單片機電子時鐘的設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 飛速提高，處理能力比起80 年代提高了數百倍。目前，高端的 32 位單片機主頻已經超過 300MHz，性能直追 90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10 美元。當代單片機系統已經不再只在裸機環境下開發和使用，大量專用的嵌入式操作系統被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電 腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows 和 Linux 操作系統。 單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數量最多的計算機。現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有 12 部單片機。而個人電腦中也會有為數不少的單片機在工作。汽車上一般配備 40 多部單片機，復雜的工業控制系統上甚至可能有數百臺單片機在同時工作！單片機的數量不僅遠超過 PC 機和其他計算 的綜合，甚至比人類的數量還要多。 單片機介紹 單片機又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。 6 單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如 CPU，內存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過 10 元即可 ......用它來做一些 控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、 VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影！ ......它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用 PC）的主要區別。 單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國 50年代開 發的 74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大 PCB 板！但是如果要是用美國 70 年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的 CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備 。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十 K 的尺寸！對于家用 PC 的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統和應用軟件拿到家用 PC 上來運行，家用 PC 的也是承受不了的。 可以說，二十世紀跨越了三個 “ 電 ” 的時代，即電氣時代、電子時代和現已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱 PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數人卻不怎么 熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。 7 顧名思義，這種計算機的最小系統只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的 “ 肚子 ” 里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞 —— “ 智能型 ” ，如智能型洗衣機等。現在有些工廠的技術人員或其它業余電子開發者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。 單片機的特點 單片機的特點主要有 ：高集成度，體積小，高可靠性 ；控制功能強；低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品 ；易擴展；優異的性能價格比。 單片機是以工業測控對象、環境、接口特點出發向著增強控制功能，提高工業環境下的可靠性方向發展。主要特點如下： 1. 種類多，型號全。很多單片機廠家逐年擴大適應各種需要，有針對性地推出一系列型號產品，使系統開發工程師有很大的選擇余地。大部分產品有較好的兼容性，保證了已開發產品能順利移植，較容易地使產品進行升級換代。 2. 提高性能，擴大容量，性能價格比高。集成度已經達到 300 萬個晶體管以上，總線速度達到數十微妙到幾百納秒，指令執行周期已經達到幾微妙到數十納秒，以往片外 XRAM 現已在物理上存入片內， ROM 容量已經擴充達 32K， 64K， 128K 以致更大的空間。價格從幾百到幾元不等。 3. 增加控制功能，向真正意義上的 “ 單片 ” 機發展。把原本是外圍接口芯片的功能集成到一塊芯片內，在一片芯片中構造了一個完整的功能強大的微處理應用系統。 4. 低功耗。現在新型單片機的功耗越來越小，供電電壓從 5V 降低到了 ，甚至 1V，工作電流從 mA 降到 181。A 級， gz2 頻率從十幾兆可編程到幾十千赫茲。特別是很多單片機都設置了多種工作方式，這些工作方式 8 包括等待，暫停，睡眠，空閑，節電等。 5. C 語言開發環境，友好的人機互交環境。大多數單片機都提供基于C 語言開發平臺，并提供大量的函數供使用，這使產品的開發周期、代碼可讀性、可移植性都大為提高。 單片機的應用 1. 在智能儀表中的應用 這是單片機應用最多最活躍的領域之一。在各類儀器儀 表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結構，提高其性能價格比。 2. 在機電一體化中的應用 機電一體化產品是指集機械技術，微電子技術，計算機 技術 于一體，使其產品具有智能化特征的電子產品。它是機械工業發展的方向。 3. 在實時控制系統中的應用 單片機廣泛用于各種實時過程控制系統中，例如工業過程控制、過程監測、航空航天、間斷武器、機器人系統等各種實時控制系統。用單片機進行實時系統數據處理和控制，保證系統工作在最佳狀態，有利于提高系統的工作效率和產品的質量。 4. 在人們 生活中的應用 目前國內外各種家具已經普遍用單片機代替傳統的控制電路，例如，洗衣機 、電冰箱、空調機、微波爐、電飯煲、收音機、音像、電風扇及許多高級電子玩具都配上了單片機。 5. 在其他方面的應用 單片機還廣泛應用于辦公自動化領域、商業營銷領域、安全防衛、汽車及通信系統、計算機外部設備、模糊控制等領域。 單片機的基本結構和原理 9 單片機 的引腳 功能介紹 AT89C51 的 引腳排列請參見圖 13。 圖 13 AT89C51 引腳圖 AT89C51 是一種帶 4K 字節 閃爍 可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051 是一種帶 2K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的 AT89C51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版 本。 AT89C51 單片機為很多嵌入 10 式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示 。 主要特性： （ 1） 與 AT89C51 兼容 （ 2） 4K 字節可編程閃爍存儲器 （ 3） 壽命： 1000 寫 /擦循環 （ 4） 數據保留時間： 10 年 （ 5） 全靜態工作： 0Hz24MHz （ 6） 三級程序存儲器鎖定 （ 7） 1288 位內部 RAM （ 8） 32 可編程 I/O 線 （ 9） 兩個 16 位定時器 /計數器 （ 10） 5 個中斷源 （ 11） 可編程串行通道 （ 12） 低功耗的閑置和掉電 模式 （ 13） 片內振蕩器和時鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據 /地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被 內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出 11 電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內部上拉優勢，當 對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數據存儲器寫選通） /RD（外部數據存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈 沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE 禁止，置位無效。 12 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現。 EA ：當 EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時， EA 將內部鎖定為 RESET；當 EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 單片機的 時鐘電路與復位電路 1. 時鐘電路與時序 （ 1）時鐘信號的產生 在 單片機 芯片內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳X