容，还需要记录下该事件的发生的准确时间；又比如，在银行营业大厅使用的利率或汇率显示屏，上面除了显示利率或汇率等数据以外，还需要显示实时的时间信
4、息，其中包括年，月，日，星期，时间等。根据实用性我们所设计的实时日历时钟的功能是在51内核单片机系统中设置，获取，记录实时的日历时钟温度信息并通过数码管显示，实时显示可以通过软件编程实现，但这种方法需要编制的程序复杂，代码多且单片机软件开销大。而采用专用实时时钟芯片可以避免这些问题。所以在我们在实现实时日历时钟显示时选用专用实时时钟芯片。第二章 硬件设计2.1 单片机的产生与发展单片机的全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。为了使用方便，它把组成计算机的主要功能部件：中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM、EPROM、E2PROM或
5、FLASH）、定时/计数器和各种输入/输出接口电路等都集成在一块半导体芯片上，构成了一个完整的计算机系统。与通用的计算机不同，单片机的指令功能是按照工业控制的要求设计，因此它又被称为微控制器（Microcontroller）。计算机的发展经历了从电子管到大规模集成电路等几个发展阶段，随着大规模集成电路技术的发展，使计算机向性能稳定可靠、微型化、廉价方向发展，从而出现了单片微型计算机。MCS51系列单片机是美国Intel公司于1980年推出的一种8位单片机系列。该系列的基本型产品是8051、8031和8751。这3种产品之间的区别只是在片内程序存储器方面。8051的片内程序存储器（ROM）是掩膜
6、型的，即在制造芯片时已将应用程序固化进去；8031片内没有程序存储器；8751内部包含有用作程序存储器的4KB的EPROM。由于8051的编程需要制造商的支持，8751的价格昂贵，因此8031获得了更为广泛的使用。MCS51系列单片机优异的性能/价格比使得它从面世以来就获得用户的认可。Intel公司把这种单片机的内核，即8051内核，以出售或互换专利的方式授权给一些公司，如Atmel、Philips、ADI等。这些公司的这类产品也被称为8051兼容芯片，这些8051兼容芯片在原来的基础上增加了许多特性。本书应用电路中采用了Atmel公司的AT89S51芯片，它与MCS51单片机指令集兼容，同时
7、它的内部包含用作程序存储器的4KB的基于FLASH技术的只读存储器。采用这款芯片既克服了采用8031需要添加外部程序存储器导致电路复杂的缺点，又克服了采用8751导致电路制作成本高的缺点。2.2单片机的特点及应用2.2.1单片机的特点随着现代科技的发展，单片机的集成度越来越高，CPU的位数也越来越高，已能将所有主要部件都集成在一块芯片上，使其应用模式多、范围广，并具有以下特点： 体积小，功耗低，价格便宜，重量轻，易于产品化。 控制功能强，运行速度快，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制问题，满足工业控制要求，并有很强的位处理和接口逻辑操作等多种功能。 抗干扰能力强，适用温度范围宽。由于许多功能
8、部件集成在芯片内部，受外界影响小，故可靠性高。 虽然单片机内存储器的容量不可能很大，但存储器和I/O接口都易于扩展。 可以方便的实现多机和分布式控制。2.2.2单片机的应用单片机的应用具有面广量大的特点，目前它广泛的应用于国民经济各个领域，对技术改造和产品的更新起着重要作用。主要表现在以下几个方面： 单片机在智能化仪器、仪表中的应用：由于单片机有计算机的功能，它不仅能完成测量，还既有数据处理、温度控制等功能，易于实现仪器、仪表的数字化和智能化。 单片机在实时控制中的应用：单片机可以用于各种不太复杂的实时控制系统中，如一般性的温度控制、液面控制、电镀顺序控制等。将测量技术、自动控制技术和单片机技
9、术相结合，充分发挥单片机的数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态。 单片机在机电一体化中的应用：单片机有利于机电一体化技术的发展，已广泛应用于数控机床、医疗设备、汽车设备等。 单片机在多机系统中的应用：单片机在多机系统中的应用是将来单片机发展的主要模式，它可以提高单片机的可靠性，使系统运行速度更快。 单片机在计算机外围设备中的应用：单片机广泛应用于打印机、绘图机等多种计算机的外围设备，特别是用于智能终端，可大大减轻主机负担，提高系统的运行速度。 单片机在家用电器中的应用：单片具有体积小、重量轻、价格便宜等特点，所以家电产品中配上微电脑后，使其身价百倍，功能更强，使用方便，灵活，深得用户欢
10、迎。 单片机在通信中的应用：单片机广泛应用于移动通信领域，使移动电话的功能更强大，操作更方便。2.3 AT89C51单片机的结构 AT89系列单片机在内部结构上基本相同，其中不同型号的单片机只不过在个别模块和功能方面有些区别。AT89C51单片机内部硬件结构框图如图2.1所示。它由一个8位中央处理器（CPU）、一个256B片内RAM及4KB Flash ROM 、21个特殊功能寄存器、4个8位并行I/O口、两个16位定时/计数器、一个串行I/O口以及中断系统等部分组成，各功能部件通过片内单一总线联成一个整体，集成在一块芯片上。 AT89C51 单片机内部结构如图所示：时序和振荡电路程序存储器
11、ROM数据存储器RAM2个16位定时/计数器CPU内部8位数据总线中断系统并行I/O口 串行I/O口内部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源外部事件CPU是单片机内部的核心部件，是一个8位二进制数的中央处理单元，主要由运算器、控制器和寄存器阵列构成。2.3.1运算器 运算器用来完成算术运算和逻辑运算功能，它是AT89C51内部处理各种信息的主要部件。运算器主要由算术逻辑单元(ALU)、累加器(ACC)、暂存寄存器(TMP1、TMP2)和状态寄存器(PSW)组成。 (1) 算术逻辑单元(ALU)：AT89C51中的ALU由加法器和一个布尔处理器组成。 (2) 累加器(ACC
12、)：用来存放参与算术运算和逻辑运算的一个操作数或运算的结果。 (3) 暂存寄存器(TMP1、TMP2)：用来存放参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数，它对用户不开放。 (4) 状态寄存器(PSW)：PSW是一个8位标志寄存器，用来存放ALU操作结果的有关状态。2.3.2控制器控制器是单片机内部按一定时序协调工作的控制核心，是分析和执行指令的部件。控制器主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID和定时控制逻辑电路等构成。 程序计数器PC是专门用于存放现行指令的16位地址的。CPU就是根据PC中的地址到ROM中去读取程序指令码和数据，并送给指令寄存器IR进行分析。指令寄存器IR用于存放C
13、PU根据PC地址从ROM中读出的指令操作码。 指令译码器ID是用于分析指令操作的部件，指令操作码经译码后产生相应于某一特定操作的信号。 定时控制逻辑中定时部件用来产生脉冲序列和多种节拍脉冲。 2.3.3寄存器阵列寄存器阵列是单片机内部的临时存储单元或固定用途单元，包括通用寄存器组和专用寄存器组。 通用寄存器组用来存放过渡性的数据和地址，提高CPU的运行速度。 专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内存地址，存放特定的操作数，指示指令运行的状态等。 2.3.4存储器AT89C51单片机内部有256个字节的RAM数据存储器和4KB的闪存程序存储器(Flash)，当不够使用时，可分别扩展为64 K
14、B外部RAM存储器和64 KB外部程序存储器。它们的逻辑空间是分开的，并有各自的寻址机构和寻址方式。这种结构的单片机称为哈佛型结构单片机。 程序存储器是可读不可写的，用于存放编好的程序和表格常数。 数据存储器是既可读也可写的，用于存放运算的中间结果，进行数据暂存及数据缓冲等。2.3.5 I/O端口AT89C51单片机对外部电路进行控制或交换信息都是通过I/O端口进行的。单片机的I/O端口分为并行I/O端口和串行I/O端口，它们的结构和作用并不相同。1并行I/O端口 AT89C51有四个8位并行I/O端口，分别命名为P0口、P1口、P2口和P3口，它们都是 8位准双向口，每次可以并行输入或输出8位二进制信息。 2串行
