畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于單片機(jī)的電源開關(guān)的定時(shí)控制

1、菏澤學(xué)院課程設(shè)計(jì)論文 目錄第1章 緒論11.1 單片機(jī)發(fā)展背景及意義11.1 單片機(jī)國內(nèi)外研究概況2 1.2本論文主要研究內(nèi)容4第2章 51單片機(jī)基本原理62.1 MCS-51單片機(jī)的組成原理72.2 MCS-51單片機(jī)的引腳功能72.3 中斷112.4 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器152.5本章小結(jié)17第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案183.1 采用STC89C52為核心的單片機(jī)控制方案183.2方案圖183.3 數(shù)碼管183.4 硬件電路設(shè)計(jì)203.5 數(shù)碼管顯示電路203.6 設(shè)定時(shí)間電路設(shè)計(jì)223.7 繼電器控制電源電路233.8 本章小結(jié)25第4章 軟件設(shè)計(jì)264.1 定時(shí)控制軟件總體設(shè)計(jì)254.2 鍵盤

2、輸入程序設(shè)計(jì)254.3 顯示子程序設(shè)計(jì)254.4中斷程序設(shè)計(jì)25第5章 系統(tǒng)調(diào)試分析305.1 系統(tǒng)調(diào)試305.2 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果305.3 本章小結(jié)30結(jié)論32參考文獻(xiàn)33致謝34附錄1 軟件設(shè)計(jì)程序35附錄2 設(shè)計(jì)原理圖40附錄3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB圖4122第1章 緒論1.1單片機(jī)發(fā)展背景及意義51系列單片機(jī)屬于總線型單片機(jī)，具有硬件架構(gòu)完整、功能強(qiáng)大、技術(shù)成熟、通用性強(qiáng)、可外部擴(kuò)展、配套芯片齊全、集成開發(fā)環(huán)境好、實(shí)用子程序豐富以及價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，無論是實(shí)際工程應(yīng)用，還是學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及其應(yīng)用技術(shù)，51系列單片機(jī)都是理想的選擇。在社會(huì)生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)和

3、單片機(jī)扯上關(guān)系。無論是從簡單到復(fù)雜，還是從空中、地面到地下，凡是能想到的地方幾乎都有使用單片機(jī)的需求，并且達(dá)到許多與人方便的操作。盡管現(xiàn)在單片機(jī)在社會(huì)上的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以用單片機(jī)控制而尚未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目。因此，單片機(jī)的應(yīng)用依然大有想象和拓展空間。本次設(shè)計(jì)采用的是總線型結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，總線型結(jié)構(gòu)的單片機(jī)可以減少不同之間信息傳送線的條數(shù)，從而使信息傳送規(guī)格整齊，提高了整機(jī)的可靠性。采用總線結(jié)構(gòu)以后，存儲(chǔ)器、輸入輸出等外部設(shè)備都通過專門的接口電路獨(dú)立的掛在總線上，因而使得單片機(jī)可擴(kuò)充能力強(qiáng)，使用方便靈活。另外，還可根據(jù)不同的需要增加存儲(chǔ)器的容量或增添外部設(shè)備，也可以根據(jù)不同的需要組成各種專

4、用的單片機(jī)，例如專用教學(xué)機(jī)等。單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等4。但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益上，更重要的意義還在于：單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須有模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件（編程）方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化”技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日

5、益完善和更加充實(shí)。單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，它因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個(gè)芯片上而得名，就是把中央處理器 CPU(Central processing unit)、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（Random access memory）、只讀存儲(chǔ)器ROM（Read only memory）、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器計(jì)數(shù)器以及 IO（Input/output）接口電路等主要微型機(jī)部件集成在一個(gè)芯片上。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片， 但從組成和功能上看，它已具有了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性11。單片機(jī)主要應(yīng)用與控制領(lǐng)域，用以實(shí)現(xiàn)各種測試和控制功能， 為了強(qiáng)調(diào)起控制屬性，也可以把單片機(jī)稱為微控制器 MCU（Micro controll

6、er unit）。在國際上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我國則比較習(xí)慣與“單片機(jī)”這一名稱。單片機(jī)在應(yīng)用時(shí)，通常是處于控制系統(tǒng)的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式進(jìn)行使用，為了強(qiáng)調(diào)其“嵌入”的特點(diǎn)，也常常將單片機(jī)稱為嵌入式微控制器 EMCU（Embedded micro controller unit）。單片機(jī)根據(jù)控制應(yīng)用的需要分為通用單片機(jī)和專用單片機(jī)。其中通用單片機(jī)是一種基本芯片，內(nèi)部資源豐富、性能全面、適用性較強(qiáng)，用戶可根據(jù)自己的需要，以其為控制核心，配以不同的外圍電路設(shè)計(jì)成不同的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)；專用單片機(jī)是針對(duì)性特別強(qiáng)，具有結(jié)構(gòu)的最簡化、資源利用的最優(yōu)化、可靠性和成本的最佳化

7、的特點(diǎn)。1、 單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)通常是指芯片本身，它是有芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運(yùn)算器電路、控制器電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個(gè)單片機(jī)芯片并不能把計(jì)算機(jī)的全部電路都集成到其中，例如組成諧振電路和復(fù)位電路的石英晶體、電阻、電容等，這些元件在單片機(jī)系統(tǒng)中只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實(shí)際的控制應(yīng)用中，常常需要擴(kuò)展外圍電路和外圍芯片。從中可以看到單片機(jī)和單片機(jī)系統(tǒng)的差別：單片機(jī)只是一塊芯片，而單片機(jī)系統(tǒng)則是在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其它電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通常所說的單片機(jī)系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要

8、由用戶設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。1.2 單片機(jī)國內(nèi)外研究概況(1)、單片機(jī)的產(chǎn)生電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路到大（超大）規(guī)模集成電路共四個(gè)階段，即常說的第一代、第二代、第三和第四代計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在廣泛使用的微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，因此它屬于第四代計(jì)算機(jī)，而單片機(jī)則是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。從1971年微型計(jì)算機(jī)問世以來，由于實(shí)際應(yīng)用的需要，微型計(jì)算機(jī)向著兩個(gè)不同的方向發(fā)展：一個(gè)是向高速度，大容量，高性能的高檔微機(jī)方向發(fā)展；而另一個(gè)則是向穩(wěn)定可靠、體積小和價(jià)格廉價(jià)的單片

9、機(jī)方向發(fā)展。但是兩者在原理和技術(shù)上是緊密聯(lián)系的。(2)、單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展大體上同步，也經(jīng)歷四個(gè)階段：第一階段（19711974年）1971年11月，Intel公司推出4位微處理器Intel 4004，并配有RAM,ROM和移位寄存器等芯片，構(gòu)成第一臺(tái)MCS-4微型計(jì)算機(jī)。1972年4月，Intel公司又推出8位微處理器Intel 8008。這些微處理器雖說還不是單片機(jī)，但從此拉開了研制單片機(jī)的序幕2。 第二階段（19741978年）：初級(jí)單片機(jī)階段以Intel公司MCS-48為代表，這個(gè)系列的單片機(jī)內(nèi)集成了8位CPU，若干并行I/O，8位

10、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，容量有限的RAM和ROM，尋址范圍不大于4K，且無串行口，簡單的中斷處理功能。第三階段（19781983年）：高性能單片機(jī)階段以Intel公司MCS-51系列為代表，與此同時(shí)，Motorola公司推出6801、Zilog公司推出Z8、Rokwell公司推出6501、6502等。此類單片機(jī)普遍帶有串行口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)，16位C/T，片內(nèi)RAM，ROM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64K字節(jié)，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器接口。 第四階段（1983年）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段 在此階段，一方面發(fā)展16位單片機(jī)及專用單片機(jī)，另一方面不斷完善高檔8位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以

11、滿足不同的用戶需要?？v觀單片機(jī)近 30 年的發(fā)展歷程，單片機(jī)今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價(jià)格、外圍電路簡 單化以及片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增加的方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會(huì)繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了 32 位單片機(jī)，但使用的并不多。所以今后的單片機(jī)將是功能更強(qiáng)、集成度和可靠性更高而功耗更低、以及使用更方便等特點(diǎn)2。此外，專用化也是單片機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向，針對(duì)單一用途的專用單片機(jī)將會(huì)越來越多。單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等多個(gè)領(lǐng)域，為各個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展做出了巨貢獻(xiàn)。大致可分為如下幾個(gè)范疇：1、在智能儀器儀表的應(yīng)用單片

12、機(jī)具有體積小、功耗低、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。2、在家用電器中的應(yīng)用當(dāng)前，家用電器產(chǎn)品的一個(gè)重要發(fā)展趨勢就是不斷提高其智能化程度，而家電智能化的進(jìn)一步提高就需要有單片機(jī)的參與，例如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐、電視機(jī)和音像視頻設(shè)備等。通過單片機(jī)控制的智能化家用電器將給我們帶來更大的舒適和方便，進(jìn)一步改善我們的生活質(zhì)量，把我們的生活變的更加豐富多彩。3、在工業(yè)控

13、制中的應(yīng)用工業(yè)技術(shù)中，無論是過程控制技術(shù)，數(shù)據(jù)采集和測控技術(shù)，還是生產(chǎn)線上的機(jī)器人技術(shù)，都需要要有單片機(jī)的參與。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)等。在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機(jī)械、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合技術(shù)中，單片機(jī)將發(fā)揮越來越大的作用。4、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的

14、移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對(duì)講機(jī)等。5、單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備、軍用領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。軍事裝備方面 科技強(qiáng)軍、國防現(xiàn)代化離不開計(jì)算機(jī)，在現(xiàn)代化的飛機(jī)、軍艦、坦克、大炮、導(dǎo)彈火箭和雷達(dá)等各種軍用裝備上，都有單片機(jī)深入其中。6、單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、國防航空等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和機(jī)型Intel(美國英特爾) 公司：

15、MCS-48，MCS-51 系列；Microchip（美國微晶）公司：PICI6XX，PIC54CXX 系列；Zilog(美國齊洛落)公司：ZS 系列及SUPER8； Fairchild（美國仙童）公司：FS 系列和 3870 系；Motorola（美國摩托羅拉）公司： NEC（日本電氣）公司：Ucom87,uPD7800 系列；Hitachi（日本日立）公司：HD6301，HD6305，HD63L05 系列；ATMEL 公司：AT89C51系列；PHILIPS：87LPC 系列；Cygnal：C8051F0 系列等。1.2論文主要研究內(nèi)容以AT89C52系統(tǒng)單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè)定時(shí)控制

16、電源開關(guān)秒數(shù)的倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)，即初值為9999秒以內(nèi)任意秒數(shù)，以一秒的速度進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。系統(tǒng)有4個(gè)LED數(shù)碼管顯示器，選擇低四位分別顯示千位、百位、十位、個(gè)位，而高四位也可設(shè)置，本設(shè)計(jì)沒有采用。此倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)能夠通過矩陣鍵盤對(duì)倒計(jì)時(shí)器設(shè)定任何不大于9999秒的初值，同時(shí)設(shè)置有開始鍵、復(fù)位鍵，以達(dá)到可以重新設(shè)置初值的目的。系統(tǒng)功能由于本來對(duì)C語言有一定的了解，再加上C語言的簡單等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用的是C語言編程，而未采用匯編語言。通過倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的要求，逐步寫出C語言程序。定時(shí)控制電源開關(guān)的主要過程是數(shù)碼管顯示時(shí)間倒計(jì)時(shí)，通過鍵盤可以修改定時(shí)時(shí)間，在倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，繼電器閉合，連接繼電器的LED亮，蜂鳴器響

17、。時(shí)間可以設(shè)置分秒級(jí)別。由于采用3個(gè)按鍵來完成時(shí)間的修改，那么其中一個(gè)按鍵為功能選擇按鍵鍵，另外兩個(gè)為時(shí)間加與時(shí)間減按鍵。開發(fā)的作用和意義現(xiàn)在單片機(jī)的應(yīng)用在我們的生活中隨處可見，這體現(xiàn)了它的重要性與實(shí)用性。它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。本次設(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)器就是采用的微控制計(jì)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)的。計(jì)時(shí)器在單片機(jī)模塊中是比較常見的的一個(gè)模塊，計(jì)時(shí)器是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝

18、置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。本次設(shè)計(jì)的定是控制電源開關(guān)是在計(jì)時(shí)器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，以倒計(jì)時(shí)器為基礎(chǔ)，還可以設(shè)計(jì)更多對(duì)日常生活密切相關(guān)的設(shè)備，諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，都是以計(jì)時(shí)器為基礎(chǔ)的。通過對(duì)基于單片機(jī)控制的倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)的過程中，讓我對(duì)單片機(jī)的知識(shí)有一個(gè)初步解，在學(xué)習(xí)單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，結(jié)合C語言學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)一些簡單的功能的設(shè)計(jì)，做到了主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索。本設(shè)計(jì)不但節(jié)約成本，而且功能齊全，不但能實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)器的功能，而且還能實(shí)現(xiàn)其他多種功能，如倒計(jì)時(shí)秒表、定時(shí)器等等。而且由

19、于本次這個(gè)基于52單片機(jī)的定是控制電源開關(guān)硬件方面還是在軟件程序設(shè)計(jì)方面都比較簡單，所以還可以通過擴(kuò)展完成其他的功能，而且功能的相互轉(zhuǎn)換也非常簡單。若作為一個(gè)部件生產(chǎn)產(chǎn)品，有很大的挖掘價(jià)值，也非常有吸引力。第2章 51單片機(jī)基本原理2.1 MCS-51單片機(jī)的組成原理 不同型號(hào)MCS-51單片機(jī)CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲(chǔ)器和I/O接口的配置有所不同。其中8051主要包括算術(shù)/邏輯部件ALU、累加器A、只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、程序計(jì)數(shù)器PC、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、I/O接口電路等，還有堆棧寄存器SP等部件。這些部件集成在一塊芯片上，通過內(nèi)部總線連接，構(gòu)成完整的微型計(jì)算機(jī)。2

20、.1.1 80C51芯片介紹MCS-51 的原生產(chǎn)廠商是 Intel 公司，最早推出 80C51 芯片的也是 Intel 公司，并且作為 MCS-51 的一部分，按原 MCS-51 芯片的規(guī)則命名，例如 80C31、80C51、87C51 和 89C51，這樣我們就能很容易地認(rèn)識(shí) 80C51 的系列芯片。但是后來愈來愈多的廠商生產(chǎn) 80C51 的系列芯片，例如 PHILIPS， ATMEL，LG，華邦等公司。這些芯片都是以 80C51 為核心并且與 MCS-51 芯片兼容，但它們又各具特點(diǎn)。然而由于生產(chǎn)廠家多，芯片的類型也很多，使芯片的命名無法再遵循統(tǒng)一的規(guī)律，造成我們辨認(rèn)上的困難3。目前這些

21、 80C51 的兼容芯片已開始在我國使用，其中尤其是PHILIPS公司的同名芯片 80C51 及其派生產(chǎn)品最受歡迎，而ATMEL公司的閃速存儲(chǔ)器型單片機(jī)芯片 AT89C51 等更是后來居上，大有取代傳統(tǒng) EPROM 型芯片之勢。80C51 芯片內(nèi)部集成了 CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和I/O口等各功能部件，并由內(nèi)部總線把這些部件連接在一起。80C51單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件： 128kB內(nèi)RAM； 可尋址64KB的外ROM和外RAM控制電路； 兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器； 21個(gè)特許功能寄存器； 4個(gè)8位并行I/O口，共32條可編程I/O端線； 一個(gè)可編程全雙工串行口； 5個(gè)中斷源，

22、可設(shè)置成2個(gè)優(yōu)先級(jí)。振蕩器及時(shí)序 OSC8051CPU程序存儲(chǔ)器4KB ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256kB2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器64K總線擴(kuò)展控制器可編程I/O可編程全雙工串行口圖2-1 80C51單片機(jī)功能結(jié)構(gòu)框圖2.1.2 8051 與 80C51 80C51單片機(jī)是在8051的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，也就是說在單片機(jī)的發(fā)展過程中是先有8051，然后才有80C51的。8051單片機(jī)與80C51單片機(jī)從外形看是完全一樣的，其指令系統(tǒng)、引腳信號(hào)、總線等完全一致（完全兼容），也就是說在8051下開發(fā)的軟件完全可以在80C51上應(yīng)用，反過來，在80C51下開發(fā)的軟件也可以在8051上應(yīng)用3。這兩種單片機(jī)是完全

23、可移植的。8051與80C51單片機(jī)的主要差別就在于芯片的制造工藝上。80C51的制造工藝是在8051基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。8051系列單片機(jī)采用的是HMOS工藝：高速度、高密度；80C51系列單片機(jī)采用的是CHMOS工藝：高速度、高密度、低功耗；也就是說80C51單片機(jī)是一種低功耗單片機(jī)。此外，在80C51系列芯片中，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器除了 ROM 型和 EPROM型之外，還有 EEPROM 型，例如 89C51 就是 4KB EEPROM，并且隨著集成技術(shù)的提高，80C51系列片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量也越來越大，目前已有 64KB 的芯片了。另外，許多80C51芯片的還具有程序存儲(chǔ)器保密機(jī)制，以防止應(yīng)

24、用程序泄露或被復(fù)制。2.2 MCS-51單片機(jī)的引腳功能 MCS-51單片機(jī)采用40引腳的雙列直插封裝（DIP）方式。圖2.2左邊為其引腳圖，右邊為為其邏輯符號(hào)圖。在40條引腳中，有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制引腳，3條I/O引腳2。圖2-2 左邊為MCS-51引腳圖，右邊為MCS-51單片機(jī)邏輯符號(hào)圖2.2.1主電源引腳Vss和VccVcc芯片電源，正常操作時(shí)接+電源；Vss接地端。2.2.2外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1、XTAL2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。當(dāng)外接晶體振蕩器時(shí)，XTAL1和XTAL2分別接在外接晶體兩端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，XT

25、AL1接地，XTAL2接外來振蕩信號(hào)。2.2.3控制引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/Vpp1、RST/Vpd(9)復(fù)位/備用電源正常工作時(shí)，RST（Reset）端為復(fù)位信號(hào)輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，80C51芯片即實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始，CPU從0000H開始執(zhí)行指令。Vpd功能：在Vcc掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由Vpd向片內(nèi)供電，以保持片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。2、ALE/PROG(30)地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址。80C51在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器（包括并行擴(kuò)展I/O口）時(shí)，

26、P0口用于分時(shí)傳送低8位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)，且均為二進(jìn)制數(shù)。當(dāng)ALE信號(hào)有效時(shí)，P0口傳送的是低8位地址信號(hào)；ALE信號(hào)無效時(shí)，P0口傳送的是8位數(shù)據(jù)信號(hào)。在ALE信號(hào)的下降沿，鎖定P0口傳送的內(nèi)容，即低8位地址信號(hào)。當(dāng)CPU不執(zhí)行訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE以時(shí)鐘振蕩頻率1 / 6的固定頻率輸出，因此ALE信號(hào)也可作為外部芯片CLK時(shí)鐘或其他需要。但是，當(dāng)CPU執(zhí)行MOVX指令時(shí)，ALE將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL門電路。PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。3、PSEN(29)外ROM讀選通信號(hào)。80C51讀外ROM時(shí)，沒個(gè)機(jī)

27、器周期內(nèi)PSEN兩次有效輸出。PSEN可作為外ROM芯片輸出允許OE的選通信號(hào)。在讀內(nèi)ROM或讀外RAM時(shí)，PSEN無效。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是靠及信號(hào)控制的。PSEN可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL門電路。4、EA/Vpp 內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源EA功能：正常工作時(shí)，EA為內(nèi)外ROM選擇端。80C51單片機(jī)ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內(nèi)，60KB在片外（80C31芯片無內(nèi)ROM，全部在片外）。當(dāng)EA保持高電平時(shí)，先訪問內(nèi)ROM，但當(dāng)PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過4KB（0FFFH）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外ROM中的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問外ROM，不管芯片內(nèi)有否內(nèi)ROM。對(duì)80C3

28、1芯片，片內(nèi)無ROM，因此EA必須接地。Vpp：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源Vpp。2.2.4輸出輸入引腳80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口,共32個(gè)引腳。所有4個(gè)端口都是雙向口，每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，即專用寄存器P0P3，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。1、P0口8位雙向I/O口在不并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器(包括并行擴(kuò)展I/O口)時(shí)，P0口可用作雙向I/O口。在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器(包括并行擴(kuò)展I/O口)時(shí)，P0口可用于分時(shí)傳送低8位地址(地址總線)和8位數(shù)據(jù)信號(hào)(數(shù)據(jù)總線)。位結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL門。 地址/數(shù)據(jù)VCC控制鎖存器DCPQ

29、QMUXV1V2P0.X引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳&1圖2-3 P0口位結(jié)構(gòu)2、P1口8位雙向I/O口8位準(zhǔn)雙向I/O口(“準(zhǔn)雙向”是指該口內(nèi)部有固定的上拉電阻)。P1口既可以作為8位并行輸入輸出口，又可以作為8位輸入/輸出端。CPU既可以對(duì)P1口進(jìn)行字操作，又可以進(jìn)行位操作。位結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。 P1口能驅(qū)動(dòng)為4個(gè)LSTTL門。VCC鎖存器P1.XDCPQQP1.X引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳內(nèi)部上拉電阻圖 2-4 P1口位結(jié)構(gòu)3、P2口8位準(zhǔn)雙向I/O口在不并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器(包括并行擴(kuò)展I/O口)時(shí)，P2口可用作雙向I/O口。在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器(包括并行擴(kuò)展I/O口)時(shí)，P

30、2口可用于傳送高8位地址(屬地址總線) ，P2口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL門。P2口的位結(jié)構(gòu)如圖2.5所示，引腳上拉電阻同P1口。鎖存器P2.XDCPQQ讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳VCCP2.X引腳內(nèi)部上拉電阻1地址控制MUX圖 2-5 P2口位結(jié)構(gòu)4、P3口8位準(zhǔn)雙向I/O口P3口具有多種功能。一方面與P1口一樣作為一般準(zhǔn)雙向輸入/輸出接口，具有字節(jié)操作和位操作二種工作方式；另一方面8條輸入/輸出線可以獨(dú)立地作為串行輸入/輸出口和其它控制信號(hào)線。P3口驅(qū)動(dòng)能力為4個(gè)LSTTL門。圖 2-6 P3口位結(jié)構(gòu)P3口各口線與專用功能： P3.0RXD：串行口輸入端; P3.1TXD：串行口輸出端; P

31、3.2INT0：外部中斷0請(qǐng)求輸入端; P3.3INT1：外部中斷1請(qǐng)求輸入端 P3.4T0：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部信號(hào)輸入端; P3.5T1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部信號(hào)輸入端; P3.6WR：外RAM寫選通信號(hào)輸出端; P3.7RD：外RAM讀選通信號(hào)輸出端。上述4個(gè)I/O口，各有各的用途。在不并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器(包括并行擴(kuò)展I/O口)時(shí)， 4個(gè)I/O口都可作為雙向I/O口用。在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器(包括并行擴(kuò)展I/O口)時(shí)，P0口專用于分時(shí)傳送低8位地址信號(hào)和8位數(shù)據(jù)信號(hào)，P2口專用于傳送高8位地址信號(hào)。P3口根據(jù)需要常用于第二功能，真正可提供給用戶使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端

32、線。2.3 中斷2.3.1中斷的概念CPU在處理某一事件A時(shí)，發(fā)生了另一事件B請(qǐng)求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生），CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B（中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)），待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷，如下圖2.7。圖2-7 中斷流程引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出的中斷請(qǐng)求。CPU暫時(shí)中斷原來的事務(wù)A，轉(zhuǎn)去處理事件B，對(duì)事件B處理完畢后，再回到原來被中斷的地方（即斷點(diǎn)），稱為中斷返回。實(shí)現(xiàn)上述中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)（中斷機(jī)構(gòu)）。見下圖2.8。圖2-8 中斷系統(tǒng)2.3.2 8051中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8

33、0C51的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源（8052有 6個(gè)） ，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷嵌套 。4個(gè)用于中斷控制的寄存器IE、IP、TCON和SCON用于控制中斷的類型、中斷的開/關(guān)和各種中斷源的優(yōu)先級(jí)別。5個(gè)中斷源有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源可以編程為高優(yōu)先級(jí)或低優(yōu)先級(jí)中斷，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)程序的嵌套。8051單片機(jī)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2.9所示。圖2-9 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3.3 中斷源8051單片機(jī)的5個(gè)中斷源包括：、引腳輸入的外部中斷源，三個(gè)內(nèi)部中斷源（定時(shí)器T0、T1的一處中斷源和串行口的發(fā)送/接受中斷源）。 (1)、IT0(TCON.0)外部中斷0()觸發(fā)方式控制位。IT0=0時(shí)，外部中斷

34、0程控為電平觸發(fā)方式；IT0=1時(shí)外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式。當(dāng)CPU檢測到P3.2引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號(hào)時(shí)，中斷標(biāo)志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請(qǐng)中斷。(2)、IT1(TCON.2)外部中斷1()請(qǐng)求類型控制位。IT1=0時(shí)，外部中斷1程控為電平觸發(fā)方式；IT1=1時(shí)外部中斷1為邊沿觸發(fā)方式。當(dāng)CPU檢測到P3.3引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號(hào)時(shí)，中斷標(biāo)志IE1(TCON.3)置1，向CPU申請(qǐng)中斷。(3)、TF0（TCON.5）片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷申請(qǐng)位，TF0實(shí)際上是T0中斷觸發(fā)器的一個(gè)輸出端。T0被允許計(jì)數(shù)以后，從初值開始加1計(jì)數(shù)，當(dāng)產(chǎn)生溢出時(shí)置TF0=1，向CPU請(qǐng)求中斷

35、，直到CPU響應(yīng)該中斷時(shí)才由硬件清0。(4)、TF1（TCON.7）片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷申請(qǐng)位。定時(shí)器T1被允許計(jì)數(shù)后，從初值開始加1計(jì)數(shù)，當(dāng)產(chǎn)生溢出時(shí)置TF1=1，向CPU請(qǐng)求中斷，直到CPU響應(yīng)該中斷時(shí)才由硬件清0。 (5)、RI（SCON.0）或TI（SCON.1）串行口中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位RI或當(dāng)串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位TI，向CPU申請(qǐng)中斷。2.3.4中斷控制(1)、中斷允許控制寄存器IE特殊功能寄存器IE為中斷允許寄存器，控制CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽（禁止），以及每個(gè)中斷源是否允許中斷。其格式為：表2-1 中斷控制

36、寄存器IE位76543210字節(jié)地址 A8HEAESET1EX1ET0EX0IE EX0(IE.0)：外部中斷0允許位；ET0(IE.1)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位； EX1(IE.2)：外部中斷0允許位；ET1(IE.3)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4)：串行口中斷允許位；EA (IE.7)：CPU中斷允許（總允許）位。(2)、中斷源優(yōu)先級(jí)設(shè)定寄存器IP80C51單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)都是由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP中的相應(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的 。表2-2 中斷優(yōu)先級(jí)位76543210字節(jié)地址 B8HPT2PSPT1PX1PT0PX0I

37、P PX0（IP.0）：外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT0（IP.1）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PX1（IP.2）：外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT1（IP.3）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PS （IP.4）：串行口優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT2 (IP.5) ：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。同一優(yōu)先級(jí)中的中斷申請(qǐng)不止一個(gè)時(shí)，則有中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)問題。同一優(yōu)先級(jí)的中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級(jí)形成，其排列如表2.3所示：表2-3 同優(yōu)先級(jí)中斷源等級(jí)序號(hào) 序號(hào)中斷源中斷標(biāo)志優(yōu)先級(jí)順序0外部中斷0IE0最高級(jí)最低級(jí)1定時(shí)器T0中斷TF02外部中斷1IE13定時(shí)器T1中斷TF14串行口中斷RI

38、或TI2.3.5中斷響應(yīng)條件中斷源有中斷請(qǐng)求；此中斷源的中斷允許位為1；CPU開中斷（即EA=1）。2.4 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器2.4.1定時(shí)器概述加1計(jì)數(shù)器輸入的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來源,一個(gè)是由系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；一個(gè)是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷允許時(shí)）。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)模式，則表示定時(shí)時(shí)間已到；如果工作于計(jì)數(shù)模式，則表示計(jì)數(shù)值已滿?？梢姡梢绯鰰r(shí)計(jì)數(shù)器的值減去計(jì)數(shù)初值才是加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值4。2.4.2定

39、時(shí)器控制字1、工作方式寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：表2-4 工作方式寄存器TMOD位76543210字節(jié)地址 89HGATEM1M0GATEM1M0TMOD各位功能如下：(1) GATE：門控位。GATE0時(shí)，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；GATA1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。即此時(shí)定時(shí)器的啟動(dòng)多了一條件。(2) ：定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。0為定時(shí)模式；=1為計(jì)數(shù)模式。(3) M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/

40、計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置。如下表2.5所示：表2-5 定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式設(shè)置表M1M0工作方式說 明00方式013位定時(shí)/計(jì)數(shù)器01方式116位定時(shí)/計(jì)數(shù)器10方式28位自動(dòng)重裝定時(shí)/計(jì)數(shù)器11方式3T0分成兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；T1此方式停止計(jì)數(shù)2.4.3控制寄存器TCONTCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如下：表2-6 控制寄存器TCON位76543210字節(jié)地址 88HTF1TR1TF0TR0TCON TOCN各位功能如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件

41、自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。2.4.4初始化程序?qū)MOD賦值，以確定T0和T1的工作方式9。計(jì)算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。

42、中斷方式時(shí)，則對(duì)IE(ET0/ET1)賦值，開放中斷。使TR0或TR1置位(TCON)，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)或計(jì)數(shù)。2.5 本章小結(jié)本章主要介紹了本次設(shè)計(jì)需要用到的MCS-51單片機(jī)的部分基本原理。第一，單片機(jī)的概述，介紹了單片機(jī)的定義和歷史；第二，以80C51為例，大致的介紹了單片機(jī)的基本組成原理；第三，介紹了單片機(jī)的40條引腳功能，特別對(duì)輸入輸出接口進(jìn)行了詳細(xì)的介紹；第四，介紹了單片機(jī)的一個(gè)重要部分：中斷。首先對(duì)中斷進(jìn)行了闡述，然后對(duì)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和中斷響應(yīng)條件進(jìn)行了介紹。第五，比較簡單的介紹了定時(shí)器。在對(duì)單片機(jī)的基本原理介紹的基礎(chǔ)上，接下來就是對(duì)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，以完成本次設(shè)計(jì)。第3章

43、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案3.1 采用STC89C52為核心的單片機(jī)控制方案。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實(shí)現(xiàn)基本的定時(shí)控制電源開關(guān)功能，還能添加時(shí)間設(shè)定，蜂鳴器報(bào)警提示等功能。3.2方案圖對(duì)于硬件部分的設(shè)計(jì)，本著簡單可靠的思想。本次設(shè)計(jì)的對(duì)象是針對(duì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，本電子定時(shí)器能定時(shí)給電器供電或斷電，其系統(tǒng)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)中主要用到：AT89C52單片機(jī)與晶振時(shí)鐘電路；繼電器；按鍵與LED顯示等。89C52單片機(jī)數(shù)碼管顯示時(shí)間設(shè)定電路繼電器控制電路系統(tǒng)復(fù)位電路圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.3 數(shù)碼管數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)

44、碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管。 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某

45、一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯

46、示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的

47、余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.4 硬件電路設(shè)計(jì)圖3-2 總體電路圖圖3-2 總體電路圖具體的說明如下：數(shù)碼管為分鐘，秒計(jì)時(shí)三個(gè)按鍵分別為選擇，計(jì)數(shù)加，計(jì)數(shù)減1 通電，默認(rèn)為15秒倒計(jì)時(shí)，如果不按按鍵，15秒倒計(jì)時(shí)結(jié)束，繼電器閉合，LED亮，蜂鳴器響2 通電，按選擇按鍵，可以選擇分鐘，秒計(jì)時(shí)設(shè)置，再按加，減，即可實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間設(shè)置3.5數(shù)碼管顯示電路使用四位一體的共陽數(shù)碼管，也能減少數(shù)碼管與單片機(jī)接口時(shí)所占用的I/O線的數(shù)目，在數(shù)碼管較

48、多的情況下，通常采用這樣方法。其原理如圖圖3-3 數(shù)碼管顯示電路四位數(shù)碼管實(shí)物圖如下： 圖3-4 數(shù)碼管實(shí)物圖四位數(shù)碼管，內(nèi)部的4個(gè)數(shù)碼管共用adp這8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗?個(gè)數(shù)碼管，所以它有4個(gè)公共端，加上adp，共有12個(gè)引腳，下面便是一個(gè)共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽的與之相反）。引腳排列依然是從左下角的那個(gè)腳（1腳）開始，以逆時(shí)針方向依次為112腳，下圖中的數(shù)字與之一一對(duì)應(yīng)。圖3-5 引腳排列3.6 設(shè)定時(shí)間電路設(shè)計(jì)按鍵使用方法有很多，因?yàn)橄到y(tǒng)按鍵較少，所以采用獨(dú)立按鍵。如圖圖3-6 鍵盤電路獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O

49、口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。圖中按鍵輸入均采用低電平有效，此外，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平。當(dāng)I/O口線內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路可不接上拉電阻。本系統(tǒng)使用P0口作為按鍵輸入口，所以需要上拉電阻。3.7 繼電器控制電源電路圖3-7 繼電器控制電源電路23繼電器采用松樂繼電器SRD5V系列，具體參數(shù)如下觸點(diǎn)形式：1C（SPDT）觸點(diǎn)負(fù)載： 3A 220V AC/30V DC阻 抗： 100m額定電流： 3A電氣壽命：10萬次機(jī)械壽命：1000萬次線圈參數(shù)：阻值(士10%)： 120 線圈功耗：0.2W 額定電壓：DC 5V 吸合電壓：DC 3.75V 釋放電壓：DC 0.5V 工作溫度：-25+70 絕緣電阻：100M 線圈與觸點(diǎn)間耐壓：4000VAC/1分鐘 觸點(diǎn)與觸點(diǎn)間耐壓：750VAC/1分鐘從上面的繼電器線圈參數(shù)得知，繼電器工作吸合電流為0.2W/5V=40mA或5V/12040mA。三極管的選擇：功率PCM：大于5V*繼電器電流 (5*40 mA = 0.2W)的兩倍；最大集電極電流（ICM）：大于繼電器吸合電流