基于单片机的遥控系统毕业设计.doc

河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录基于单片机的遥控系统毕业设计目录摘要IAbstractII目录III1 绪论11.1 本论文研究的背景及其意义11.2 国内外本课题的研究现状11.3 对选题的研究设想和试验方法21.4 设计的预期结果及意义32 方案总体设计与论证42.1 概论42.2 收发器件的选择42.3 实时时钟芯片的选择62.4 控制方式的选择62.5 调制解调方式的选择62.5 本章总结83 51单片机原理及应用技术93.1 单片机的概述及应用领域93.2 AT89C51单片机主要性能特点93.3 AT89C51端口103.3.1 端口概述103.3.2 单片机的特殊功能寄存器123.4 单片机的定时/计数器143.4.1 特殊功能寄存器143.4.2 单片机定时/计数工作方式143.4.3 定时器/计数器的定时/计数范围153.5 单片机的中断功能153.5.1 中断的原理153.5.2 中断系统的结构153.6 单片机串口通信6173.6.1 串口通信原理173.6.2 串行通信控制寄存器SCON（98H）183.6.3 电源管理寄存器PCON(87H)193.6.4 串口的工作方式193.7 本章小结204 实时时钟芯片DS1302214.1 简介214.2 引脚214.3 命令字节214.4 本章小结255 硬件系统设计及原则265.1 硬件系统设计原则265.2 硬件总体框图设计275.2.1 发射模块框图275.2.2 接收模块框图275.3 单片机的基本外围电路设计275.3.1 时钟电路285.3.2 复位电路285.4 遥控器295.4.2 红外发射电路295.4.3 键盘电路295.4.4 灯光指示电路305.5 接收端电路305.5.1 红外接收电路305.5.2 数码显示电路305.5.3 时间芯片电路315.5.4 继电器控制电路315.5.5 闹铃电路325.6 电源电路335.7 本章小结336 软件设置及调试346.1 软件系统功能概述346.1.1 遥控器程序346.1.2 接收端程序376.2 软件调试406.3 本章小结41结 论42参考文献43致谢44附录A45附录B46附录C47附录D52III河南城建学院本科毕业设计（论文） 1 绪论1 绪论1.1 本论文研究的背景及其意义遥控是指对被控对象按照所预定的意图对其内部参数、工作状态等进行远距离操纵。遥控技术在现代工农业生产、科研、国防等领域有非常广泛的应用。随着现代科技的发展，它们的应用也越来越普遍。现代遥控技术十分普遍地应用于各类家用电器中，如电视遥控、电灯遥控、电风扇遥控、空调器遥控等，这类应用提高了家用电器的功能和档次，更重要的是给使用者带来极大的方便。设有遥控功能的电视机，使用者不用离开座位，只需使用手持红外遥控器就可以进行节目切换，以及对音量、对比度、亮度等的调节。在这些应用中，操作者与受控者之间并非“遥”，也非“难以到达”，仅为方便而已，因此对遥控的定义，应该广义的理解为操作者没有直接对遥控对象进行操纵。遥控的种类有很多。若以遥控信息传送方式区别，可以分为有线遥控和无线遥控两大类，而无线遥控又包含了红外线遥控、超声波遥控和无线电遥控之类，红外遥控与无线遥控、声控相比较，具有不影响周边环境、抗干扰能力强、不干扰其他电器设备、调试简单、编解码容易等特点。相对电缆连线的优点在于安装成本低，提高了灵活性并降低了维护成本。因此，近年来在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。红外遥控是使用红外线为载体，以调制的方式发送数据，就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样既可以提高发射效率又可以降低电源功耗。1本设计为基于单片机的红外遥控系统，红外遥控的特点是方向性强，抗干扰，电路简单，调试容易，成本低廉。而且，即使在工业环境下，也有很好的电气隔离能力。单片机承担了编解码芯片的功能，进一步简化电路，编解码的协议也可以根据需要随时进行更改，使系统具有更好的灵活应用能力。1.2 国内外本课题的研究现状单片机有着体积小、功耗低、功能强、性价比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。市场上单片机品种已经超过1000中，流行体系结构有30几个系列，其中，8051体系的占有多半。从近些年来单片机技术的发展可以看出，单片机发展以微处理器技术及大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出自身的特点：生存周期长，8位32位单片机共同发展，速度提升飞快，低电压与低功耗，低噪声与高可靠性技术，ISP及IAP。随着各种新技术和新理论的推向市场，单片机以极强的生命力适应着这些新生事物，并且以其独特的优势，在研究和应用方面占据着不可替代的作用。单片机的开发与研究也会随着这些新生事物的出现而不断更新。围绕单片机开发应运而生各种硬件软件系列层出不穷。所以，国内外对单片机的研究也在不断更新其优势，发掘它的潜力。尤其国外各大著名单片机生产厂商，在以上特点的研究方面从未间断，而世界各地对单片机的应用开发同样热情不减，不断有新奇和有市场潜力的作品出现。红外遥控是目前家用电器用得最多的遥控方式，在车载影音导航系统也被广泛应用。国内外相关的研究和应用技术已经相当成熟，各生产商生产了大量的红外遥控专用集成电路，不断降低技术和成本门槛，使红外遥控技术在家电设备近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。红外遥控技术正在逐步向高端产品进军。技术革新正在进行，尤其在在长距离无线通信技术和计算机网络等领域。1.3 对选题的研究设想和试验方法红外遥控电路是利用红外线传送遥控指令来完成各种指定的动作。为了提高发射效率和降低电源功耗，遥控指令的发射采取调制方式，将遥控指令数据与载波进行“与”操作，然后发射出去。红外遥控系统包括两个最基本的模块：发射模块、接收模块。发射模块包括了控制器及发射电路。控制器就是单片机，它根据要求产生控制信号，再通过编码产生具有某些特征的、相互间易区分的电平信号。但是产生的指令信号都是频率较低的电平信号，发射出去后抗干扰能力差，衰减严重，损耗也会很大。所以还要将指令信号与一定频率的载波进行调制，才能由红外新二极管发射出去。接收模块由接收机及受控电路组成。接收机又包括接收头及处理器。由一体化红外接收头接收红外信号，接收头直接完成高频选择和放大，以及解调工作。所以处理器接收到的是已经处理过的数据编码。处理器将这些编码进行译码，鉴别出指令信号内容，然后送到受控电路。1.4 设计的预期结果及意义相对于无线电遥控系统，红外遥控系统具有较强抗干扰，电路简单，容易编码和解码，功耗小，成本低等优点，红外遥控有一定的方向性，在多电器场合能够避免误操作。红外遥控系统非常适合家电设备的遥控。本设计利用单片机设计一套多功能红外遥控系统，预期目标：1、 单片机完成编解码工作，实现正常控制。2、 接收端可以控制继电器，以控制强电，支持显示功能。3、 能够实现日历时钟的遥控、显示及闹钟功能。4河南城建学院本科毕业设计（论文） 2 方案总体设计与论证2 方案总体设计与论证2.1 概论红外遥控系统通常有发射和接收两大部分组成，如图2.1所示，发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发射器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路2。图 2.1 红外线遥控系统框图在本设计中，编码、调制由一个单片机实现，解调、解码以及送出控制指令由另一个单片机实现。前者称为遥控器，后者为接收端。接收端受到遥控信号解码出遥控指令控制受控对象，同时不影响日历时钟的正常显示。2.2 收发器件的选择根据设计要求，本设计采用的发射器件是常用的红外发光二极管PH303，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。管压降约1.4V，工作电流一般小于20mA。 发射红外线控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/3-1/4；一些电器产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。常见的红外发光二极管，其功率分为小功率(1mW-10mW)、中功率（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW以上)三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。接收器件采用红外接收头1838T，如图2.2。红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。 内部电路包括红外监测二极管，放大器，限幅器，带通滤波器，积分电路，比较器等3。图2.2 红外接收头红外信号收发系统的典型电路如图2.3所示。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30kHz到60kHz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。图2.3 红外发射示意图1838T的光电参数（T=25 Vcc=5V f0=38KHZ）：工作电压： 2.7VVcc 5.5V工作电流： 0.6mAIcc，典型值（Type）Icc=0.8mA静态电流：无信号输入时 0.1mAIce0.5mA接收距离：22mL,典型值(Type)L=25m接收角度：+/-35 Deg载波频率：38KHz输出脉冲宽度：典型值：600us2.3 实时时钟芯片的选择DS1302是Dallas公司推出的高性能低功耗涓流充电时钟芯片。可通过简单的串行接口与单片机进行通信，广泛应用于智能仪器、单片机系统和家用时钟电路等领域。具体介绍见第四章。2.4 控制方式的选择遥控器内部处理器为AT89C2051单片机，遥控器以键盘输入命令，经过单片机识别和编码，送出发射，控制信号经调制放大，通过红外二极管发射。红外信号经一体化接收头接收，解调后送入接收端单片机，内核为AT89C51单片机。该单片机将信号分析处理后，发出控制命令，就可以对目标进行全面而且细节的控制，如可以完成对继电器的控制以达到控强电的目的，也可以实现数码管显示数字功能。AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机，能够提供高性价比的解决方案。AT89C2051的工作电压范围2.7V6.0V，可以采用两节电池供电。其体积小，功耗低，功能丰富，非常适合作为遥控器的中央处理单元。2.5 调制解调方式的选择遥控发射器的编码格式采用运用比较广泛的一类，日本NEC的uPD6121G。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，按键不同遥控编码也不同，这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图2.4。图2.4遥控码的“0”和“1” 本处及后续三幅图为接收端显示图，与发射端波形电平相反。上述“0”和“1”组成的32为二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图2.5。图2.5 遥控信号编码波形图UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电气设备，防止不同机种遥控码互相干扰。 后16位是8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多128种不同组合的编码。遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在4563ms之间，图2.6为发射波形图。图2.6 遥控连发信号波形当一个键按下超过36ms，将发射一组108ms的编码脉冲，这108ms发射代码由一个引导码（9ms），一个结果码（4.5ms），低8位地址码（9ms18ms），8位数据码（9ms18ms）和8为数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.25ms）组成。4如图2.7。图2.7 引导码 连发码2.5 本章总结本章主要介绍了方案的总体设计思想，还有各个模块的器件选择，以及无线收发的工作方式。通过本章的介绍，可以对设计有框架性的了解。9河南城建学院本科毕业设计（论文） 3 51单片机原理及应用技术3 51单片机原理及应用技术3.1 单片机的概述及应用领域单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。3.2 AT89C51单片机主要性能特点1、指令代码完全兼容传统8051单片机。2、4k字节可重擦写Flash闪速存储器。3、1000次擦写周期。4、全静态操作：0Hz24MHz。5、三级加密程序存储器。6、1288字节内部RAM。7、32个可编程I/O口线。8、2个16为定时/计数器。9、5个中断源。10、可编程串行UART通道。11、低功耗空闲和掉电模式。AT89C51提供以下标准功能：4k字节Fash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位5。3.3 AT89C51端口3.3.1 端口概述如图3.1所示：1、VCC：电源电压 2、GND：地3、P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O，也即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。图3.1 AT89C51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，即总线复用，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是一个带有内部上拉电阻的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，做输入口使用时，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）5。Flash变成和程序校验期间，P1接收低8为地址。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，做输入口使用时，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口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变5。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其他控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲剂可驱动（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作为输入端口5。做输入端时，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，如表3.1所示。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。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。即使不访问外部存储器，ALE扔以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的5。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ALE才会被激活。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无效。PSEN：程序储存允许。输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51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，这两次有效的PSEN信号不出现。端口位第二功能注释P3.0RXD串行口输入P3.1TXD串行口输出P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0定时/计数器0计数输入P3.5T1定时/计数器1计数输入P3.6WR外部RAM写入选通信号P3.7RD外部RAM读出选通信号表3.1P3端口功能EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），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。Fash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12V编程电压Vpp5。XTAL1：振荡器反相放大器的内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.3.2 单片机的特殊功能寄存器1、累加器ACC 通常用A表示，单片机在做运算时它的中间结果需要放在某个地方，这个地方就是累加器，它的名字很特殊，功能也很特殊，几乎所有的运算类指令都离不开它5。2、寄存器B B寄存器在做乘法时用来存放一个乘数，在做除法时用来存放一个除数，不做乘除法时随便怎么用5。 3、程序状态字PSW 它是一个很重要的寄存器，里面放了CPU工作时的很多状态，知道它就可以了解CPU当前的工作状态5。其中的7位其格式如表3.2。下面介绍其功能：表3.2PSW格式D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OVP（1）CY：进位标志当运算超过八位是向CY进位，CY置“1”。（2）AC：半进位标志位 当D3位向D4位进位/借位时，AC=1，通常用于十进制调整运算中。 （3）F0：用户自定义标志位 由编程人员自行决定什么时候用什么时候不用。 （4）RS1、RS0：工作寄存器组选择位其选择格式如表3.3。表3.3工作寄存器组选择格式 RS1 RS2 工作寄存器组 0 0 0组（00H-07H） 0 1 1组（08H-0FH） 1 0 2组（10H-17H） 1 1 3组（18H-1FH）（5）OV：溢出标志位表示结果是否超出所表示数的范围，溢出时OV=1。（6）P：奇偶检验位 每次运算结束后若A中二进制数1”的个数为奇数，则P=1，否则P=0。4、DPTR DPH DPL数据指针数据指针是一个16位的寄存器。我们可以用它来访问外部RAM，也可以访问外部ROM中的表格。5、堆栈指针符合“先进后出，后进先出”存放规则的现象，我们就把它叫做堆栈。指针开始所指的位置并非就是数据存放的实际位置，而是数据存放的前一个位置5。6、电源控制寄存器PCON单片机在以电池供电的系统中，有时为了节电我们需要让它尽量降低电源的消耗。所以单片机就有多种的工作方式，其中一种就是低功耗方式。PCON寄存器就是用来控制单片机进入低功耗方式的。3.4 单片机的定时/计数器单片机中的计数器除了可以作为计数用还可以用作定时器。其实定时器和计数器是一个东西。只不过计数器记录的是外界发生的事情，而定时器则是由单片机提供一个非常稳定的计数源，然后把计数源的计数次数转化为定时器的时间。单片机的定时/计时器是由两个特殊功能寄存器设定的，它们分别是TMOD和TCON。3.4.1 特殊功能寄存器1、特殊功能寄存器TMOD（89H）表3.4TMOD格式 用于T1 用于T0GATEC/TM1M0GATE C/T M1M0从表3.4中可以看出，TMOD被分成两部份每部份4位分别用于控制T1和T0。从表3.5中可以看出，TCON也被分成两部份，高4位用于定时/计数器，低4位则用于中断。2、特殊功能寄存器TCON（88H）表3.5TCON格式 用于定时/计数 用于中断 TF1TR1TF0TR0IE1 IT1 IE0 IT03.4.2 单片机定时/计数工作方式1、工作方式0 定时/计数器的工作方式0称之为13位定时/计数器方式。它由TL（0/1）的低5位和TH0/1的8位构成13位的计数器，此时TL0/1的高3位未用。2、工作方式1 工作方式1是16位的定时/计数器方式，将TMOD的M1、M0设为“01”即可，其它特性与工作方式0相同。 3、工作方式2工作方式2把TL0配置成一个可以自动恢复处置（初值常数自动重新装入）的8位计数器，TH0作为常数缓冲器，TH0由软件预置初值。当TL0产生溢出时，一方面溢出标志TF0置”1”,又同时把TH0中的8位数据重新装入TL0中。4、工作方式3 工作方式3对定时器T0和定时器T1是不相同的。若T1设置为工作方式3，则停止工作（其效果与TRI=0相同），所以工作方式3只适用于T0。3.4.3 定时器/计数器的定时/计数范围 那么单片机的这四种工作方式的计数范围确定方法如下：1、工作方式0 13位的定时/计数器工作方式因此最多可以计到2的13次方也就是8192次。 2、工作方式1 16位的定时/计数器工作方式因此最多可以计到2的16次方也就是65536次。 3、工作方式2和3 工作方式2和工作方式3都是8位的定时/计数器工作方式因此最多可以计到2的8次方，也说是256次。3.5 单片机的中断功能3.5.1 中断的原理 中断其实意思就是随时都有可能发生的一些不确定量的变化，比如机器在执行其它指令时，定时器突然溢出了就是一个中断，此时如果条件允许（开了中断并且中断优先级满足执行该中断），CPU就会停下正在执行的程序先去处理中断程序，处理完了再回到刚才断开的地方（称为断点）继续执行之前的程序。此过程既是中断。实现中断功能的硬件和软件系统称为中断系统。能向CPU发出请求的事件称为中断源。89C51单片机拥有5个中断源。若多个中断源同时请求时，或CPU正在处理某件外部事件时，又有另一外部事件申请中断，CPU通常根据中断源的紧急程度，将其进行排列，规定每个中断源都有一个中断优先级，中断优先级可以由硬件排队或软件排队来设定，CPU根据其优先顺序处理中断请求。89C51单片机拥有4个中断优先级。3.5.2 中断系统的结构1、中断源 （1）外部中断 即外中断0和外中断1，经由外部引脚引入，在单片机的硬件上有两个引脚（12脚和13脚），名称为INT0和INT1（第二引脚功能P3.2、P3.3）。特殊寄存器TCON中有四位与外中断有关： IT0；中断0（INT0）的触发方式控制位可由软件进行置位和复位，IT0=0，中断0为低电平触发方式；IT0=1，中断0为负跳变触发方式。B IE0；中断0 （INT0）的中断请求标志位 当有外部的中断请求时，该位就会置“1”；在CPU响应中断后，该位就自动清“0”。这是由硬件自动完成的。 IT1、IE1的用途和IT0、IE0是类似的。（2）内部中断 即定时器0T0和定时器1T1中断，与外中断一样，它也是由TCON中的四位控制的。 TF0；定时器T0的溢出中断标记。当T0计数器产生溢出时，由硬件置位TF0；当CPU响应中断后，再由硬件将TF0自动清“0” 。TF1与TF0类似。（3）串行口中断 负责串行口的发送接收中断。 2、中断允许寄存器IE（A8H） 中断的允许或禁止是由片内可进行位。寻址的8位中断允许寄存器IE来控制的，允许中断我们把它称为中断开放，不允许中断我们把它称为中断屏蔽，如表3.6。表3.6IE格式 中断允许寄存器IE EAESET1EX1 ET0EX0（1）EA：总中断允许开关。它是个总开关，凡是要设置中断都得先通过它。EA=1，开放所有的中断；EA=0，则所有中断都被禁止。 （2）ES：串行口中断控制位。ES=1，允许中断；ES=0，禁止中断。 （3）ET1：定时/计数器1中断控制位。ET1=1，允许中断；ET1=0，禁止中断。 （4）EX1：外中断1中断控制位。EX1=1，允许中断；EX1=0，禁止中断。 （5）ET0：定时器0中断控制位。ET0=1，允许中断；ET0=0，禁止中断。 （6）EX0：外中断0中断控制位。EX0=1，允许中断；EX0=0，禁止中断。 3、中断源优先级寄存器IP（D8H） 单片机执行中断的过程和生活中的中断有些类似，它也有一个自然优先级与人工优先级的问题。那么单片机是如何来设置它们的呢？这就要用到中断优先级寄存器IP，它也是一个可位寻址的8位寄存器。 五个中断源的自然优先级由高到低的排列顺序为外中断0-定时器0-外中断1-定时器1-串口。中断如果我们不对其进行设置，单片机就按照此顺序不断的循环检查各个中断标志。但有时我们需要人工设置高、低优先级，也就是说由编程者来设定哪些中断是高优先级，哪些中断是低优先级。当然，由于只有两级，所以必然只有一些中断处于优先级别，而其他的中断则处于同一级别，处于同一级别的中断顺序就由自然优先级来确定。 既然可以设定人工优先级，那么它又是如何来设置的呢？其实很简单，我们只要把IP寄存器的对应位置“1”就可以了，如表3.7。表3.7IP格式 PSPT1 PX1 PT0 PX0 串口 TI INT1 T0INT04、串行口控制寄存器SCON(98H) 用于串行口中断及控制。入口地址请看下面 ：（1）外中断：0INT，00003H （2）定时器：0T0， 000BH （3）外中断：1INT1，0013H （4）定时器：1T1 ，001BH （5）串口中断： 0023H3.6 单片机串口通信63.6.1 串口通信原理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。51单片机通过引脚RXD（P3.0，串行数据接受端）和引脚TXD(P3.0，串行数据接收端)与外界进行通信。串口主要由两个物理上独立的串行数据缓冲寄存器SBUF、发送控制器、接受控制器、输入移位寄存器和输出控制门组成。SBUF为串行口收/发缓冲寄存器，它是可寻址的专用寄存器，其中包含了发送寄存器SBUF和接受寄存器SBUF，可以实现全双工通信。3.6.2 串行通信控制寄存器SCON（98H）通常在芯片或设备中为了监视或控制接口状态，都会引用到接口控制寄存器。SCON就是51芯片的串行口控制寄存器。它的寻址地址是98H，是一个可以位寻址的寄存器，作用就是监视和控制51芯片串行口的工作状态。51芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下，其工作模式的设置就是使用SCON寄存器。它的各个位的具体定义如表3.8。表3.8SCON格式 串行通信控制寄存器SCONSM0SM1 SM2 REN TB8RB8 TI RI（1）SM0、SM1；为串行口工作模式设置位，这样两位可以对应进行四种模式的设置，如表3.9。表3.9串口工作方式SM0SM1模式功能波特率000同步移位寄存器fosc/120118位UART可变1029位UARTfosc/32或fosc/641139位UART可变表中的fosc代表振荡器的频率，也就是晶振的频率。UART为(Universal Asynchronous Receiver）的英文缩写。（2）SM2；在模式2、模式3中为多处理机通信使能位。在模式0中要求该位为0。（3）REM；为允许接收位，REM置1时串口允许接收，置0时禁止接收。（4）TB8；发送数据位8，在模式2和3是要发送的第9位。（5）RB8；接收数据位8，在模式2和3是已接收数据的第9位。 （6）TI；发送中断标识位。在模式0，发送完第8位数据时，由硬件置位。其它模式中则是在发送停止位之初，由硬件置位。（7）RI；接收中断标识位。在模式0，接收第8位结束时，由硬件置位。其它模式中则是在接收停止位的半中间，由硬件置位。3.6.3 电源管理寄存器PCON(87H)PCON主要是为了在CHMOS型单片机上实现电源控制而设置的专用寄存器，不可位寻址，其格式如表3.10。表3.10PCON格式 串行通信控制寄存器PCONSMOD GF1 GF0 PD IDLSMOD是串口波特率倍增位，当SMOD=1时，串口波特率加倍。系统默认为SMOD=0。PCON的其余各位用于51单片机的电源控制。GF1和GF0：通用标志位。由软件置位、复位。PD：掉电方式位。置1时进入掉电工作方式。IDL：待机方式位。置1时进入待机工作方式。PD和IDL同时为1时，进入掉电工作方式。复位时，PCON中所有定义位均为0。1、待机方式通常CPU耗电量占芯片耗电量的80%90%，在待机方式下，CPU停止工作，单片机消耗的电流可由正常的24mA降至3mA，甚至更低5。终止待机方式的方法：（1）硬件复位。使RST引脚上有两个机器周期以上的低电平，即可让单片机退出待机状态，从停止运行的地方恢复程序的执行。（2）中断方法。在待机期间，任何一个允许的中断被触发，IDL都会被硬件置0，从而结束待机方式，单片机进入中断服务程序。这时，通用标志GF0或GF1可用来指示中断是在正常操作期间还是在待机期间发生的。2、掉电方式PCON寄存器的PD位控制单片机进入掉电方式。当CPU执行指令ORL PCON, #02H后，单片机进入掉电方式。进入掉电方式时，必须使外围器件、设备处于禁止状态。为此，在请求进入掉电方式前，应将一些必要的数据写入到I/O口的锁存器中，以禁止外围器件或设备产生误动作。3.6.4 串口的工作方式串行口分四种工作方式，由SCON中的SMO、SM1二位选择决定。1、串行口的工作方式0（SMO=0、SM1=0）为移位寄存器输入输出方式，可外接移位寄存器，以扩展I/O口，也可外接同步输入输出设备。格式：一次收发过程，收发8位二进制数，低位在前，逐位收发，在TXD引脚输出移位时钟。收发波特率固定为单片机振荡频率的1/12。2、串行口的工作方式1（SMO=0、SM1=1）串行口工作于方式 1时，被控制为波特率可变的8位异步通信接口。格式：传送一帧信息为10位，即1位起始位（0），8位数据位（低位在先）和1位停止位（1）。数据位由TXD发送，由RXD接收。波特率是可变的，取决于定时器1或2的溢出速率。3、方式2和方式3串行口工作于方式2和方式3时，被定义为9位的异步通信接口。格式：发送（通过TXD）和接收（通过RXD）一帧信息都是 11位： 1位起始位（0）， 8位数据位（低位在先），1位可编程位（即第9位数据）和1位停止位（1）。方式2和方式3的工作原理相似，唯一的差别是方式2的波特率是固定的。为fosc/32或fosc/64；方式3的波特率是可变的，利用定时器1或定时器2作波特率发生器。3.7 本章小结本章所介绍的内容都是本次毕业设计用到的理论基础知识。分别介绍了51单片机的原理、控制方法及应用技术。作为本系统设计与实现的理论基础，这一章主要集中介绍在本课题中利用到的各个基本功能模块的原理和控制方法，通过学习，我们了解了51单片机的性能特点，如功耗超低、运行速度快和丰富的片内外资源等特点，以及51的具体操作方法，为整个系统的设计与实现作了充分的理论准备。AT89C2051与 AT89C51性能相似，使用方式相同，只是管脚数目减少，只有P0和P3口，另外其内部还有一个比较放大器。因此不再赘述。81河南城建学院本科毕业设计（论文） 4 实时时钟芯片DS13024 实时时钟芯片DS13024.1 简介DS1302涓流充电计时芯片包括一个实时时钟/日历和3字节的静态RAM。实时时钟/日历提供秒、分钟、小时、周、日期、月份和年的有关信息。对于少于31天的月份，每月月底的日期是自动调整的，包括对闰年进行更正。时钟运行可采用24小时制或带AM/PM指示的12小时制。同步串行通信简化了DS1302与微处理器的接口。与时钟/RAM通信只需三根线：RST、I/O（数据线）及SCLK（串行时钟）。 时钟/RAM数据的读/写以每次一个字节或多达31个字节的多字节模式传输。DS1302设计为低功耗工作，保持数据和时钟信息的功耗小于1W。4.2 引脚DS1302的引脚排列如图所示。其中X1、X2：32.768kHz晶振输入/输出端。GND：电源地。RST：复位输入端。I/O：数据输入/输出端。SCLK：串行时钟输入端。Vcc1、Vcc2：电源。 图4.1 DS1302引脚 4.3 命令字节表4.1所示为命令字节格式。命令字节启动每个字节的数据传输。该MSB(第7位)必须为逻辑1.如果是0，写入DS1302操作将被禁止。第6位是逻辑0时指定时钟/日历数据；第6位是逻辑1时指定RAM数据。第1至第5位规定特定寄存器作为输入还是输出。LSB（第0位）如果是逻辑0，指定一个写操作（输入）；如果是逻辑1，执行一个读操作3。命令字节总是从LSB（第0位）输入。表4.1 命令字节（1） RST及时钟控制驱动RST输入高电平可启动所有的数据传输。RST输入起到两种功能：第一，RST启动控制逻辑，允许地址/命令序列访问移位寄存器。第二，RST信号提供了一种终止单字节或多字节数据传输的方法。一二时钟周期是一个上升沿序列，紧跟着一个下降沿。对于数据输入，在时钟周期的上升沿期间，数据必须正确；在时钟周期的下降沿，数据位输出。如果RST输入低电平，所有数据传输中止，I/O引脚变成高阻状态3。数据的传输过程如图4.2。a） 单字节传送b） 多字节传送图4.2 DS1302时序图（2） 数据输入继输入写命令字节的8个SCLK周期后，在接下来的8个SCLK周期的上升沿输入数据字节。如果有额外的SCLK周期，将被忽略。数据输入从位0开始。（3） 数据输出继输入写命令字节的8个SCLK周期后，在接下来的8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。请注意，将被传输的第一个数据位出现在命令字节最后一位被写入后的第一个下降沿。只要RST维持高电平，如有附加的SCLK周期，将重新转发数据字节3。此操作允许连续多字节模式读取能力。此外，I/O引脚在每个SCLK的上升沿都是三态的。数据输出开始于第0位。（4） 多字节模式时钟/日历或由十进制存储单元31（地址/命令位1至5=逻辑1）寻址的RAM寄存器可以指定为多字节模式。如上所述，第6位指定时钟或RAM和第0位指定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址9至31或RAM寄存器中的地址31不能存储数据。在多字节模式中，读或写开始于地址0的第0位。当在多字节模式下写时钟寄存器时，必须按数据传输的次序写入首八个寄存器。然而，当在多字节模式写入RAM时，为了数据的传输，没有必要写入所有的31个字节。每个被写入的字节都将被传输到RAM，无论31个字节是否都被写入。（5） DS1302内部寄存器DS1302内部寄存器地址及数据分配情况如表4.2所示。时钟/日历：时钟/日历包含在7个写/读寄存器中。数据以BCD码形式包含在时钟/日历寄存器中。2）时钟暂停标志：秒寄存器的第7位定义为时钟暂停标志。当此位置1时，时钟振荡器停止，DS1302进入低功耗备用模式，电源消耗小于100mA。当此位置0时，时钟将启动。初始上电状态未定义。3）AM-PM/12-24模式：DS1302能运行于12小时制或24小时制模式下。小时寄存器的第7位被定义为12或24小时模式选择位。当其处于高电平时，选择12小时模式。在12小时模式下，第5位是AM/PM位，其为逻辑高电平表示PM。在24小时模式下，第5位是第二个10小时位元（2023小时）。当12/24位被改变时，小时数据一定要被重新初始化。4）写保护位：控制寄存器的第7位是写保护位。首7位（第0至第6位）必须置零，读取时始终读0。对时钟或RAM进行任何写操作前，第7位必须为0.当写保护位高电平时，该位阻止对任何其他寄存器的写操作。初始的上电状态没有定义。因此，在写入该器件之前，应清除WP位。表4.2 DS1302的日历/时钟寄存器及控制字5）涓流充电寄存器3：该寄存器控制DS1302的涓流充电特性。涓流充电选择（TCS）位（第4至7位）控制涓流充电器的选择。为了阻止意外使能，只有1010模式使能涓流充电器。所欲其他模式都禁用涓流充电器。DS1302上电时，涓流充电器被禁用。DS为二极管选择位，RS位电阻选择位。6）时钟/日历多字节模式3：该时钟/日历命令字节指定多字节触发模式操作。在此模式下，首8个时钟/日历寄存器可以从地址0的第0位开始被连续地读取或写入。当指定写时钟/日历多字节模式时，如果写保护位被设置为高电平，将没有数据传送到8个时钟/日历寄存器（包括控制寄存器）的任意一个。在多字节模式下，涓流充电器不可用。7）RAM：静态RAM是RAM地址空间中连续编址的318字节。8）RAM多字节模式：RAM命令字节指定多字节模式操作。在此模式下，31个RAM寄存器能从地址0的第0位开始被连续读取或写入。（6） 晶振的选择32.768kHz的晶振可通过引脚2和3（X1、X2）直接连接至DS1302。所选定的晶振应该加一个6pF的负载电容。（7） 电源控制Vcc1在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。Vcc2在双电源系统中提供主电源，此时Vcc1连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据3。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中较大者供电。4