毕业设计2AT89C51单片机采用40Pin封装的双列直接DIP结构.doc
毕业设计2AT89C51单片机采用40Pin封装的双列直接DIP结构
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电气电子毕业设计论文
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毕业设计2AT89C51单片机采用40Pin封装的双列直接DIP结构,电气电子毕业设计论文
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湖南理工学院课程设计 第 1 页 共 11 页 1. 引言 近年来随着科技的飞速发展，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 日新月异更新 。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 随着生活水平的上升，现代家庭拥有多种电器。如冰箱，洗衣机，彩电，空调等等。这些电器的开关总是有一定的规律，所以我们可以对它们进行定时开关设计。本设计把你从这些烦琐的开关小事中解放出来。让你享受更高水平的控制技术给您带来的方便。 本系统采用 MSC-51 系列单片机 AT89C51 和可编程并行 I/O 接口芯片 8255A 为中心器件来设计 多功能 控制器，实现了 对多路电路的 开关的控制 ；显示时间直接通过 8255 的 PA、 PB 口 输出； 输入时间和所控制的电路选择有按键控制；系统 实用性强 、 操作简单 、显示界面人性化 。 未来家庭一定是一个自动化程度很高，控制技术得到非常广泛的应用。多功能时间控制器应用领域非常广泛。 2. 单片机概述 单片机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。一块单片机芯片就是具有一定规模的微型计算机系统。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央 处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。 单片机经过几代的发展，目前的单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU 功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗。目前在智能仪器，工业控制，家用电器，机电一体化。网络通信等领域都应用到了。而我们的十字路口交通灯的控制就是单片机在日常生活中的一个典型的应用。 3 芯片的选择与简介 3.1 AT89C51 芯片简介 AT89C51单片机采用 40Pin封装的双列直接 DIP结构， 下 图是它们的引脚配置， 40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4组 8位共 32个 I/O口，中断口线与 P3口线复用。 引脚说明如下 图（ 3.1.1） : 图（ 3.1.1） AT89C51的引脚图 nts湖南理工学院课程设计 第 2 页 共 11 页 VCC AT89C51 电源正极输入，接 +5V 电压。 GND 电源接地端。 XTAL1 接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，些引脚应接地。 XTAL2 接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端 和内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。 RST AT89C51 的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片又时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间， AT89C51 便能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。 ALE/PROG ALE 是表示允许地址锁存允许信号。当访问外部存储器时， ALE 信号负跳变来触发外部的 8 位锁存器 (如 74LS373)，将端口 P0 的地址总线(A0-A7)锁存进入锁存器中。在非访问外部 存储器期间， ALE 引脚的输出频率是系统工作频率的 1/16，因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。当问外部存储器期间，将以 1/12 振荡频率输出。 EA/VPP 该引脚为低电平时，则读取外部的程序代码 (存于外部 EPROM 中 )来执行程序。因此在 8031 中， EA 引脚必须接低电位，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 AT89C51 或其它内部有程序空间的单片机时，此引脚接成高电平使程序运行时访问内部程序存储器，当程序指针 PC 值超过片内程序存储器地址 (如 051/8751/89C51 的 PC 超过 0FFFH)时，将自动转向外部程序存储器继续运行。 此外，在将程序代码记录至 8751 内部 EPROM、 89C51 内部 FALSH 时，可以利用此引脚来输入提供编程电压（ 8751 为 2lV、 AT89C51 为 12V、 8051 是由生产厂方一次性加工好 )。 AT89C51 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。此外， EA/Vpp还是一复用脚， Vcc 掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM的数据不丢失。 如图 (3.1.2): 图 (3.1.2): PSEN 此为 Program Store Enable的缩写。访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次 PSEN 信号。在执行片内程序存储器指令时，不产生 PSEN 信号，在访问外部数据时，亦不产生 PSEN 信号。 P0 P0口 (P0.0P0.7)是一个 8 位漏极开 路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线（低 8 位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向 I O 口用。 P0 口每一个引脚可以推动 8 个 LSTTL 负载。 nts湖南理工学院课程设计 第 3 页 共 11 页 P2 P2 口 (P2.0P2.7)口是具有内部提升电路的双向 I/0 端口 (准双向并行 I/O 口 )，当访问外部程序存储器时，它是高 8 位地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向 I O 口用。每一个引脚可以推动 4 个 LSTL 负载。 P1 P1 口 (P1.0P1.7)口是具有内部提升电路的双向 I/0 端口 (准双向并行 I/O 口 )，其输出可以推动 4 个 LSTTL 负载。仅供用户作为输入输出用的端口。 P3 P3 口 (P3.0P3.7)口是具有内部提升电路的双向 I/0 端口 (准双向并行 I/O 口 )，它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能。 其特殊功能引脚分配如下： P3.0 RXD 串行通信输入 P3.1 TXD 串行通信输出 P3.2 INT0 外部中断 0 输入，低电平有效 P3.3 INT1 外部中断 1 输入，低电平有效 P3.4 T0 计数器 0 外部事件计 数输入端 P3.5 T1 计数器 1 外部事件计数输入端 P3.6 WR 外部随机存储器的写选通，低电平有效 P3.7 RD 外部随机存储器的读选通，低电平有效 3.2 8255 芯片简介 3.2.1 8255 可编程并行接口芯片简介 : 8255A 是一个具有 3 个 8 位数据口（即 A 口、 B 口、 C 口，其中 C 口还可作为两个 4 位口来使用）的并行输入 /输入端口的接口芯片，它为 CPU 与外部设备提供了 TTL 电平兼容并行接口。三个数据口均可用软件来设置成输入口或输出口，与外设相连。 C 口具有按位置位 /复位的功能，为按位控制提供 了强有力的支持。 8255A具有 3种工作方式，即方式 0，方式 1，方式 2。可适应 CPU 与外设间的多种数据传送方式，如查询方式和中断方式等，以满足用户的各种应用要求。 8255A具有两条功能强、内容丰富的控制命令（方式字和控制字），为用户根据外界条件（ I/O 设备需要哪些信号线以及它能提供哪些状态线）来使用 8255A构成多种接口电路和提供灵活方便的编程环境。 8255A执行命令过程中和执行命令完毕之后，所产生的状态可保留在状态字中以便查询。 8255A的 C口是一个特殊的端口，除作数据口外，当 工作在方式 1和方式 2时，利用对 C 口的按位控制可为 A、 B 口提供专门的联络控制信号；在 CPU 读取8255A状态时， C口可作为方式 1和方式 2 的状态字。 8255A 芯片内部主要由控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器组成，因此以后的编程主要是对这三类寄存器进行访问。 3.2.2 8255A 的内部结构 8255A 内部结构由三部分组成：外设接口部分 (通道 A、 B、 C)；内部逻辑部分 (A 组和 B 组控制电路 )和 CPU 接口部分 (数据总线缓冲器，读 /写控制逻辑 )。 8255A 内部结构方框图 (3.2.1) nts湖南理工学院课程设计 第 4 页 共 11 页 图 (3.2.1) 8255 可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即 A 口、 B 口和 C 口，对应于引脚 PA7 PA0、 PB7 PB0 和 PC7 PC0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常 A 口、 B 口作为输入输出的数据端口。 C 口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端口，每个端口包含一个 4 位锁存器。它们分别与端口 A配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。 3.2.3 8255 可编程并行接口芯片方式控制字格式说明 : 8255 有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是 C 口按位置位复位控制字。其中 C 口按位置位复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料。 方式控制字格式说明如 下图 (3.2.2)： 图 (3.2.2) D7：设定工作方式标志，“ 1”有效。 D6、 D5： A口方式选择 0 0 方式 0 0 1 方式 1 1 方式 2 D4： A口功能 （ 1=输入， 0=输出） D3： C口高 4位功能 （ 1=输入， 0=输出） D2： B口方式选择 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B口功能 （ 1=输入， 0=输出） D0： C口低 4位功能 （ 1=输入， 0=输出） 8255 可编程并行接口芯片工作方式说明 : 方式 0： 方式 0 是一种基本输入或输出方式，该方式适合于通信双方不需要nts湖南理工学院课程设计 第 5 页 共 11 页 联络信号（应答信号）的简 单输入 /输出场合， CPU 可以随时用输入 /输出指令对指定端口进行读写操作。 方式 1：选通输入 输出方式。这时 A 口或 B 口的 8 位外设线用作输入或输出， C 口的 4 条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。 方式 2 ：双向总线方式。只有 A 口具备双向总线方式， 8 位外设线用作输入或输出，此时 C 口的 5 条线用作通讯联络信号和中断请求信号。 3.3 DS12887 时钟芯片 3.3.1 特点 ： 可作为 IBM AT 计算机的时钟和日历 与 MC14681B和 DS1287 的管脚兼容 在没有外部电源的情况下可工作 10年 自带晶体振荡器及电池 可计算到 2100 年前的秒、分、小时、星期、日期、月、年七种日 历信息并带闰年补偿 用二进制码或 BCD 码代表日历和闹钟信息 有 12和 24小时两种制式， 12小时制时有 AM和 PM提示 可选用夏令时模式 可以应用于 MOTOROLA 和 INTEL两种总线 数据 /地址总线复用 内建 128字节 RAM 14字节时钟控制寄存器 114字节通用 RAM 可编程方波输出 总线兼容中断（ /IRQ） 三种可编程中断 时间性中断可产生每秒一次直到每天一次中断 周期性中断 122ms 到 500ms 时钟更新结束中断 3.3.2 管脚名称： AD0 AD7地址 /数据复 用总线 NC空脚 MOT总线类型选择（ MOTOROLA/INTEL） CS片选 AS ALE R/W在 INTEL总线下作为 /WR DS在 INTEL总线下作为 /RD RESET复位信号 IRQ中断请求输出 SQW方波输出 上电 /掉电： 当 VCC 高于 4.25V200ms 后，芯片可以被外部程序操作；当 VCC 低于 4.25Vnts湖南理工学院课程设计 第 6 页 共 11 页 时，芯片处于写保护状态（所有的输入均无效），同时所有输出呈高阻状态；当VCC低于 3V时，芯片将自动把供电方式切换为由内部电池供电。 3.3.3 管脚功能： MOT（总线模 式选择）当此脚接到 VCC时，选用的是 MOTOROLA总线时序；当它接到地或不接时，选用的是 INTEL总线时序。 SQW（方波输出）当 VCC低于 4.25V时没有作用。 AD0 AD7（双向数据 /地址复用总线） AS（地址锁存） ALE DS（ Data Strobe or Read Input） RD 当系统选择的是 INTEL 总线模式时， DS 被称作 RD。当它有效时表示 DS12887 正在往总线输出数据。 RD信号线在有贮器芯片上被称作 OE信号线。 R/W（ Read/Write Input） WR CS(片选输入 ) CS 当 VCC 低于 4.25V 时， DS12887 从内部禁止对外部 CS 的操作。此时时钟和 RAM都被保护起来。 IRQ（中断请求输出） 当中断状态位和对应的中断允许位有效时， IRQ的输出保持为低。复位和读 C寄存器都可以清除 IRQ 中断信号。没有中断时， IRQ呈高阻状态，其他中断源还可以挂接到中断总线上，由于 IRQ是漏极输出，所以需要外接上拉电阻。 RESET（复位） 复位脚对时钟、日历、 RAM 无效。系统上电时复位脚要保持低电平 200ms 以上DS12887才可以正常工作。当复位脚为低并且 VCC高于 4.25V时，以下 情况发生： A.周期中断允许（ PIE）位清 0 B.闹钟中断允许（ AIE）位清 0 C.更新完成中断标志（ UF）位清 0 D.中断请求状态标志（ IRQF）位清 0 E.周期中断标（ PF）位清 0 F.当 RESET为低时 DS12887不可操作 G.闹钟中断标志（ AF）位清 0 H.IRQ呈高阻状态 I.方波输出允许（ SQWE）位清 0 3.4 共阳极的七段数码管 数共阳极的七段数码管。如图 (3.4.1) 图 (3.4.1) VT 为双向晶闸管，当门极为 高电平时晶闸管导通，该支路指示灯亮；当门极为高电平时晶闸管关断，该支路指示灯灭。 nts湖南理工学院课程设计 第 7 页 共 11 页 4 控制器硬件系统设计 4.1 多功能时间控制器的方案论证 方案一： 采用定时装置，将各路信号的定时时间都分别用个自的中断定时装置来控制。这种方法不能满足 6 路的需求，中断源不够。 方案二： 三位时间对比法。首先是有一个系统时间，在统一的系统时间下，把将 6 路信号所定时间的低两位再加上它的高一位（比如说：分与秒的定时，我们再加一个小时位，把他们的个位和十位拆开后的 6 个数）各存在 6 个单元中。然后再把系统当前时间拆开后和所定的时间相加，结果 放在这 6 单元中，然后再比较所存时间和系统的当前时间是否一致，当一致时发出动作信号。这个方案的不足之处在于，当定时时间刚好超过最高位的最大时间时，便会产生意想不到的错误。 方案三： 采用倒计时法，系统上电后，显示器上显示的是系统的当前时间，用户如果要修改这个时间可以按相应的功能键来设置，本设计使用的 12887 时间芯片，可以提供很精确的时钟时间。当用户按下键盘上的“ A”功能键，就可以开始设置开关机时间了。操作方法是：先按“ A”键，听到“的”的一声，按数字键“ 1 6”，就可以选择六个通道中的其中一个通道，听到“的 ”的一声，再按功能键“ A、 B、 C、 D”，分别代表：方式一、方式二、方式三、方式四，此时就可以设定你想要的定时时间了。各种方式的定时范围分别是： (1)、定时关机，定时范围： 1S30min59S。 (2)、定时关机，定时范围： 1min30 h 59 min。 (3)、定时开机，定时范围： 1S30min59S。 (4)、定时开机，定时范围： 1min30 h 59 min。 设定好时间后，定时时间会在显示器上显示不动，按“ F”键确定就可以了，这时显示器又显示系统的系统时间。当某个通道的定时时间到了后，相应 通道的指示灯会被点亮，系统会送出相应的控制信号，非常方便。 4.2 系统硬件设计 选用设备 8051 单片机一片选用设备： 8051 单片机一片， 8255 并行通用接口芯片一片，时钟芯片 12887 一片， 共阳极的七段数码管 8 个 ，方框图如下 图 (4.2.1)：图 (4.2.1) 89C51 12887 8255 控制对象 控制对象 控制对象 控制对象 控制对象 控制对象 显示器 键盘 nts湖南理工学院课程设计 第 8 页 共 11 页 4 2 1 系统流程图如下： 开始 初始化 是否为初次上电 初始化并设置系统时间 否 从片外取系统时间并显示 等待有无按键 否 有铵键，分析取键值，并判断是否为功能键 是 是功能键吗 否 选通道，选方式，设定时时间，确定 是 是 nts湖南理工学院课程设计 第 9 页 共 11 页 4 2 2 控制器控制线路图 nts湖南理工学院课程设计 第 10 页 共 11 页 5 系统编程信息及内存分布 1 6 路出发信号接 P1.0P1.5 2 12887 发出的时分秒信号 在片外的 BF04H、 BF02H、 BF00H 单元内，在片内的25H、 26H、 27H 单元内。经转换成非压缩的 BCD 码后存在 50H57H 单元内 3 DISP 子程序的显示时间从 50H57H 得到 ,DISP 还承担了显示从键盘输入的定时时间（ 60H 67H）、（ 68H 6FH）、（ 72H 7AH）。 4 标志位信息 KA BIT 24H.6 ;设置键标志位 CHANAL1 BIT 21H.0 ;通道 1 的标志位 CHANAL2 BIT 21H.1 ;通道 2 的标志位 CHANAL3 BIT 21H.2 ;通道 3 的标志位 CHANAL4 BIT 21H.3 ;通道 4 的标志位 CHANAL5 BIT 21H.4 ;通道 5 的标志位 CHANAL6 BIT 21H.5 ;通道 5 的标志位 CHA1MOD1 BIT 21H.6 ;通道 1 下的方式 1的标志位 CHA1MOD2 BIT 21H.7 ;通道 1 下的方式 2的标志位 CHA1MOD3 BIT 22H.0 ;通道 1 下的方式 3的标志位 CHA1MOD4 BIT 22H.1 ;通道 1 下的方式 4的标志位 CHA2MOD1 BIT 22H.2 ;通道 2 下的方式 1的标志位 CHA2MOD2 BIT 22H.3 ;通道 2 下的方式 2的标志位 CHA2MOD3 BIT 22H.4 ;通道 2 下的方式 3的标志位 CHA2MOD4 BIT 22H.5 ;通道 2 下的方式 4的标志位 CHA3MOD1 BIT 22H.6 ;通道 3 下的方式 1的标志位 CHA3MOD2 BIT 22H.7 ;通道 3 下的方式 2的标志位 CHA3MOD3 BIT 23H.0 ;通道 3 下的方式 3的标志位 CHA3MOD4 BIT 23H.1 ;通道 3 下的方式 4的标志位 CHA4MOD1 BIT 23H.2 ;通道 4 下的方式 1的标志位 CHA4MOD2 BIT 23H.3 ;通道 4 下的方式 2的标志位 CHA4MOD3 BIT 23H.4 ;通道 4 下的方式 3的标志位 CHA4MOD4 BIT 23H.5 ;通道 4 下的方式 4的标志位 CHA5MOD1 BIT 23H.6 ;通道 5 下的方式 1的标志位 CHA5MOD2 BIT 23H.7 ;通道 5 下的方式 2的标志位 CHA5MOD3 BIT 24H.0 ;通道 5 下的方式 3的标志位 CHA5MOD4 BIT 24H.1 ;通道 5 下的方式 4的标志位 CHA6MOD1 BIT 24H.2 ;通道 6 下的方式 1的标志位 CHA6MOD2 BIT 24H.3 ;通道 6 下的方式 2的标志位 CHA6MOD3 BIT 24H.4 ;通道 6 下的方式 3的标志位 CHA6MOD4 BIT 24H.5 ;通道 6 下的方式 4的标志位 6 使用说明书 当用户按下键盘上的“ A”功能键，就可以开始设置开关机时间了。操作方法是：先按“ A”键，听到“的”的一声，按数字键“ 1 6”，就可以选择六个通道中的其中一个通道，听到“的”的一声，再按功能键“ A、 B、 C、 D”，分别代nts
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