畢業(yè)設計-基于單片機的電源開關的定時控制

1、菏澤學院課程設計論文 目錄第1章 緒論11.1 單片機發(fā)展背景及意義11.1 單片機國內外研究概況2 1.2本論文主要研究內容4第2章 51單片機基本原理62.1 MCS-51單片機的組成原理72.2 MCS-51單片機的引腳功能72.3 中斷112.4 定時器與計數器152.5本章小結17第3章 系統總體設計方案183.1 采用STC89C52為核心的單片機控制方案183.2方案圖183.3 數碼管183.4 硬件電路設計203.5 數碼管顯示電路203.6 設定時間電路設計223.7 繼電器控制電源電路233.8 本章小結25第4章 軟件設計264.1 定時控制軟件總體設計254.2 鍵盤

2、輸入程序設計254.3 顯示子程序設計254.4中斷程序設計25第5章 系統調試分析305.1 系統調試305.2 系統調試結果305.3 本章小結30結論32參考文獻33致謝34附錄1 軟件設計程序35附錄2 設計原理圖40附錄3 系統設計PCB圖4122第1章 緒論1.1單片機發(fā)展背景及意義51系列單片機屬于總線型單片機，具有硬件架構完整、功能強大、技術成熟、通用性強、可外部擴展、配套芯片齊全、集成開發(fā)環(huán)境好、實用子程序豐富以及價格低廉等一系列優(yōu)點，無論是實際工程應用，還是學習單片機原理及其應用技術，51系列單片機都是理想的選擇。在社會生活和生產的各個領域中，凡是有自動控制要求的地方都會和

3、單片機扯上關系。無論是從簡單到復雜，還是從空中、地面到地下，凡是能想到的地方幾乎都有使用單片機的需求，并且達到許多與人方便的操作。盡管現在單片機在社會上的應用已經很普遍了，但仍有許多可以用單片機控制而尚未實現的項目。因此，單片機的應用依然大有想象和拓展空間。本次設計采用的是總線型結構的單片機，總線型結構的單片機可以減少不同之間信息傳送線的條數，從而使信息傳送規(guī)格整齊，提高了整機的可靠性。采用總線結構以后，存儲器、輸入輸出等外部設備都通過專門的接口電路獨立的掛在總線上，因而使得單片機可擴充能力強，使用方便靈活。另外，還可根據不同的需要增加存儲器的容量或增添外部設備，也可以根據不同的需要組成各種專

4、用的單片機，例如專用教學機等。單片機的應用有利于產品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動效率，減輕勞動強度，提高產品質量，改善勞動環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等4。但是，單片機應用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經濟效益上，更重要的意義還在于：單片機的應用正從根本上改變著傳統的控制系統設計思想和設計方法。從前必須有模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能使用單片機通過軟件（編程）方法實現了。這種以軟件取代硬件并提高系統性能的控制系統“軟化”技術，稱之為微控制技術。微控制技術是一種全新的概念，是對傳統控制技術的一次革命。隨著單片機應用的推廣普及，微控制技術必將不斷發(fā)展、日

5、益完善和更加充實。單片微型計算機簡稱單片機，它因將其主要組成部分集成在一個芯片上而得名，就是把中央處理器 CPU(Central processing unit)、隨機存儲器RAM（Random access memory）、只讀存儲器ROM（Read only memory）、中斷系統、定時器計數器以及 IO（Input/output）接口電路等主要微型機部件集成在一個芯片上。雖然單片機只是一個芯片， 但從組成和功能上看，它已具有了計算機系統的屬性11。單片機主要應用與控制領域，用以實現各種測試和控制功能， 為了強調起控制屬性，也可以把單片機稱為微控制器 MCU（Micro controll

6、er unit）。在國際上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我國則比較習慣與“單片機”這一名稱。單片機在應用時，通常是處于控制系統的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式進行使用，為了強調其“嵌入”的特點，也常常將單片機稱為嵌入式微控制器 EMCU（Embedded micro controller unit）。單片機根據控制應用的需要分為通用單片機和專用單片機。其中通用單片機是一種基本芯片，內部資源豐富、性能全面、適用性較強，用戶可根據自己的需要，以其為控制核心，配以不同的外圍電路設計成不同的單片機應用系統；專用單片機是針對性特別強，具有結構的最簡化、資源利用的最優(yōu)化、可靠性和成本的最佳化

7、的特點。1、 單片機與單片機系統單片機通常是指芯片本身，它是有芯片制造商生產的，在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運算器電路、控制器電路、存儲器、中斷系統、定時器/計數器以及輸入/輸出口電路等。但一個單片機芯片并不能把計算機的全部電路都集成到其中，例如組成諧振電路和復位電路的石英晶體、電阻、電容等，這些元件在單片機系統中只能以散件的形式出現。此外，在實際的控制應用中，常常需要擴展外圍電路和外圍芯片。從中可以看到單片機和單片機系統的差別：單片機只是一塊芯片，而單片機系統則是在單片機芯片的基礎上擴展其它電路或芯片構成的具有一定應用功能的計算機系統。通常所說的單片機系統都是為實現某一控制應用需要

8、由用戶設計的，是一個圍繞單片機芯片而組建的計算機應用系統。在單片機系統中，單片機處于核心地位，是構成單片機系統的硬件和軟件基礎。1.2 單片機國內外研究概況(1)、單片機的產生電子計算機的發(fā)展經歷了從電子管、晶體管、集成電路到大（超大）規(guī)模集成電路共四個階段，即常說的第一代、第二代、第三和第四代計算機?，F在廣泛使用的微型計算機是大規(guī)模集成電路技術發(fā)展的產物，因此它屬于第四代計算機，而單片機則是微型計算機的一個分支。從1971年微型計算機問世以來，由于實際應用的需要，微型計算機向著兩個不同的方向發(fā)展：一個是向高速度，大容量，高性能的高檔微機方向發(fā)展；而另一個則是向穩(wěn)定可靠、體積小和價格廉價的單片

9、機方向發(fā)展。但是兩者在原理和技術上是緊密聯系的。(2)、單片機的發(fā)展單片機出現的歷史并不長，它的產生與發(fā)展和微處理器的產生和發(fā)展大體上同步，也經歷四個階段：第一階段（19711974年）1971年11月，Intel公司推出4位微處理器Intel 4004，并配有RAM,ROM和移位寄存器等芯片，構成第一臺MCS-4微型計算機。1972年4月，Intel公司又推出8位微處理器Intel 8008。這些微處理器雖說還不是單片機，但從此拉開了研制單片機的序幕2。 第二階段（19741978年）：初級單片機階段以Intel公司MCS-48為代表，這個系列的單片機內集成了8位CPU，若干并行I/O，8位

10、定時器/計數器，容量有限的RAM和ROM，尋址范圍不大于4K，且無串行口，簡單的中斷處理功能。第三階段（19781983年）：高性能單片機階段以Intel公司MCS-51系列為代表，與此同時，Motorola公司推出6801、Zilog公司推出Z8、Rokwell公司推出6501、6502等。此類單片機普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統，16位C/T，片內RAM，ROM容量加大，且尋址范圍可達64K字節(jié)，有的片內還帶有A/D轉換器接口。 第四階段（1983年）：8位單片機鞏固發(fā)展及16位單片機推出階段 在此階段，一方面發(fā)展16位單片機及專用單片機，另一方面不斷完善高檔8位單片機，改善其結構，以

11、滿足不同的用戶需要?？v觀單片機近 30 年的發(fā)展歷程，單片機今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價格、外圍電路簡 單化以及片內存儲器容量增加的方向發(fā)展。但其位數不一定會繼續(xù)增加，盡管現在已經有了 32 位單片機，但使用的并不多。所以今后的單片機將是功能更強、集成度和可靠性更高而功耗更低、以及使用更方便等特點2。此外，專用化也是單片機的一個發(fā)展方向，針對單一用途的專用單片機將會越來越多。單片機應用領域單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等多個領域，為各個領域的快速發(fā)展做出了巨貢獻。大致可分為如下幾個范疇：1、在智能儀器儀表的應用單片

12、機具有體積小、功耗低、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。2、在家用電器中的應用當前，家用電器產品的一個重要發(fā)展趨勢就是不斷提高其智能化程度，而家電智能化的進一步提高就需要有單片機的參與，例如洗衣機、電冰箱、空調機、微波爐、電視機和音像視頻設備等。通過單片機控制的智能化家用電器將給我們帶來更大的舒適和方便，進一步改善我們的生活質量，把我們的生活變的更加豐富多彩。3、在工業(yè)控

13、制中的應用工業(yè)技術中，無論是過程控制技術，數據采集和測控技術，還是生產線上的機器人技術，都需要要有單片機的參與。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統等。在工業(yè)自動化的領域中，機電一體化技術將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機械、微電子和計算機技術于一體的綜合技術中，單片機將發(fā)揮越來越大的作用。4、在計算機網絡和通信領域中的應用現代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現在的通信設備基本上都實現了單片機智能控制，從手機、電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的

14、移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。5、單片機在醫(yī)用設備、軍用領域中的應用單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統等等。軍事裝備方面 科技強軍、國防現代化離不開計算機，在現代化的飛機、軍艦、坦克、大炮、導彈火箭和雷達等各種軍用裝備上，都有單片機深入其中。6、單片機在汽車設備領域中的應用 單片機在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，GPS導航系統等等。此外，單片機在工商、金融、科研、教育、國防航空等領域都有著十分廣泛的用途。單片機的生產廠家和機型Intel(美國英特爾) 公司：

15、MCS-48，MCS-51 系列；Microchip（美國微晶）公司：PICI6XX，PIC54CXX 系列；Zilog(美國齊洛落)公司：ZS 系列及SUPER8； Fairchild（美國仙童）公司：FS 系列和 3870 系；Motorola（美國摩托羅拉）公司： NEC（日本電氣）公司：Ucom87,uPD7800 系列；Hitachi（日本日立）公司：HD6301，HD6305，HD63L05 系列；ATMEL 公司：AT89C51系列；PHILIPS：87LPC 系列；Cygnal：C8051F0 系列等。1.2論文主要研究內容以AT89C52系統單片機為核心器件，組成一個定時控制

16、電源開關秒數的倒計時系統，即初值為9999秒以內任意秒數，以一秒的速度進行倒計時。系統有4個LED數碼管顯示器，選擇低四位分別顯示千位、百位、十位、個位，而高四位也可設置，本設計沒有采用。此倒計時設計能夠通過矩陣鍵盤對倒計時器設定任何不大于9999秒的初值，同時設置有開始鍵、復位鍵，以達到可以重新設置初值的目的。系統功能由于本來對C語言有一定的了解，再加上C語言的簡單等優(yōu)點，本設計采用的是C語言編程，而未采用匯編語言。通過倒計時系統的要求，逐步寫出C語言程序。定時控制電源開關的主要過程是數碼管顯示時間倒計時，通過鍵盤可以修改定時時間，在倒計時時間到時，繼電器閉合，連接繼電器的LED亮，蜂鳴器響

17、。時間可以設置分秒級別。由于采用3個按鍵來完成時間的修改，那么其中一個按鍵為功能選擇按鍵鍵，另外兩個為時間加與時間減按鍵。開發(fā)的作用和意義現在單片機的應用在我們的生活中隨處可見，這體現了它的重要性與實用性。它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟件方法來實現了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統控制技術的一次革命。本次設計的倒計時器就是采用的微控制計數的方法實現的。計時器在單片機模塊中是比較常見的的一個模塊，計時器是一種用數字電路技術實現計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝

18、置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。本次設計的定是控制電源開關是在計時器的基礎上設計的，以倒計時器為基礎，還可以設計更多對日常生活密切相關的設備，諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，都是以計時器為基礎的。通過對基于單片機控制的倒計時器的設計的過程中，讓我對單片機的知識有一個初步解，在學習單片機基礎知識的同時，結合C語言學習，實現一些簡單的功能的設計，做到了主動學習和探索。本設計不但節(jié)約成本，而且功能齊全，不但能實現倒計時器的功能，而且還能實現其他多種功能，如倒計時秒表、定時器等等。而且由

19、于本次這個基于52單片機的定是控制電源開關硬件方面還是在軟件程序設計方面都比較簡單，所以還可以通過擴展完成其他的功能，而且功能的相互轉換也非常簡單。若作為一個部件生產產品，有很大的挖掘價值，也非常有吸引力。第2章 51單片機基本原理2.1 MCS-51單片機的組成原理 不同型號MCS-51單片機CPU處理能力和指令系統完全兼容，只是存儲器和I/O接口的配置有所不同。其中8051主要包括算術/邏輯部件ALU、累加器A、只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM、程序計數器PC、定時器/計數器、I/O接口電路等，還有堆棧寄存器SP等部件。這些部件集成在一塊芯片上，通過內部總線連接，構成完整的微型計算機。2

20、.1.1 80C51芯片介紹MCS-51 的原生產廠商是 Intel 公司，最早推出 80C51 芯片的也是 Intel 公司，并且作為 MCS-51 的一部分，按原 MCS-51 芯片的規(guī)則命名，例如 80C31、80C51、87C51 和 89C51，這樣我們就能很容易地認識 80C51 的系列芯片。但是后來愈來愈多的廠商生產 80C51 的系列芯片，例如 PHILIPS， ATMEL，LG，華邦等公司。這些芯片都是以 80C51 為核心并且與 MCS-51 芯片兼容，但它們又各具特點。然而由于生產廠家多，芯片的類型也很多，使芯片的命名無法再遵循統一的規(guī)律，造成我們辨認上的困難3。目前這些

21、 80C51 的兼容芯片已開始在我國使用，其中尤其是PHILIPS公司的同名芯片 80C51 及其派生產品最受歡迎，而ATMEL公司的閃速存儲器型單片機芯片 AT89C51 等更是后來居上，大有取代傳統 EPROM 型芯片之勢。80C51 芯片內部集成了 CPU、RAM、ROM、定時/計數器和I/O口等各功能部件，并由內部總線把這些部件連接在一起。80C51單片機內部包含以下一些功能部件： 128kB內RAM； 可尋址64KB的外ROM和外RAM控制電路； 兩個16位定時/計數器； 21個特許功能寄存器； 4個8位并行I/O口，共32條可編程I/O端線； 一個可編程全雙工串行口； 5個中斷源，

22、可設置成2個優(yōu)先級。振蕩器及時序 OSC8051CPU程序存儲器4KB ROM數據存儲器256kB2個16位定時器/計數器64K總線擴展控制器可編程I/O可編程全雙工串行口圖2-1 80C51單片機功能結構框圖2.1.2 8051 與 80C51 80C51單片機是在8051的基礎上發(fā)展起來的，也就是說在單片機的發(fā)展過程中是先有8051，然后才有80C51的。8051單片機與80C51單片機從外形看是完全一樣的，其指令系統、引腳信號、總線等完全一致（完全兼容），也就是說在8051下開發(fā)的軟件完全可以在80C51上應用，反過來，在80C51下開發(fā)的軟件也可以在8051上應用3。這兩種單片機是完全

23、可移植的。8051與80C51單片機的主要差別就在于芯片的制造工藝上。80C51的制造工藝是在8051基礎上進行了改進。8051系列單片機采用的是HMOS工藝：高速度、高密度；80C51系列單片機采用的是CHMOS工藝：高速度、高密度、低功耗；也就是說80C51單片機是一種低功耗單片機。此外，在80C51系列芯片中，內部程序存儲器除了 ROM 型和 EPROM型之外，還有 EEPROM 型，例如 89C51 就是 4KB EEPROM，并且隨著集成技術的提高，80C51系列片內程序存儲器的容量也越來越大，目前已有 64KB 的芯片了。另外，許多80C51芯片的還具有程序存儲器保密機制，以防止應

24、用程序泄露或被復制。2.2 MCS-51單片機的引腳功能 MCS-51單片機采用40引腳的雙列直插封裝（DIP）方式。圖2.2左邊為其引腳圖，右邊為為其邏輯符號圖。在40條引腳中，有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制引腳，3條I/O引腳2。圖2-2 左邊為MCS-51引腳圖，右邊為MCS-51單片機邏輯符號圖2.2.1主電源引腳Vss和VccVcc芯片電源，正常操作時接+電源；Vss接地端。2.2.2外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1、XTAL2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。當外接晶體振蕩器時，XTAL1和XTAL2分別接在外接晶體兩端。當采用外部時鐘方式時，XT

25、AL1接地，XTAL2接外來振蕩信號。2.2.3控制引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/Vpp1、RST/Vpd(9)復位/備用電源正常工作時，RST（Reset）端為復位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機器周期以上高電平，80C51芯片即實現復位操作，復位后一切從頭開始，CPU從0000H開始執(zhí)行指令。Vpd功能：在Vcc掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由Vpd向片內供電，以保持片內RAM中的數據不丟失。2、ALE/PROG(30)地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址。80C51在并行擴展外存儲器（包括并行擴展I/O口）時，

26、P0口用于分時傳送低8位地址和數據信號，且均為二進制數。當ALE信號有效時，P0口傳送的是低8位地址信號；ALE信號無效時，P0口傳送的是8位數據信號。在ALE信號的下降沿，鎖定P0口傳送的內容，即低8位地址信號。當CPU不執(zhí)行訪問外部數據存儲器時，ALE以時鐘振蕩頻率1 / 6的固定頻率輸出，因此ALE信號也可作為外部芯片CLK時鐘或其他需要。但是，當CPU執(zhí)行MOVX指令時，ALE將跳過一個ALE脈沖。ALE端可驅動8個LSTTL門電路。PROG功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。3、PSEN(29)外ROM讀選通信號。80C51讀外ROM時，沒個機

27、器周期內PSEN兩次有效輸出。PSEN可作為外ROM芯片輸出允許OE的選通信號。在讀內ROM或讀外RAM時，PSEN無效。外部數據存儲器是靠及信號控制的。PSEN可驅動8個LSTTL門電路。4、EA/Vpp 內外ROM選擇/片內EPROM編程電源EA功能：正常工作時，EA為內外ROM選擇端。80C51單片機ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內，60KB在片外（80C31芯片無內ROM，全部在片外）。當EA保持高電平時，先訪問內ROM，但當PC（程序計數器）值超過4KB（0FFFH）時，將自動轉向執(zhí)行外ROM中的程序。當EA保持低電平時，則只訪問外ROM，不管芯片內有否內ROM。對80C3

28、1芯片，片內無ROM，因此EA必須接地。Vpp：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源Vpp。2.2.4輸出輸入引腳80C51共有4個8位并行I/O端口,共32個引腳。所有4個端口都是雙向口，每個口都包含一個鎖存器，即專用寄存器P0P3，一個輸出驅動器和輸入緩沖器。1、P0口8位雙向I/O口在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時，P0口可用作雙向I/O口。在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時，P0口可用于分時傳送低8位地址(地址總線)和8位數據信號(數據總線)。位結構如圖2.3所示。P0口能驅動8個LSTTL門。 地址/數據VCC控制鎖存器DCPQ

29、QMUXV1V2P0.X引腳讀鎖存器寫鎖存器內部總線讀引腳&1圖2-3 P0口位結構2、P1口8位雙向I/O口8位準雙向I/O口(“準雙向”是指該口內部有固定的上拉電阻)。P1口既可以作為8位并行輸入輸出口，又可以作為8位輸入/輸出端。CPU既可以對P1口進行字操作，又可以進行位操作。位結構如圖2.4所示。 P1口能驅動為4個LSTTL門。VCC鎖存器P1.XDCPQQP1.X引腳讀鎖存器寫鎖存器內部總線讀引腳內部上拉電阻圖 2-4 P1口位結構3、P2口8位準雙向I/O口在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時，P2口可用作雙向I/O口。在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時，P

30、2口可用于傳送高8位地址(屬地址總線) ，P2口能驅動4個LSTTL門。P2口的位結構如圖2.5所示，引腳上拉電阻同P1口。鎖存器P2.XDCPQQ讀鎖存器寫鎖存器內部總線讀引腳VCCP2.X引腳內部上拉電阻1地址控制MUX圖 2-5 P2口位結構4、P3口8位準雙向I/O口P3口具有多種功能。一方面與P1口一樣作為一般準雙向輸入/輸出接口，具有字節(jié)操作和位操作二種工作方式；另一方面8條輸入/輸出線可以獨立地作為串行輸入/輸出口和其它控制信號線。P3口驅動能力為4個LSTTL門。圖 2-6 P3口位結構P3口各口線與專用功能： P3.0RXD：串行口輸入端; P3.1TXD：串行口輸出端; P

31、3.2INT0：外部中斷0請求輸入端; P3.3INT1：外部中斷1請求輸入端 P3.4T0：定時/計數器0外部信號輸入端; P3.5T1：定時/計數器1外部信號輸入端; P3.6WR：外RAM寫選通信號輸出端; P3.7RD：外RAM讀選通信號輸出端。上述4個I/O口，各有各的用途。在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時， 4個I/O口都可作為雙向I/O口用。在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時，P0口專用于分時傳送低8位地址信號和8位數據信號，P2口專用于傳送高8位地址信號。P3口根據需要常用于第二功能，真正可提供給用戶使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端

32、線。2.3 中斷2.3.1中斷的概念CPU在處理某一事件A時，發(fā)生了另一事件B請求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生），CPU暫時中斷當前的工作，轉去處理事件B（中斷響應和中斷服務），待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷，如下圖2.7。圖2-7 中斷流程引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出的中斷請求。CPU暫時中斷原來的事務A，轉去處理事件B，對事件B處理完畢后，再回到原來被中斷的地方（即斷點），稱為中斷返回。實現上述中斷功能的部件稱為中斷系統（中斷機構）。見下圖2.8。圖2-8 中斷系統2.3.2 8051中斷系統結構8

33、0C51的中斷系統有5個中斷源（8052有 6個） ，2個優(yōu)先級，可實現二級中斷嵌套 。4個用于中斷控制的寄存器IE、IP、TCON和SCON用于控制中斷的類型、中斷的開/關和各種中斷源的優(yōu)先級別。5個中斷源有兩個中斷優(yōu)先級，每個中斷源可以編程為高優(yōu)先級或低優(yōu)先級中斷，可以實現二級中斷服務程序的嵌套。8051單片機中斷系統的結構如圖2.9所示。圖2-9 中斷系統結構2.3.3 中斷源8051單片機的5個中斷源包括：、引腳輸入的外部中斷源，三個內部中斷源（定時器T0、T1的一處中斷源和串行口的發(fā)送/接受中斷源）。 (1)、IT0(TCON.0)外部中斷0()觸發(fā)方式控制位。IT0=0時，外部中斷

34、0程控為電平觸發(fā)方式；IT0=1時外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式。當CPU檢測到P3.2引腳上出現有效的中斷信號時，中斷標志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請中斷。(2)、IT1(TCON.2)外部中斷1()請求類型控制位。IT1=0時，外部中斷1程控為電平觸發(fā)方式；IT1=1時外部中斷1為邊沿觸發(fā)方式。當CPU檢測到P3.3引腳上出現有效的中斷信號時，中斷標志IE1(TCON.3)置1，向CPU申請中斷。(3)、TF0（TCON.5）片內定時/計數器T0溢出中斷申請位，TF0實際上是T0中斷觸發(fā)器的一個輸出端。T0被允許計數以后，從初值開始加1計數，當產生溢出時置TF0=1，向CPU請求中斷

35、，直到CPU響應該中斷時才由硬件清0。(4)、TF1（TCON.7）片內定時/計數器T1溢出中斷申請位。定時器T1被允許計數后，從初值開始加1計數，當產生溢出時置TF1=1，向CPU請求中斷，直到CPU響應該中斷時才由硬件清0。 (5)、RI（SCON.0）或TI（SCON.1）串行口中斷請求標志位。當串行口接收完一幀串行數據時置位RI或當串行口發(fā)送完一幀串行數據時置位TI，向CPU申請中斷。2.3.4中斷控制(1)、中斷允許控制寄存器IE特殊功能寄存器IE為中斷允許寄存器，控制CPU對中斷系統所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽（禁止），以及每個中斷源是否允許中斷。其格式為：表2-1 中斷控制

36、寄存器IE位76543210字節(jié)地址 A8HEAESET1EX1ET0EX0IE EX0(IE.0)：外部中斷0允許位；ET0(IE.1)：定時/計數器T0中斷允許位； EX1(IE.2)：外部中斷0允許位；ET1(IE.3)：定時/計數器T1中斷允許位；ES（IE.4)：串行口中斷允許位；EA (IE.7)：CPU中斷允許（總允許）位。(2)、中斷源優(yōu)先級設定寄存器IP80C51單片機有兩個中斷優(yōu)先級，即可實現二級中斷服務嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應位的狀態(tài)來規(guī)定的 。表2-2 中斷優(yōu)先級位76543210字節(jié)地址 B8HPT2PSPT1PX1PT0PX0I

37、P PX0（IP.0）：外部中斷0優(yōu)先級設定位；PT0（IP.1）：定時/計數器T0優(yōu)先級設定位；PX1（IP.2）：外部中斷0優(yōu)先級設定位；PT1（IP.3）：定時/計數器T1優(yōu)先級設定位；PS （IP.4）：串行口優(yōu)先級設定位；PT2 (IP.5) ：定時/計數器T2優(yōu)先級設定位。同一優(yōu)先級中的中斷申請不止一個時，則有中斷優(yōu)先權排隊問題。同一優(yōu)先級的中斷優(yōu)先權排隊，由中斷系統硬件確定的自然優(yōu)先級形成，其排列如表2.3所示：表2-3 同優(yōu)先級中斷源等級序號 序號中斷源中斷標志優(yōu)先級順序0外部中斷0IE0最高級最低級1定時器T0中斷TF02外部中斷1IE13定時器T1中斷TF14串行口中斷RI

38、或TI2.3.5中斷響應條件中斷源有中斷請求；此中斷源的中斷允許位為1；CPU開中斷（即EA=1）。2.4 定時器與計數器2.4.1定時器概述加1計數器輸入的計數脈沖有兩個來源,一個是由系統的時鐘振蕩器輸出脈沖經12分頻后送來；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數器加1，當加到計數器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數器回零，且計數器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時/計數器中斷允許時）。如果定時/計數器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數模式，則表示計數值已滿?？梢姡梢绯鰰r計數器的值減去計數初值才是加1計數器的計數值4。2.4.2定

39、時器控制字1、工作方式寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于設置定時/計數器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：表2-4 工作方式寄存器TMOD位76543210字節(jié)地址 89HGATEM1M0GATEM1M0TMOD各位功能如下：(1) GATE：門控位。GATE0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數器工作；GATA1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數器工作。即此時定時器的啟動多了一條件。(2) ：定時/計數模式選擇位。0為定時模式；=1為計數模式。(3) M1M0：工作方式設置位。定時/

40、計數器有四種工作方式，由M1M0進行設置。如下表2.5所示：表2-5 定時/計數器工作方式設置表M1M0工作方式說 明00方式013位定時/計數器01方式116位定時/計數器10方式28位自動重裝定時/計數器11方式3T0分成兩個獨立的8位定時/計數器；T1此方式停止計數2.4.3控制寄存器TCONTCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/計數器的啟動和中斷申請。其格式如下：表2-6 控制寄存器TCON位76543210字節(jié)地址 88HTF1TR1TF0TR0TCON TOCN各位功能如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標志位。T1計數溢出時由硬件

41、自動置TF1為1。CPU響應中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數器的啟動與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1類同。2.4.4初始化程序對TMOD賦值，以確定T0和T1的工作方式9。計算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。

42、中斷方式時，則對IE(ET0/ET1)賦值，開放中斷。使TR0或TR1置位(TCON)，啟動定時/計數器定時或計數。2.5 本章小結本章主要介紹了本次設計需要用到的MCS-51單片機的部分基本原理。第一，單片機的概述，介紹了單片機的定義和歷史；第二，以80C51為例，大致的介紹了單片機的基本組成原理；第三，介紹了單片機的40條引腳功能，特別對輸入輸出接口進行了詳細的介紹；第四，介紹了單片機的一個重要部分：中斷。首先對中斷進行了闡述，然后對中斷系統結構和中斷響應條件進行了介紹。第五，比較簡單的介紹了定時器。在對單片機的基本原理介紹的基礎上，接下來就是對系統總體方案的設計，以完成本次設計。第3章

43、系統總體設計方案3.1 采用STC89C52為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設計和豐富的IO端口，及其控制的準確性，不但能實現基本的定時控制電源開關功能，還能添加時間設定，蜂鳴器報警提示等功能。3.2方案圖對于硬件部分的設計，本著簡單可靠的思想。本次設計的對象是針對一個應用系統，本電子定時器能定時給電器供電或斷電，其系統構圖如圖1所示。系統中主要用到：AT89C52單片機與晶振時鐘電路；繼電器；按鍵與LED顯示等。89C52單片機數碼管顯示時間設定電路繼電器控制電路系統復位電路圖3-1系統結構圖3.3 數碼管數碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數碼管按段數分為七段數

44、碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數碼管。 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某

45、一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅動靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數碼管靜態(tài)顯示則需要5840根I/O端口來驅動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。 動態(tài)顯示驅動數碼管動態(tài)顯

46、示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的

47、余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.4 硬件電路設計圖3-2 總體電路圖圖3-2 總體電路圖具體的說明如下：數碼管為分鐘，秒計時三個按鍵分別為選擇，計數加，計數減1 通電，默認為15秒倒計時，如果不按按鍵，15秒倒計時結束，繼電器閉合，LED亮，蜂鳴器響2 通電，按選擇按鍵，可以選擇分鐘，秒計時設置，再按加，減，即可實現定時時間設置3.5數碼管顯示電路使用四位一體的共陽數碼管，也能減少數碼管與單片機接口時所占用的I/O線的數目，在數碼管較

48、多的情況下，通常采用這樣方法。其原理如圖圖3-3 數碼管顯示電路四位數碼管實物圖如下： 圖3-4 數碼管實物圖四位數碼管，內部的4個數碼管共用adp這8根數據線，為人們的使用提供了方便，因為里面有4個數碼管，所以它有4個公共端，加上adp，共有12個引腳，下面便是一個共陰的四位數碼管的內部結構圖（共陽的與之相反）。引腳排列依然是從左下角的那個腳（1腳）開始，以逆時針方向依次為112腳，下圖中的數字與之一一對應。圖3-5 引腳排列3.6 設定時間電路設計按鍵使用方法有很多，因為系統按鍵較少，所以采用獨立按鍵。如圖圖3-6 鍵盤電路獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O

49、口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜采用。圖中按鍵輸入均采用低電平有效，此外，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線有確定的高電平。當I/O口線內部有上拉電阻時，外電路可不接上拉電阻。本系統使用P0口作為按鍵輸入口，所以需要上拉電阻。3.7 繼電器控制電源電路圖3-7 繼電器控制電源電路23繼電器采用松樂繼電器SRD5V系列，具體參數如下觸點形式：1C（SPDT）觸點負載： 3A 220V AC/30V DC阻 抗： 100m額定電流： 3A電氣壽命：10萬次機械壽命：1000萬次線圈參數：阻值(士10%)： 120 線圈功耗：0.2W 額定電壓：DC 5V 吸合電壓：DC 3.75V 釋放電壓：DC 0.5V 工作溫度：-25+70 絕緣電阻：100M 線圈與觸點間耐壓：4000VAC/1分鐘 觸點與觸點間耐壓：750VAC/1分鐘從上面的繼電器線圈參數得知，繼電器工作吸合電流為0.2W/5V=40mA或5V/12040mA。三極管的選擇：功率PCM：大于5V*繼電器電流 (5*40 mA = 0.2W)的兩倍；最大集電極電流（ICM）：大于繼電器吸合電流