采用單片機(jī)的倒計(jì)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)

1、采用單片機(jī)的倒計(jì)時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 緒論 在生活和生產(chǎn)的各領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的身影出現(xiàn)；從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從空中、地面到地下，凡是能想像到的地方幾乎都有使用單片的需求。現(xiàn)在盡管單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以用單片機(jī)控制而尚未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，因此，單片機(jī)的應(yīng)用大有想像和拓展空間。 單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等。 但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益上，更重要的意義還在于：?jiǎn)纹瑱C(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前

2、必須有模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過(guò)軟件（編程序）方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化”技術(shù)，稱(chēng)之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實(shí)。 近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透, 單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。 模擬多通道壓力系統(tǒng)是利用壓力傳感器

3、采集當(dāng)前壓力并反映在顯示器上，它可以分析壓力過(guò)量程，并發(fā)出報(bào)警。并采用電子秤原理可根據(jù)輸入單價(jià)準(zhǔn)確的計(jì)算出物體的金額。本篇論文討論了簡(jiǎn)單的倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)與制作 ，對(duì)于倒計(jì)時(shí)器中的四位led數(shù)碼顯示器來(lái)說(shuō)，我為了簡(jiǎn)化線(xiàn)路、降低成本，采用以軟件為主的接口方法，即不使用專(zhuān)門(mén)的硬件譯碼器，而采用軟件程序進(jìn)行譯碼。 二、單片機(jī)原理與發(fā)展 2.1單片機(jī)的發(fā)展 1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，從電子管晶體管集成電路大規(guī)模集成電路，使得計(jì)算機(jī)體積更小，功能更強(qiáng)。特別是近20年時(shí)間里，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè)，科研，教育，國(guó)防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，

4、計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志。 單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代，象fairchild公司研制的f8單片微型計(jì)算機(jī)。所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元(center processing unit,也即常稱(chēng)的cpu)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、程序存儲(chǔ)器(rom)及其他i/o通信口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元，定時(shí)單元及a/d轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛。 20世紀(jì)70年代，微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段，元件集

5、成規(guī)模還比較小，功能比較簡(jiǎn)單，一般均把cpu、ram有的還包括了一些簡(jiǎn)單的i/o口集成到芯片上，象fairchild公司就屬于這一類(lèi)型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì)算系統(tǒng)。類(lèi)似的單片機(jī)還有zilog公司的z80微處理器。 1976年intel公司推出了mcs-48單片機(jī)，這個(gè)時(shí)期的單片機(jī)才是真正的8位單片微型計(jì)算機(jī)，并推向市場(chǎng)。它以體積小，功能全，價(jià)格低贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑。 在mcs-48的帶領(lǐng)下，其后，各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī)，象zilog公司的z8系列。到了80年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，象i

6、ntel公司的mcs-51系列，motorola公司的6801和6802系列，rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名電氣公司nec和hitachi都相繼開(kāi)發(fā)了具有自己特色的專(zhuān)用單片機(jī)。 80年代，世界各大公司均競(jìng)相研制出品種多功能強(qiáng)的單片機(jī)，約有幾十個(gè)系列，300多個(gè)品種，此時(shí)的單片機(jī)均屬于真正的單片化，大多集成了cpu、ram、rom、數(shù)目繁多的i/o接口、多種中斷系統(tǒng)，甚至還有一些帶a/d轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，功能越來(lái)越強(qiáng)大，ram和rom的容量也越來(lái)越大，尋址空間甚至可達(dá)64kb，可以說(shuō)，單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)新的平臺(tái) 單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了scm、mcu

7、、soc三大階段。 1.scm即單片微型計(jì)算機(jī)（single chip microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了scm與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，intel公司功不可沒(méi)。 2.mcu即微控制器（micro controller unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展mcu的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠(chǎng)家。從這一角度來(lái)看，intel逐漸淡出mcu的發(fā)展

8、也有其客觀(guān)因素。在發(fā)展mcu方面，最著名的廠(chǎng)家當(dāng)數(shù)philips公司。 philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將mcs-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記intel和philips的歷史功績(jī)。 3.單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向mcu階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專(zhuān)用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了soc化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、ic設(shè)計(jì)、eda工具的發(fā)展，基于soc的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。到現(xiàn)在市場(chǎng)上8位，16位單片

9、機(jī)系列有很多，但是目前在國(guó)內(nèi)使用較多的系列是intle公司的產(chǎn)品，其中又以mcs-51系列單片機(jī)應(yīng)用尤為廣泛，20年經(jīng)久不衰，而且還在進(jìn)一步發(fā)展，價(jià)格越來(lái)越低，性能越來(lái)越好。2.2 at89s51單片機(jī)內(nèi)，外結(jié)構(gòu)at89s51是一個(gè)低功耗，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89s51可為

10、許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。 at89s51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k bytes flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）口，4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)部集成看門(mén)狗計(jì)時(shí)器片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。89s51相對(duì)于89c51增加的新功能包括： - 新增加很多功能，性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比89c51更低！ - isp在線(xiàn)編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫(xiě)單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。 - 最高工作頻率為33

11、mhz，大家都知道89c51的極限工作頻率是24m，就是說(shuō)s51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。 - 具有雙工uart串行通道。 - 內(nèi)部集成看門(mén)狗計(jì)時(shí)器，不再需要像89c51那樣外接看門(mén)狗計(jì)時(shí)器單元電路。 - 雙數(shù)據(jù)指示器。 - 電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)。- 全新的加密算法，這使得對(duì)于89s51的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 - 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89c51等等早期mcs-51兼容產(chǎn)品。也就是說(shuō)所有教科書(shū)、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書(shū)上采用的單片機(jī)是8051還是89c51還是mcs-51等等），在89s5

12、1上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。 因此我們選用at89s51單片機(jī)來(lái)作為本系統(tǒng)的核心部分。 下圖為89s51的核心電路框圖：三、程序設(shè)計(jì) 3.1時(shí)間產(chǎn)生org 000bh lgmp timerstart: mov 53h, #10 mov 54h, #10s12： mov tmod, #01h mov tho, #0bdh mov tl0，#0c0h mov 1e, #82htimer:djnz r7， a2 mov th0，#0bdh mov tl0，#0c0h mov r7, #16 djnz 20h, #a2 mov 20h, #10 djne 21h, a2 mov 21h

13、 #10a2： reti3.2 時(shí)間顯示mov a .20mov dptr, #tablemovc a, a+dptrmov p1， amov p2，02hlcall delaymov a, 21hmovc a, a+dptrmov p1, a mov p2， #01hlcall deldy3.3 時(shí)間調(diào)整 m1: jnb p3.3， m1 jnb p3.6， m31 ljmp m3 m31: lcall delay 10ms jnb p3.6， m32 ljmp m3 m32: mov r2, 20h cjne r2, #1, l6 mov 20h, #10 sjmp m3 l6: dec

14、20h mov 53h, 20h m3: jnb p3.7, l81 sjmp l8 l81: lcall delay 10ms jnb p3.7, l82 l82: mov r3, 21h cjne r3, #1, l7 mov r2, 20h cjne r2, #1, l8 mov 20h, #10 mov 21h, #10 sjmp l8h2: ljmp q1l7: dec 21h mov 54h, 21hl8: jnb p3.3, m51 ljmp m5m51: lcall delay 10ms lcall delat 10ms jnb p3.3, h2 ljmp m5四、硬件設(shè)計(jì) 4

15、.1復(fù)位電路 復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，復(fù)位信號(hào)送入rst后還要送至片內(nèi)的施密特觸發(fā)器，由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周器的s5p2時(shí)刻對(duì)觸發(fā)器輸出采樣信號(hào)，然后由內(nèi)部復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位操作所要的信號(hào)。一般的復(fù)位電路可分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位，我們?cè)诖诉x用的是上電復(fù)位。： 上電自動(dòng)復(fù)位原理：rst引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，只要高 電平的復(fù)位信號(hào)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的有效時(shí)間，就可以使單片機(jī)上電復(fù)位。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)電容充電實(shí)現(xiàn)的，上電瞬間，rst端電位與vcc相同，隨充電電流的減少，rst的電位逐漸下降，直到復(fù)位信號(hào)無(wú)效。按鍵復(fù)位在此不在作過(guò)多的介紹，其原理和上電復(fù)位是相同的。但其采用的是脈沖復(fù)位電路和

16、電平復(fù)位電路兩種。 復(fù)位電路和單片機(jī)最小系統(tǒng)如下圖所示： 4.2顯示電路通常在顯示上采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，另一種是動(dòng)態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單，但占用端口資源多，所耗得電能較大；動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定性沒(méi)靜態(tài)好，程序編寫(xiě)復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設(shè)計(jì)中，為了減少端口資源，降低電能消耗，采用的是動(dòng)態(tài)顯示方法。 本系統(tǒng)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間的最大范圍是9999秒，要求精確到秒，顯示格式是9999/999/99/9。從格式可知數(shù)碼管顯示電路要用到4位數(shù)碼管?？紤]到數(shù)碼管的段和位比較多，本系統(tǒng)選了兩個(gè)4位一體的共陽(yáng)數(shù)碼管和一個(gè)一位的共陽(yáng)數(shù)碼管

17、。數(shù)碼管有段選和位選控制，在此電路中有8個(gè)位選，8個(gè)段選，分別用單片機(jī)的p0口和p1進(jìn)行8個(gè)位的控制。4.3控件電路鍵盤(pán)是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最廣泛的一種數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，按照鍵盤(pán)按鍵的結(jié)構(gòu)形式，可分為獨(dú)立式鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán)。此次采用的是獨(dú)立式鍵盤(pán)，此鍵盤(pán)控制電路主要適用于調(diào)整時(shí)間，電路圖如下結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)并了解了基本的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，在這過(guò)程中，我的身邊的同學(xué)們給了我很多的啟示和幫助，而且我覺(jué)的對(duì)以前不了解的單片機(jī)知識(shí)有了一個(gè)更高更深的了解。我相信我所學(xué)的東西在以后的工作學(xué)習(xí)中會(huì)起很大的作用。 參考文獻(xiàn)1.李廣弟等編著，單片機(jī)基礎(chǔ)，北京航空航天大學(xué)出版社，2001年7月。 2.

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19、h mov r1,#09h mov r2,#09h mov r6,#09h mov dptr,#tab main: mov r7,#200loop: lcall disp djnz r7,loop lcall add1 ajmp main disp: mov a,r0 orl p2,#00001110b anl p2,#11111110b movc a,a+dptr mov p1,a lcall delay mov a,r1 orl p2,#00001101b anl p2,#11111101b movc a,a+dptr mov p1,a lcall delay mov a,r2 orl p2,#00001011b anl p2,#11111011b movc