采用单片机的倒计时钟的设计.doc

采用单片机的倒计时钟的设计 绪论 在生活和生产的各领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想像到的地方几乎都有使用单片的需求。现在尽管单片机的应用已经很普遍了，但仍有许多可以用单片机控制而尚未实现的项目，因此，单片机的应用大有想像和拓展空间。 单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。 但是，单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于：单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须有模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能使用单片机通过软件（编程序）方法实现了。这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为微控制技术。微控制技术是一种全新的概念，是对传统控制技术的一次革命。随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。 近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 模拟多通道压力系统是利用压力传感器采集当前压力并反映在显示器上，它可以分析压力过量程，并发出报警。并采用电子秤原理可根据输入单价准确的计算出物体的金额。本篇论文讨论了简单的倒计时器的设计与制作 ，对于倒计时器中的四位led数码显示器来说，我为了简化线路、降低成本，采用以软件为主的接口方法，即不使用专门的硬件译码器，而采用软件程序进行译码。 二、单片机原理与发展 2.1单片机的发展 1946年第一台电子计算机诞生至今，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管晶体管集成电路大规模集成电路，使得计算机体积更小，功能更强。特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。 单片机诞生于20世纪70年代，象fairchild公司研制的f8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(center processing unit,也即常称的cpu)和数据存储器(ram)、程序存储器(rom)及其他i/o通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及a/d转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。 20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把cpu、ram有的还包括了一些简单的i/o口集成到芯片上，象fairchild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有zilog公司的z80微处理器。 1976年intel公司推出了mcs-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。 在mcs-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，象zilog公司的z8系列。到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，象intel公司的mcs-51系列，motorola公司的6801和6802系列，rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名电气公司nec和hitachi都相继开发了具有自己特色的专用单片机。 80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了cpu、ram、rom、数目繁多的i/o接口、多种中断系统，甚至还有一些带a/d转换器的单片机，功能越来越强大，ram和rom的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kb，可以说，单片机发展到了一个新的平台 单片机诞生于20世纪70年代末，经历了scm、mcu、soc三大阶段。 1.scm即单片微型计算机（single chip microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了scm与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，intel公司功不可没。 2.mcu即微控制器（micro controller unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展mcu的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，intel逐渐淡出mcu的发展也有其客观因素。在发展mcu方面，最著名的厂家当数philips公司。 philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将mcs-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记intel和philips的历史功绩。 3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向mcu阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了soc化趋势。随着微电子技术、ic设计、eda工具的发展，基于soc的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。到现在市场上8位，16位单片机系列有很多，但是目前在国内使用较多的系列是intle公司的产品，其中又以mcs-51系列单片机应用尤为广泛，20年经久不衰，而且还在进一步发展，价格越来越低，性能越来越好。2.2 at89s51单片机内，外结构at89s51是一个低功耗，高性能cmos 8位单片机，片内含4k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写1000次的flash只读程序存储器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和isp flash存储单元，功能强大的微型计算机的at89s51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 at89s51具有如下特点：40个引脚，4k bytes flash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/o）口，4个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，内部集成看门狗计时器片内时钟振荡器。89s51相对于89c51增加的新功能包括： - 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89c51更低！ - isp在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 - 最高工作频率为33mhz，大家都知道89c51的极限工作频率是24m，就是说s51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 - 具有双工uart串行通道。 - 内部集成看门狗计时器，不再需要像89c51那样外接看门狗计时器单元电路。 - 双数据指示器。 - 电源关闭标识。- 全新的加密算法，这使得对于89s51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 - 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89c51等等早期mcs-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89c51还是mcs-51等等），在89s51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。 因此我们选用at89s51单片机来作为本系统的核心部分。 下图为89s51的核心电路框图：三、程序设计 3.1时间产生org 000bh lgmp timerstart: mov 53h, #10 mov 54h, #10s12： mov tmod, #01h mov tho, #0bdh mov tl0，#0c0h mov 1e, #82htimer:djnz r7， a2 mov th0，#0bdh mov tl0，#0c0h mov r7, #16 djnz 20h, #a2 mov 20h, #10 djne 21h, a2 mov 21h #10a2： reti3.2 时间显示mov a .20mov dptr, #tablemovc a, a+dptrmov p1， amov p2，02hlcall delaymov a, 21hmovc a, a+dptrmov p1, a mov p2， #01hlcall deldy3.3 时间调整 m1: jnb p3.3， m1 jnb p3.6， m31 ljmp m3 m31: lcall delay 10ms jnb p3.6， m32 ljmp m3 m32: mov r2, 20h cjne r2, #1, l6 mov 20h, #10 sjmp m3 l6: dec 20h mov 53h, 20h m3: jnb p3.7, l81 sjmp l8 l81: lcall delay 10ms jnb p3.7, l82 l82: mov r3, 21h cjne r3, #1, l7 mov r2, 20h cjne r2, #1, l8 mov 20h, #10 mov 21h, #10 sjmp l8h2: ljmp q1l7: dec 21h mov 54h, 21hl8: jnb p3.3, m51 ljmp m5m51: lcall delay 10ms lcall delat 10ms jnb p3.3, h2 ljmp m5四、硬件设计 4.1复位电路 复位电路产生复位信号，复位信号送入rst后还要送至片内的施密特触发器，由片内复位电路在每个机器周器的s5p2时刻对触发器输出采样信号，然后由内部复位电路产生复位操作所要的信号。一般的复位电路可分为上电自动复位和按键复位，我们在此选用的是上电复位。： 上电自动复位原理：rst引脚是复位信号的输入端，只要高 电平的复位信号持续两个机器周期以上的有效时间，就可以使单片机上电复位。上电自动复位是通过电容充电实现的，上电瞬间，rst端电位与vcc相同，随充电电流的减少，rst的电位逐渐下降，直到复位信号无效。按键复位在此不在作过多的介绍，其原理和上电复位是相同的。但其采用的是脉冲复位电路和电平复位电路两种。 复位电路和单片机最小系统如下图所示： 4.2显示电路通常在显示上采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，另一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多，所耗得电能较大；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中，为了减少端口资源，降低电能消耗，采用的是动态显示方法。 本系统的倒计时时间的最大范围是9999秒，要求精确到秒，显示格式是9999/999/99/9。从格式可知数码管显示电路要用到4位数码管。考虑到数码管的段和位比较多，本系统选了两个4位一体的共阳数码管和一个一位的共阳数码管。数码管有段选和位选控制，在此电路中有8个位选，8个段选，分别用单片机的p0口和p1进行8个位的控制。4.3控件电路键盘是微机应用系统中使用最广泛的一种数据输入设备，按照键盘按键的结构形式，可分为独立式键盘和矩阵式键盘。此次采用的是独立式键盘，此键盘控制电路主要适用于调整时间，电路图如下结束语结束语 通过本次设计，使我认识并了解了基本的设计开发过程，在这过程中，我的身边的同学们给了我很多的启示和帮助，而且我觉的对以前不了解的单片机知识有了一个更高更深的了解。我相信我所学的东西在以后的工作学习中会起很大的作用。 参考文献1.李广弟等编著，单片机基础，北京航空航天大学出版社，2001年7月。 2.马长芳等编著，新型集成电路及其应用实例科学出版社，2002年11月。 3.鲍宏亚等编著，mcs-51系列单片机应用系统中国宇航出版社，2005年9月。4.吴金戌等编著，8051单片机实践与应用清华大学出版社，2005年8月。 5.陈炜钟实、洪明、隋元主编 人民邮电出版社，1998年9月6.李全利 迟荣强 单片机原理及接口技术北京高等教育出版社 2004年1月 7.李光才 楼然笛单片机课程设计 实例指导北京航空航天大学出版社，2004年 8.谷树忠 闫胜利 主编 电子工业出版社，2005年2月附录 1源程序 org 00h ajmp start org 30h start: mov r0,#09h mov r1,#09h mov r2,#09h mov r6,#09h mov dptr,#tab main: mov r7,#200loop: lcall disp djnz r7,loop lcall add1 ajmp main disp: mov a,r0 orl p2,#00001110b anl p2,#11111110b movc a,a+dptr mov p1,a lcall delay mov a,r1 orl p2,#00001101b anl p2,#11111101b movc a,a+dptr mov p1,a lcall delay mov a,r2 orl p2,#00001011b anl p2,#11111011b movc