电信2班 陈敏健

1、 浙江工业职业职业技术学院 毕业设计（论文）题目：基于单片机对多种功能数字钟控制姓 名 陈敏健 学 院 电气工程分院 专 业 电子信息工程与技术 班 级 08电信（2）班 指导教师 谢子青 提交时间 论文题目：基于单片机对多种功能数字钟控制姓 名： 陈敏健指导老师： 谢子青 摘要：近年来随着工业的发展，人们对过程控制的精密度和可靠性提出了更多更高的要求，因而液位控制也向着功能齐全，控制灵活，操作简单，控制精度准确的方向发展。液位调节器是生产中应用很广液位测量和控制的设备，所以测量的精确性和控制的准确性是本设备的关键。设计的了采用AT89C51单片机为核心， 和A/D转换器采用ADC0809、D

2、/A转换器采用DAC0832、键盘显示芯片采用74LS165、74LS164。外部数据存储器采用PCF8583；硬件电路包括：温度检测电路、A/D转换电路、D/A转换电路、键盘显示电路、V/I转换电路、电源电路，由这些构成一个单片机液位调节系统。软件包括PID控制算法、液位控制等技术，以实现单片机对多种功能数字钟控制的功能 关键词： AT89C51单片机 A/D转换器 外部数据存储器 硬件电路 电源电路目 录第1章 、 41.1概论 4第五章、单片机的发展历程 52.1 三大阶段 52.1.1芯片化探索阶段 52.1.2结构体系的完善阶段 52.1.3从SCMC向MCU化过渡阶段 52.2 单

3、片机的发展趋势 6第三章、介绍AT89C51单片机 73.1主要特性 73.2管脚说明 83.3荡器特性 93.4片拆除除 9第四章、电路设计 104.1数字时钟的硬件系统框架 104.2数字时钟的硬件电路设计 104.2.1系统控制芯片CPU(AT89C51)的选择10104.2.2系统时钟电路设计 10 4.2.3系统复位电路设计 104.2.4与按钮电路设计 11第五章、程序设计 14第六章、 结 论 19第七章、参考文献 20基于单片机对多种功能数字钟控制一、 概论 单片机全称为单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）,又称微控制器（Microcontrolle

4、rUint）或嵌入式控制器（EmbeddedController）。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。随着技术的发展，单片机片内集成的功能越来越强大，并朝着SoC（片上系统）方向发展。 单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、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。单片机分类及应用领域，目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列，其中8

5、051体系的占有多半。生产8051单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品。常按单片机数据总线的位数将单片机分为4位、8位、16位、32位机二、 单片机的发展历程单片机的发展经历了探索-完善-MCU化-百花齐放四个阶段。1、芯片化探索阶段20世纪70午代，美国的Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款单片机F8，随后Intel公司推出了影响面大、应用更广的MCS48单片机系列。MCS48单片机系列的推出标志着在工业控制领域，进入到智能化嵌入式应用的芯片形态计算机的探索阶段。参与这一探索阶段的还有Motorola、Zilog和Ti等大公司，它们都取得了满意的探索效果，确立了在SC

6、MC的嵌入式应用中的地位。这就是Single Chip Microcomputer的诞生年代，单片机一词即由此而来。这一时期的特点是： 嵌入式计算机系统的芯片集成设计； 少资源、无软件，只保证基本控制功能。2结构体系的完善阶段在MCS-48探索成功的基础上很快推出了完善的、典型的单片机系列MCS-5l。MCS-51系列单片机的推出，标志Single Chip Microcomputer体系结构的完善。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机的体系结构。完善的总线结构：并行总线：8位数据总线、16位地址总线及相应的控制总线，两个独立的地址空间；串行总线：通信总线，扩展总线。完善的指令系统：具

7、有很强的位处理功能和逻辑控制功能，以满足工业控制等方面的需要；功能单元的SFR(特殊功能寄存器)集中管理。完善的MCS-51成为SCMC的经典体系结构。日后，许多电气商在MCS-51的内核和体系结构的基础上，生产出各具特色的单片机。3从SCMC向MCU化过渡阶段Intel公司推出的MCS96单片机，将一些用于测控系统的模数转换器(ADC)、程序运行监视器(WDT)、脉宽调制器(PWM)、高速I/O口纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。MCS-51单片机系列向各大电气商的广泛扩散，许多电气商竞相使用80C51为核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、可靠性技术应用到单片机中；随着单片机内

8、外围功能电路的增强，强化了智能控制器特征。微控制器(Microcontrollers)成为单片机较为准确表达的名词。其特点是：满足嵌入式应用要求的外围扩展，如WDT、PWM、ADC、DAC、高速I/0口等。众多计算机外围功能集成，如：提供串行扩展总线：SPI、I2C、BUS、Microwire；配置现场总线接口：CAN BUS。CMOS化，提供功耗管理功能。提供OTP供应状态，利于太规模和批量生产。二、单片机的发展趋势近年随着设施农业1的迅猛发展，尤其是温室大棚，无土栽培，节水灌溉，工厂化养殖等在生产上得到前所未有的大发展，实现了农业工厂化生产，企业化运作，但美中不足是智能化程度与智能化普及率

9、过低。虽然也有不少单位或个人引进了一些国外的计算机智能控制系统，如温室环境控制系统，施肥灌溉控制系统，工厂化育苗智能系统等。也真正实现了数字化、智能化、自动化，但投资过大，系统故障维护不便，而且经济效益过低，许多农业高科技园区多存在这个制约瓶颈。实现农业智能化对于大部份农民来说还是可望而不可及。开发低价位实用型的农业智能计算机系统已迫在眉睫，对于推进我国农业智能化进程具有极为重要的意义，同时也具有很大的市场商机。智能化温室研究2是当今兴起的一门横跨生物学、计算机科学、电子科学、机械设计和环境控制等几大学科的综合了多种高新技术的边缘学科，而智能化温室种植业则被誉为“快速发展的工业”。 智能化温室

10、是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的最先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境，彻底摆脱传统农业对自然环境的高度依赖。 2 分布式测控系统的应用现状及发展 用PC机与多台以单片机系统为核心的智能仪表组成分布式测控系统3在当今的许多生产自动化领域已得到广泛应用，这种系统利用了单片机系统价格低、功能强、抗干扰能力好的特点组建适用于分布式现场的下位机，即智能仪表4，同时也结合了PC丰富的软硬件资源，实现管理、控制功能强大，非常友好的用户界面。 在这种类型的应用系统中，稳定可靠、方便快捷的数据通讯是实现系统功能和控制的基础和保障，因此

11、，根据系统的实际应用环境和特点，选择合适的通讯接口和通讯协议就显得十分重要了。 RS485是工业界使用最为广泛的双向、平衡传输线标准接口5，以半双工方式通讯，支持多点连接，允许创建多达32个节点的网络，利用某些驱动器模块可使节点增至128个，传输距离远，最大传输距离为1200m，传输更远的距离可加中继器，传输速度快，1200m时，传输速度为100kbit/s，实际上，利用RS485接口构成的网络是只有物理层协议的现场总线网络，上层协议可自定义，比较灵活。最主要的是RS485总线型网络的组建费用相对于FF、PROFIBUS、CAN等真正的现场总线网络来说，不管从硬件成本还是软件成本都低得多，这也

12、是RS485总线型网络在当今很多领域流行的主要原因之一。 三、AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种

13、高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它

14、可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出

15、电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（

16、串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用

17、作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RES

18、ET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平1

19、0ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。四、电路设计（一）数字时钟的硬件系统基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个多功能数字时钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、闹钟模块、环境温度检测模块、液

20、晶显示模块、键盘控制模块以及信号提示模块组成。系统具有简单清晰的作界面，能在4V7V直流电源下正常工作。能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒，24小时制），可随时进行时间调整，具有闹钟时间设置、闹钟开/关、止闹功能，能够对时钟所在的环境温度进行测量并显示。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少，单片机所被占用的I/O口不多，因此系统具有一定的可扩展性。（二）数字时钟的硬件电路设计1、制芯片CPU（AT89C51）选择 终端站系统采用以（

21、AT89C51）单片机为核心的系统，可实现对116块电度表信息的采集、存储、传输及工作状态的显示等功能。其具体功能如下：对脉冲式电度表或经过改造的机械式电度表送来的脉冲进行计数，并把它转换为对应的电能量，实现对有功电能的计量；设置初值(地址号、表常数、电表底度等参数)，保存1年内各用户各月的电能信息，分时计费；以电力载波方式和采集站通信；对各电度表的工作状态进行显示。2、系统时钟电路设计 实时时钟（RTC）作为系统同步或时间标志已被广泛应用于各种电子产品，利用Dallas Semiconductor提供的多种类型的RTC芯片，用户在设计中可方便地针对具体应用来选择相应的芯片。3、系统复位电路设

22、计 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图1所示的RC复位电路可以实现上述基本功能，图3为其输入-输出特性。但解决不了电源毛刺（A 点）和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题 而且调整 RC 常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效 右边为低电平 Sm为手动复位开关 Ch可避免高频谐波对电路的干扰图1 RC复位电路 4、与按钮电路设计 A:按键电路 ORG 0000HAJMP START ;跳转到初始化程序ORG 0033HST

23、ART:MOV SP,#60H ;SP初始化MOV P3,#0FFH ;端口初始化MAIN: JB P3.2,MAIN ;检测按键K1有没有按下ACALL YS20ms ;消前沿抖动延时,实现软件去抖动JB P3.2,MAIN ;再次检测按键,如果为高电平,则是抖动 CPL P1.0 ;执行按键命令,改变P1.0指示灯状态JNB P3.2,$ ;等待按键K1释放AJMP MAIN ;返回重新检测按键YS20ms: MOV R7,#40 ;延时20ms子程序YS1: MOV R6,#229DJNZ R6,$DJNZ R7,YS1RETENDB:按钮电路：校时电路设计：/校时程序void keyc

24、hange(void)if(!k1)hour+=1; if(hour=24)hour=0; if(!k2)hour-=1; if(hour=(-1)hour=23; if(!k3)min+=1; if(min=60)min=0; if(!k4)min-=1; if(min=(-1)min=59; /filldisp();/有键按下void time0(void) interrupt 0 TH0=(65536-4000)8; TL0=(unsigned char)(65536-4000); if(key) count+;if(count=50)count=0;void main() P3=0xf

25、f; key=1; hour=0; min=0; sec=0; TMOD=0x01;count=0; TR0=1; ET0=1; EA=1;while(1) changetime(); keychange();数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。即为用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打向下时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另

26、一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如图（f）。（f）带有消抖电路的校正电路：1)校时电源电路当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正

27、常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。图3-7所示即为带有基本RS触发器的校时电路五、程序设计结论ORG 0000H LJMP CLOCK ORG 0003H RETI ORG 000BH LJMP PIT0 ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H RETI;主程序CLOCK: MOV SP,#40H CLR PSW.5 ; 清psw.5 SETB P3.5 ;蜂鸣器置高使之不叫 CLR 2FH.0 CLR 2FH.1 CLR 2FH.2 CLR 2FH.5 MOV R0,#79H ;显示缓冲区赋初值 MOV R7,#06HCLEARDISP:

28、MOV R0,#00H INC R0 DJNZ R7,CLEARDISP MOV R0,#20H ;使202B作为显示缓冲区值保护用 MOV R7,#0CHCLEARDISP1:MOV R0,#00H INC R0 DJNZ R7,CLEARDISP1 MOV TMOD,#01H ;定时中断方式0 MOV TL0,#00H ;赋定时中断0初值 MOV TH0,#0DCH SETB EA ;开中断 SETB ET0 SETB TR0 LCALL KS; POP1 子程序 POP1: MOV 79H,20H MOV 7AH,21H MOV 7BH,22H MOV 7CH,23H MOV 7DH,2

29、4H MOV 7EH,25H RET; POP2 子程序 MOV 7AH,27H MOV 7BH,28H MOV 7CH,29H MOV 7DH,2AH MOV 7EH,2BH RET;POP3 子程序 POP3: MOV 20H,30H MOV 21H,31H MOV 22H,32H MOV 23H,33H MOV 24H,34H MOV 25H,35H RET;定时器0中断程序 跑秒程序/0.01S程序PIT0 : PUSH PSW PUSH ACC SETB psw.3 MOV TL0,#00H MOV TH0,#0DCH MOV R0,#27H ACALL DAAD1 MOV A,R2

30、 XRL A,#100H JNZ RET0 LCALL PINT2 ACALL CLR0 MOV R0,#29H ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#60H JNZ RET0 ACALL CLR0 MOV R0,#2BH ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#60H JNZ RET0 ACALL CLR0RET0: POP ACC POP PSW RETI; 计时器程序PINT2 : PUSH PSW PUSH ACC SETB PSW.4 MOV R0,#21H ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#60H JNZ RET2 ACALL

31、 CLR0 MOV R0,#23H ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#60H JNZ RET2 ACALL CLR0 MOV R0,#25H ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#24H JNZ RET2 ACALL CLR0RET2: POP ACC POP PSW RET;定时加1程序 DEC R0 SWAP A ORL A,R0 ADD A,#01H DA A MOV R2,A ANL A,#0FH MOV R0,A MOV A,R2 INC R0 ANL A,#0F0H SWAP A MOV R0,A RET 显示程序DISPLAY:MOV R1,#7EH MOV R3,#0FEH MOV A,R3PLAY1: MOV P1,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB1 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A L