多功能定时器的设计.doc

桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸编号： 毕业设计说明书题 目： 多功能定时器的设计 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 摘 要在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，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，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，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，可以任意设置控制时间长度，同时又可以进行时钟校准和定点打铃。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。关键词：单片机；定时器Abstract Time-controller is often used in our daily life and working time. Some time-control units used in the past are all designed by analog circuit, which timing accuracy and repeatability precision arent very good. Nowadays, with the increasing property and decreasing price of the Single-Chip Computer, the new generation products based on the digital technology are more widely applied from the complicated industrial processing control system which can accomplish the sophisticated control function to home appliance controller, even the childrens electronic toys. Thanks to its powerful and complex function associated with small size and light weigh ,the chip attached the proper interconnected chip can create various type of microelectronic products which has different function.With the rapidly development of the microelectronic technology, home appliances and office electronic instruments are growing step by step. It is unconvenient for using them because different apparatus has its own time-controller. Taken into account the real situation, a multi-purpose time-controller SCM has been designed, which can avoid the confusion of different time-controller and use a controller to regulate alternative apparatus, furthermore, time length can be set freely, check the clock as well as time-control belling at the same time. This kind of product needed by people is featured with intellectualized reduce the people labor pressure, expand the usage of digital scope and make it possible for family digitalization.Key words：single chip computer；time-control目 录引言11 绪论21.1 课题开发背景21.2 课题开发的意义21.3 课题实现的功能22 系统整体方案论证32.1 设计要求32.2 方案的论证与选择32.3 系统的设计方案33 52单片机的介绍和计数原理53.1 STC89C52的介绍103.2 计数原理103.2.1 定时/计数器的原理103.2.2 定时器/计数器方式寄存器TMOD和TCON114 硬件电路的设计144.1 输出电路的设计134.2 时钟电路的设计134.3 按键电路的设计144.4 复位电路的设计154.5 显示电路的设计164.5.1 12864液晶概述164.5.2 基本特性164.6串口通讯电路的设计184.6.1 串行接口的基本特点194.6.2 波特率的选择204.6.3 MAX232芯片简介215 系统软件的设计235.1 主程序235.2 子程序235.2 上位机流程图246 电路制作设计过程266.1 Protel 99 SE设计流程266.2 电路图的设计266.2.1电路原理图的设计266.2.2 PCB的设计276.3 电路板的制作277 结论29谢 辞30参考文献31附 录 132附 录 243附 录 344 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第45页 共44页引言单片机自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、PC机外围以及网络通讯等广大领域。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。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，构成了家用电器的定时控制系统，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。1 绪论1.1 课题开发背景单片微型计算机（Ship Chip Microcomputer）虽然只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了微机系统的含义。目前，单片机的应用已经相当广泛，其涉猎的领域更是多种多样。如：家用电器领域、办公室自动化领域、工业自动化、智能仪表与集成智能传感器传统的控制电路、汽车电子与航空航天电子系统等等。这些例子表明：单片机应用的意义绝不限于它的功能以及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法，从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已经使用单片机通过软件方法实现了。1.2 课题开发的意义为了解决多路对家用电器设备的控制和自由设定控制每路的时间长度等问题，本课题通过单片机、串口通讯协议等解决这些问题，对用电设备控制系统发展的智能化具有一定的指导作用。 1.3 课题实现的功能设计并制作一个多功能时间控制系统对多路家用电器或办公电子设备进行定时开关控制，本系统可以控制八路输出，每一个输出控制可以设定20个点的时间控制且每个时间点的长度可以单独设定.控制器可以和计算机串口相连，可以在计算机上设定多功能时间控制系统控制参数。 2 系统整体方案论证2.1 设计要求设计并制作一个多功能时间控制系统对多路家用电器或办公电子设备进行定时开关控制，本系统可以控制八路输出，每一个输出控制可以设定20个点的时间控制且每个时间点的长度可以单独设定.控制器可以和计算机串口相连，可以在计算机上设定多功能时间控制系统控制参数。（1）制作样机一台。（2）本系统可以控制八路输出，每一个输出控制可以设定20个点的时间控制且每个时间点的长度可以单独设定。（3）多功能时间控制系统需显示时间和工作状态，可以方便从按键输入控制参数。（4）可以和计算机通信，在计算机上设定参数，然后下载到控制器。2. 2 方案的选择和论证 定时器既可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬件结合实现，根据定时器的核心部件秒信号产生原理，通常有两种形式，如下所述： 方案一：采用数字电路的实现形式 采用NE555时基电路或其他振荡电路产生秒脉冲信号，作为秒加法电路的时钟信号，经过分频器分频，计数器的计数，可构成定时器。 方案二：采用基于单片机的实现形式 利用单片机的智能性，可方便地实现具有智能的电子设计。采用单片机作为核心控制芯片，方便可行。 认真比较这两种方案，第一种方案电路复杂，调试起来比较麻烦，费时。第二种方案相对来说容易实现，电路简单。所以选择方案二。2. 3 系统的设计方案本课程设计是基于ATMEL公司生产的STC89C52单片机为主而设计的,该系统可分为五部分：第一部分为时钟电路系统采用了11.0592M的晶振，第二部分为按键电路，第三部分为复位电路，第四部分为液晶显示电路，第五部分为串口通讯系统，控制器可以和计算机串口相连，可以在计算机上设定多功能时间控制系统控制参数。如图2-1所示。图2-1设计方案流程图3 52单片机的介绍和计数原理3.1 STC89C52单片机的介绍STC89C52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容。功能强大的STC89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。STC89C52单片机属于51单片机的增强型，采用Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。其封装形式主要有三种，即PDIP、PLCC、PQFP/TQFP。本设计主要采用最常用的PDIP形式的封装元件。各种封装形式如图3-1所示： 图3-1 STC89C52的几种封装形式STC89C52主要工作特性是：片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；片内数据存储器内含256字节的RAM；具有32根可编程I/O口线，3个可编程定时器，中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构，串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；具有一个数据指针DPTR；低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定位；STC89C52工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；STC89C52最高工作频率为24MHz。单片机正常工作时，还需要有一个时钟电路和一个复位电路。STC89C52主要功能特性如表3-1所示：表3-1 主要功能特性兼容了MCS51指令系统8k可反复擦写(1000次）Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM时钟频率0-24MHz3个16位可编程定时/计数器中断2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能与Atmel的对比表如表3-2所示：表3-2 与Atmel的对比表STC89C52RC单片机AT89S52单片机8K字节程序存储空间8K字节程序存储空间512字节数据存储空间256字节数据存储空间内带4K字节EEPROM存储空间没有内带EEPROM存储空间可直接使用串口下载STC89C52各引脚功能及管脚电压STC89C52为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为LCD1602的数据传输端口，分别与LCD12864的双向数据传输端口相连接。其引脚如图3-2所示 图3-2 STC89C52引脚图(1) 各管脚的作用P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与STC89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能P3口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3-3所示。此外，P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。表3-3 STC89C52 P3.0的第二功能RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。(2) 特殊功能寄存器在STC89C52 片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE），SFR的地址空间映象如表3-4所示。并非所有的地址都被定义，从80HFFH 共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。STC89C52除了与AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。定时/计数器2 的控制和状态位位于T2CON、T2MOD，寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2 在16 位捕获方式或16 位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。(3) 数据存储器STC89C52 有256个字节的内部RAM，80H-FFH 高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0A0H（即P2口）地址单元。MOV 0A0H，#data间接寻址指令访问高128字节RAM，例如，下面的间接寻址指令中，R0的内容为0A0H，则访问数据字节地址为0A0H，而不是P2口（0A0H）。MOV R0，#data堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高128位数据RAM亦可作为堆栈区使用。(4) 定时/计数器定时器0和定时器1：STC89C52的定时器0和定时器1 的工作方式与AT89C51 相同。定时器2：定时器2是一个16 位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，工作方式由特殊功能寄存器T2CON表3-5的C/T2位选择，其特殊功能寄存器T2CON的控制如表3-4所示。定时器2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON的控制位来选择。定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2寄存器的值加1，由于一个机器周期由12个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/12。在计数工作方式时，当T2引脚上外部输入信号产生由1至0的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0，则在紧跟着的下一个周期的S3P1期间寄存器加1。由于识别1至0的跳变需要2个机器周期（24个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24。为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。表3-4 STC89C52定时器2工作方式（5）中断STC89C52 共有6 个中断向量：两个外中断（INT0 和INT1），3 个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE 的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。IE也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。表3-5中的IE.6为保留位，在STC89C51中IE.5 也是保留位。程序员不应将“1”写入这些位，它们是将来STC89 系列产品作为扩展用的。定时器2的中断是由T2CON中的TF2和EXF2逻辑或产生的，当转向中断服务程序时，这些标志位不能被硬件清除，事实上，服务程序需确定是TF2或EXF2 产生中断，而由软件清除中断标志位。定时器0和定时器1的标志位TF0和TF1在定时器溢出那个机器周期的S5P2状态置位，而会在下一个机器周期才查询到该中断标志。然而，定时器2的标志位TF2在定时器溢出的那个机器周期的S2P2状态置位，并在同一个机器周期内查询到该标志。表3-5 中断允许寄存器（IE）3.2 计数原理80C51单片机内部设有两个16位的可编程定时器/计数器。可编程的意思是指其功能（如工作方式、定时时间、量程、启动方式等）均可由指令来确定和改变。在定时器/计数器中除了有两个16位的计数器之外，还有两个特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。16位的定时/计数器分别由两个8位专用寄存器组成，即：T0由TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。其访问地址依次为8AH-8DH。每个寄存器均可单独访问。这些寄存器是用于存放定时或计数初值的。此外，其内部还有一个8位的定时器方式寄存器TMOD和一个8位的定时控制寄存器TCON。这些寄存器之间是通过内部总线和控制逻辑电路连接起来的。TMOD主要是用于选定定时器的工作方式；TCON主要是用于控制定时器的启动停止，此外TCON还可以保存T0、T1的溢出和中断标志。当定时器工作在计数方式时，外部事件通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）输入。3.2.1定时计数器的原理：16位的定时器/计数器实质上就是一个加1计数器，其控制电路受软件控制、切换。 当定时器/计数器为定时工作方式时，计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生，即每过一个机器周期，计数器加1，直至计满溢出为止。显然，定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。因一个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率f=1/12osc。如果晶振为12MHz，则计数周期为：T=1/（12106）Hz1/12=1s这是最短的定时周期。若要延长定时时间，则需要改变定时器的初值，并要适当选择定时器的长度（如8位、13位、16位等）。 当定时器/计数器为计数工作方式时，通过引脚T0和T1对外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平。若一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。此后的机器周期S3P1期间，新的计数值装入计数器。所以检测一个由1至0的跳变需要两个机器周期，故外部事年的最高计数频率为振荡频率的1/24。例如，如果选用12MHz晶振，则最高计数频率为0.5MHz。虽然对外部输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某给定电平在变化前至少被采样一次，外部计数脉冲的高电平与低电平保持时间均需在一个机器周期以上。 当CPU用软件给定时器设置了某种工作方式之后，定时器就会按设定的工作方式独立运行，不再占用CPU的操作时间，除非定时器计满溢出，才可能中断CPU当前操作。CPU也可以重新设置定时器工作方式，以改变定时器的操作。由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。 综上所述，我们已知定时器/计数器是一种可编程部件，所以在定时器/计数器开始工作之前，CPU必须将一些命令（称为控制字）写入定时/计数器。将控制字写入定时/计数器的过程叫定时器/计数器初始化。在初始化过程中，要将工作方式控制字写入方式寄存器，工作状态字（或相关位）写入控制寄存器，赋定时/计数初值。 控制寄存器 定时器计数器T0和T1有2个控制寄存器-TMOD和TCON，它们分别用来设置各个定时器计数器的工作方式，选择定时或计数功能，控制启动运行，以及作为运行状态的标志等。其中，TCON寄存器中另有4位用于中断系统。3.2.2定时器/计数器方式寄存器TMOD和TCON：定时器方式控制寄存器TMOD在特殊功能寄存器中，字节地址为89H，无位地址。TMOD的格式如图3-3所示：图3-3 TMOD格式由图可见，TMOD的高4位用于T1，低4使用于T0，4种符号的含义如下：GATE：门控制位。GATE和软件控制位TR、外部引脚信号INT的状态,共同控制定时器/计数器的打开或关闭。C/T：定时器/计数器选择位。C/T1，为计数器方式；C/T0，为定时器方式。M1M0：工作方式选择位，定时器/计数器的4种工作方式由M1M0设定，如表3-6所示：表3-6 M1M2工作方式M0 M1工作方式功能描述0 0工作方式013位计数器0 1工作方式116位计数器1 0工作方式2自动再装入8位计数器1 1工作方式3T0分成两个独立的8位计数器，T1没有工作方式3定时器/计数器方式控制寄存器TMOD不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置定时器工作方式，低半字节定义为定时器0，高半字节定义为定时器1。复位时，TMOD所有位均为0。TCON在特殊功能寄存器中，字节地址为88H，位地址(由低位到高位)为88H一8FH，由于有位地址，十分便于进行位操作。TCON的作用是控制定时器的启、停，标志定时器溢出和中断情况。TCON的格式如图3-4所示。其中，TFl，TRl，TF0和TR0位用于定时器/计数器；IEl，ITl，IE0和IT0位用于中断系统。8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88HTF1TR1TF0TF0IE1IT1IE0IT0图3-4 TCON的格式各位定义如下：TF1：定时器1溢出标志位。当字时器1计满溢出时，由硬件使TF1置“1”，并且申请中断。进入中断服务程序后，由硬件自动清“0”，在查询方式下用软件清“0”。TR1：定时器1运行控制位。由软件清“0”关闭定时器1。当GATE=1，且INT1为高电平时，TR1置“1”启动定时器1；当GATE=0，TR1置“1”启动定时器1。TF0：定时器0溢出标志。其功能及操作情况同TF1。TR0：定时器0运行控制位。其功能及操作情况同TR1。IE1：外部中断1请求标志。IT1：外部中断1触发方式选择位。IE0：外部中断0请求标志。IT0：外部中断0触发方式选择位。TCON中低4位与中断有关，我们将在下节课讲中断时再给予讲解。由于TCON是可以位寻址的，因而如果只清溢出或启动定时器工作，可以用位操作命令。例如：执行“CLR TF0”后则清定时器0的溢出；执行“SETB TR1”后可启动定时器1开始工作（当然前面还要设置方式定）。4 硬件电路的设计4.1 输出电路的设计本次设计采用蜂鸣器报警，其结构如图4-1所示。蜂鸣器俗称喇叭，是广泛运用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、报警、音乐等许多场合。该蜂鸣器低电平有效，即发出短报警声，则表明某路电器计时完成，若计时20秒的实时时间到，或者八路电器全部完成，则报警器发出长报警声。图4-1 输出电路4.2 时钟电路的设计时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。电路图如4-2所示：图4-2 时钟电路MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚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，就构成一个稳定的自激振荡器。电路中的电容C1和C2的典型值通常取为30pF左右，对外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响石英晶体振荡器频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡器的频率范围通常是在1.2MHz-12MHz之间，晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快，晶振和电容应该尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定，可靠地工作，为了提高温度稳定性，应该采用温度稳定性能很好的电容。4.3 按键电路的设计按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。即每个按键电路是独立的，都有单独一根数据线输出键的通断状态。该独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。电路图如4-3所示：图4-3 按键电路K6，P2.5口表示主信息界面，从主信息页面进入功能操作界面。K5，P2.4口表示光标移位键，按键选择要调整电器序号。 K4, P2.3口表示数字“+”键，按一下则对电器控制时间加1。K3, P2.2口表示开始，停止切换键，按一下则开始计时或停止计时操作。K2，P2.1口表示每个电器设定时间和计时时间的界面，按一下则从执行界面切换到电器设定和计时界面。4.4 复位电路的设计单片机的复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。上电复位：上电复位电路是种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。在单片机启动0.1s后，电容c两端的电压持续充电为5v，这时10k电阻两端的电压接近于0v，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5v释放变成1.5v，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5v，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。电路图如下：图4-4 复位电路4.5 显示电路的设计4.5.1 12864液晶概述 本设计采用的是12864液晶显示，LCD具有功耗低、体积小、重量轻、轻薄等许多其他显示器无法比拟的优点，近几年来广泛用于单片机控制的之呢过仪器、仪表和低功耗电子产品中。液晶显示材料最常见的用途是电子表和计算器的显示板，这种液态光电显示材料，利用液晶的电光效应把电信号转换成字符、图像等可见信号。液晶在正常情况下，其分子排列很有秩序，显得清澈透明，一旦加上直流电场后，分子的排列被打乱，一部分液晶变得不透明，颜色加深，因而能显示数字和图像。128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。4.5.2 基本特性 表4-1 基本特性低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）显示分辨率:12864点内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)内置 128个168点阵字符2MHZ时钟频率显示方式：STN、半透、正显驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS视角方向：6点背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10通讯方式：串行、并口可选内置DC-DC转换电路，无需外加负压无需片选信号，简化软件设计工作温度: 0 至 +55 ,存储温度: -20 至 +60串行接口如表4-2所示：表4-2 串行接口管脚号名称电平管脚功能1VSS0V电源地2VDD+5V电源正（3.0V5.5V）3V0对比度（亮度）调整4CSH/L模组片选端，高电平有效5SIDH/L串行数据输入端6CLKH/L串行同步时钟：上升沿时读SID数据15PSBLL：串口方式（见注释1）17/RESETH/L复位端：低电平有效（见注释2）19AVDD背光源电压+5V（见注释3）20KVSS背光源负端0V（见注释3）模块接口说明：*注释1：如在实际应用中仅使用串口通讯模式，可将PSB接固定低电平，也可以将模块上的J8和“GND”用焊锡短接。*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。*注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。并行接口如表4-3所示：表4-3 并行接口管脚号管脚名称电平管脚功能1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效（见注释2）18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）（见注释3）20KVSS背光源负端（见注释3）*注释1：如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平，也可以将模块上的J8和“VCC”用焊锡短接。*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。*注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。四.模块主要硬件构成说明4.5.3 显示电路图显示电路的原理图图4-5所示：图4-5 显示电路图4.6 串口通讯电路的设计串口通讯对单片机而言意义重大，不但可以实现将单片机的数据传输到计算机端，而且也能实现计算机对单片机的控制。由于其所需电缆线少，接线简单，所以在较远距离传输中，得到了广泛的运用。MCS-51系列单片机上有一个通用异步接收/发送器UART，通过引脚RXDP3O和TXDP31可与外音B电路进行全双工的串行异步通信，发送数据时由TXD端送出，接收时数据由RXD端输入。4.6.1串行接口的基本特点MCS-51单片机的串行端口有4种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满足不同场合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机的I/O电路；工作方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2、3除有方式1的功能外，还可以作多机通信，以构成分布式多微机系统。 串行端口有两个控制寄存器SCON、PCON，用于设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送波特率每秒传送的位数以及作为中断标志等。串行端口有一个数据寄存器SBUF在特殊功能寄存器中的字节地址为99H，该寄存器为发送和接收所共用。串行端口的波特率可以用程序来控制。在不同工作方式中，由时钟振荡频率的分频值或由定时器T1的定时溢出时间确定，使用十分方便灵活。（1）串口控制寄存器 输入：在(REN)=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至O的跳变时，确认是串行发送来的一帧数据的开始位0，从而开始接收一帧数据。只有当8位数据接收完，并检测到高电平停止位后，只有满足(R1)=0；(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时，停止位才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。所以在方式1接收时，应先用软件清零RI和SM2标志。 方式2 方式2为固定波特率的11位UART方式。它比方式1增加了一位可程控为1或0的第9位数据。输出：发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位，附加的第9位来自SCON寄存器的TB8位，用软件置位或复位。它可作为多机通讯中地址数据信息的标志位，也可以作为数据的奇偶校验位。当CPU执行一条数据写入SUBF的指令且TI=0时，就启动发送器发送。发送一帧信息后，置位中断标志TI。 输入：在(REN)=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至0的跳变时，确认是串行发送来的一帧数据的开始位0，从而开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后，当满足(RI)：0；(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志Ri；否则信息丢失。且不置位RI。 工作方式3方式3为波特率可变的11位UART方式。除波特率外，其余与方式2相同。（2）波特率的选择如前所述，在串行通讯中，收发双方的数据传送率(波特率)要有一定的约定。在MCS-51串行口的四种工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率控制。 方式0方式0的波特率固定为主振频率f的1/12。 方式2 方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定，可表示为：波特率=2sMoDfosc64也就是当SMOD=1时，波特率为132fosc，当SMOD=0时，波特率为164fosc。 方式1和方式3定时器T1作为波特率发生器，其公式如下：波特率=2SMOD32定时器T1溢出率T1溢出率=T1计数率产生溢出所需的周期数式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工