單片機課程設計---秒表

1、<p>　　電氣系系課程設計任務書</p><p>　　2011/2012學年第2學期2012年6月8 日</p><p>　　教研室主任（簽名） 系（部）主任（簽名） 年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1單片機介

2、紹1</b></p><p>　　1.1單片機概述1</p><p>　　1.2單片機芯片1</p><p>　　1.3單片機的應用分類2</p><p>　　1.3.1通用型/專用型2</p><p>　　1.3.2總線型/非總線型2</p><p>　　1.3.3控制

3、型/家電型2</p><p>　　1.4單片機的發展歷史3</p><p>　　1.4.1基本結構3</p><p>　　1.4.2主要階段3</p><p>　　1.5早期發展史4</p><p>　　1.6單片機的硬件特性5</p><p>　　1.7單片機的應用范圍5<

4、/p><p>　　1.7.1智能儀器5</p><p>　　1.7.2工業控制6</p><p>　　1.7.3家用電器6</p><p>　　1.7.4網絡和通信6</p><p>　　1.7.5醫用設備領域6</p><p>　　1.7.6模塊化系統6</p><

5、p>　　1.7.7汽車電子6</p><p>　　1.8Proteus介紹7</p><p>　　1.9 Keil C51 介紹7</p><p><b>　　2.硬件設計8</b></p><p><b>　　2.1電源電路8</b></p><p>　　2

6、.2晶體振蕩電路8</p><p><b>　　2.3復位電路8</b></p><p><b>　　2.4顯示電路9</b></p><p><b>　　2.5鍵盤電路9</b></p><p>　　2.6硬件主電路圖設計10</p><p>

7、;　　2.7 元器件清單10</p><p>　　3.主要原器件介紹12</p><p>　　3.1 AT89C51單片機12</p><p>　　3.2發光二極管14</p><p>　　3.3石英晶振15</p><p><b>　　3.4數碼管15</b></p>

8、<p><b>　　4.課程設計17</b></p><p>　　4.1設計題目17</p><p>　　4.2電路原理圖17</p><p>　　4.3工作原理17</p><p>　　4.4程序設計18</p><p>　　4.4.1如圖3.2是我們組利用Keil進行編程的

9、環境18</p><p>　　4.4.2以下就是使是秒秒表實現功能的C語言程序18</p><p>　　4.5仿真效果20</p><p>　　4.5.1按第一次按開關按鍵計時器開始計時21</p><p>　　4.5.2按第二次開關按鍵計時器暫停計時21</p><p>　　4.5.3按第三次開關按鍵定時器

10、清零22</p><p><b>　　結 論23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p&

11、gt;　　本實驗利用單片機的定時器/計數器和計數的原理，結合按鍵開關以及LED數碼管來設計計時器。將軟、硬件有機的結合起來，使得系統能夠正確地顯示時間。本電路設計了一個開關按鍵。其中按第一次是開始計時，按第二次是暫停，按第三次是清零，然后依次循環。</p><p>　　該設計通過單片機的定時器/計數器定時和計數原理，設計簡單的計時系統，擁有正確地計時、暫停、清零功能，并同時可以用數碼管顯示，在現實生活中應用廣泛，

12、具有現實意義。</p><p>　　關鍵詞：LED數碼管；計時器；開關</p><p><b>　　1單片機介紹</b></p><p><b>　　1.1單片機概述</b></p><p>　　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

13、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）。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。它的出現是近代計算機技術發展史上的一個重要里程碑，因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在這個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。</p><p>　　單片機具有

14、體積小、功能強、應用面廣等優點，目前正以前所未見的速度取代著傳統電子線路構成的經典系統，蠶食著傳統數字電路與模擬電路固有的領地。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，學習使用單片機了解計算機原理與結構的最佳選擇。</p><p>　　現在，這種單片機的使用領域已十分廣泛。彩電、冰箱、空調、錄像機、VCD、遙控器、游戲機、電飯煲等無處不見單片機的影子，單片機早已深深地融入我們每個人的

15、生活之中。</p><p>　　單片機能大大地提高這些產品的智能性，易用性及節能性等主要性能指標，給我們的生活帶來舒適和方便的同時，在工農業生產上也極大地提高了生產效率和產品質量。單片機按用途大體上可分為兩類，一種是通用型單片機，另一種是專用型單片機。</p><p><b>　　1.2單片機芯片</b></p><p>　　單片微型計算機簡稱

16、單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）， </p><p>　　單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）， </p><p><b>　　單片機芯片</b></p><p>　　常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯

17、功能的芯片，而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設備。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。它最早是被用在工業控制領域。 </p><p>　　由于單片機在工業控制領域的廣泛應用，單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發展而來。最早的設計理念

18、是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。 </p><p>　　INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，當時的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發展出了MCS51系列單片機系統。因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。盡管2000年以后ARM已經發展出了32位的主頻超過300M的高端單片

19、機，直到目前基于8031的單片機還在廣泛的使用。在很多方面單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統，因此它得到了廣泛的應用。事實上單片機是世界上數量最多處理器，隨著單片機家族的發展壯大，單片機和專用處理器的發展便分道揚鑣。 </p><p>　　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1-2部單片機。 汽車上一般配備4

20、0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機和其他計算的總和，甚至比人類的數量還要多。 </p><p>　　1.3單片機的應用分類</p><p>　　單片機作為計算機發展的一個重要分支領域，根據目前發展情況，從不同角度單片機大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。 </p><p>　　1

21、.3.1通用型/專用型</p><p>　　這是按單片機適用范圍來區分的。例如，80C51是通用型單片機，它不是為某種專用途設計的；專用型單片機是針對一類產品甚至某一個產品設計生產的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。 </p><p>　　1.3.2總線型/非總線型</p><p>　　這是按單片機是否提供并行總線來區分的

22、?？偩€型單片機普遍設置有并行地址總線、 數據總線、控制總線，這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件及外設接口集成一片內，因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機稱為非總線型單片機。 </p><p>　　1.3.3控制型/家電型</p><p>　　這是按照單片機大致應用的領域進行區分的。一般而言，工

23、控型尋址范圍大，運算能力強；用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴格的。例如，80C51類單片機既是通用型又是總線型，還可以作工控用。 </p><p>　　1.4單片機的發展歷史</p><p>　　單片機誕生于1971年，經歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INT

24、EL的8031，此后在8031上發展出了MCS51系列MCU系統?；谶@一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著工業控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發展，單片機技術得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。 </p><p>　　而傳

25、統的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。目前，高端的32位Soc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。 </p><p>　　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W

26、indows和Linux操作系統。 </p><p><b>　　1.4.1基本結構</b></p><p>　　單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備構成。 </p><p><b>　　1.4.2主要階段</b></p><p><b>　　早期階段 </b><

27、/p><p>　　SCM即單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態嵌入式系統的最佳體系結構?！皠撔履Ｊ健鲍@得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發展道路。在開創嵌入式系統獨立發展道路上，Intel公司功不可沒。 </p><p>　　Micro Controller Unit</p><p><b>

28、;　　中期發展 </b></p><p>　　MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術發展方向是：不斷擴展滿足嵌入式應用時，對象系統要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統相關，因此，發展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發展也有其客觀因素。在發展MCU方面，最著名的

29、廠家當數Philips公司。 </p><p>　　Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統發展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。 </p><p><b>　　當前趨勢 </b></p><p>　　SoC嵌入式系統System on C

30、hip）是的獨立發展之路，向MCU階段發展的重要因素，就是尋求應用系統在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發展，基于SoC的單片機應用系統設計會有較大的發展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統。 </p><p><b>　　1.5早期發展史</b></p><p&

31、gt;　　1971年intel公司研制出世界上第一個4位的微處理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel 4004，標志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。因發明微處理器，霍夫被英國《經濟學家》雜志列為“二戰以來最有影響力的7位科學家”之一。 </p><p>　　1971年11月，Intel推出MCS-4微型計算機系統（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、

32、4003移位寄存器芯片和4004微處理器 ）其中4004（下圖）包含2300個晶體管，尺寸規格為3mm×4mm，計算性能遠遠超過當年的ENIAC，最初售價為200美元。 </p><p>　　1972年4月，霍夫等人開發出第一個8位微處理器Intel 8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。 </p><p>　　1973年intel公司研制出

33、8位的微處理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel 8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。 </p><p>　　主頻2MHz的8080芯片運算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲器，使用了基于6微米技術的6000個晶體管，處理速度為0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。 </p><p

34、>　　1975年4月，MITS發布第一個通用型Altair 8800，售價375美元，帶有1KB存儲器。這是世界上第一臺微型計算機。 </p><p>　　1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的單片機，這也是單片機的問世。 </p><p>　　Zilog公司于1976年開發的Z80微處理器，廣泛用于微型計算機和工業自動控制設備。當時，Zilog、Motorola和In

35、tel在微處理器領域三足鼎立。 </p><p>　　20世紀80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機的基礎上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機。MCS-51系列單片機無論是片內RAM容量，I/O口功能，系統擴展方面都有了很大的提高。 </p><p>　　1.6單片機的硬件特性</p><p>　　1、主流單片機包括CPU、4KB容量的ROM、128

36、 B容量的RAM、 2個16位定時/計數器、4個8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。 </p><p>　　2、系統結構簡單，使用方便，實現模塊化； </p><p>　　3、單片機可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時無故障； </p><p>　　4、處理功能強，速度快。 </p><p>　　

37、5、低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品 </p><p><b>　　6、控制功能強 </b></p><p>　　7、環境適應能力強。 </p><p>　　1.7單片機的應用范圍</p><p>　　目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機

38、的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 </p><p>　　單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航

39、空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇： </p><p><b>　　1.7.1智能儀器</b></p><p>　　單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，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、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量

40、。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。 </p><p>　　例如精密的測量設備（電壓表、功率計，示波器，各種分析儀）。 </p><p><b>　　1.7.2工業控制</b></p><p>　　單片機具有體積小、控制功能強、功耗低、環境適應能力強、擴展靈活和使用方便等優點，用單片機可以構

41、成形式多樣的控制系統、數據采集系統、通信系統、信號檢測系統、無線感知系統、測控系統、機器人等應用控制系統。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，與計算機聯網構成二級控制系統等。 </p><p><b>　　1.7.3家用電器</b></p><p>　　現在的家用電器廣泛采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、

42、再到電子秤量設備和白色家電等。 </p><p>　　1.7.4網絡和通信</p><p>　　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移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。

43、</p><p>　　1.7.5醫用設備領域</p><p>　　單片機在醫用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫用呼吸機，各種分析儀，監護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統等等。 </p><p>　　1.7.6模塊化系統</p><p>　　某些專用單片機設計用于實現特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內部結構。如音樂集

44、成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 </p><p>　　在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。 </p><p><b>　　1.7.7汽車電子</

45、b></p><p>　　單片機在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發動機控制器，基于CAN總線的汽車發動機智能電子控制器、GPS導航系統、abs防抱死系統、制動系統、胎壓檢測等。 </p><p>　　此外，單片機在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。 </p><p>　　1.8Proteus介紹</

46、p><p>　　Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：①實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS232動態仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯

47、分析儀、信號發生器等。②支持主流單片機系統的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調試功能。在硬件仿真系統中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態，因此在該軟件仿真系統中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環境，如Keil C51 uVision2等軟

48、件。④具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。本章介紹Proteus ISIS軟件的工作環境和一</p><p>　　1.9 Keil C51 介紹</p><p>　　KeilC51 mVision2集成開發環境是KeiSoftwre，lnc/KeilElektronikGmbH開發的基于80C51內核的微處理器軟件開發平臺，內

49、以多種符合當前工業標準的開發工具，可以完成從工和建立、管理，編譯，連接，目標代碼的生成，軟件訪真，硬件訪真等完整的開發流和。尤其C編譯工具在產生代碼的準確性和效率性達到了較高的水平，而可以附加靈活的控制選項。KeilC51集成開發環境的主要環境的主要功能是以下幾點：</p><p>　?、舖Vision2 for WindowsTM：是一個集成開發環境，它將項目管理，源代碼編輯和程序調試等組合在一個功能強大的Z1

50、環境中。</p><p>　?、艭51國際標準優化C交叉編譯器：從C源代碼產生可重定位的口標模塊。</p><p>　?、茿51宏匯編器：從80C51匯編冤代碼產生可重定位的口標模塊。</p><p>　?、菳L51連接/定位器：組合由C51和A51產生的可重定位的目標模塊，生成絕對目標模塊。</p><p>　?、蒐IB51庫管理器：從口際

51、模塊生成連接器可以使用的庫文件。</p><p>　?、蔕H51目標文件至HEX格式的轉換器：從絕對目標模塊生成IntelHEX文件。</p><p>　?、薘TX-51實時操作系統：簡化了復雜的實時應用軟件項口的設計。</p><p>　　這個工具套件足為專業軟件開發人員設計的，但任何層次的編程人員都可以使用，并獲得80C51微控制器的部分應用。</p>

52、;<p><b>　　2.硬件設計</b></p><p><b>　　2.1電源電路</b></p><p>　　電源電路是系統最基本的部分，任何電路都離不開電源部分，由于三端集成穩壓器件所組成的穩壓電源線路簡單，性能穩定，工作可靠，調整方便，已逐漸取代分立元件，在生產中被廣泛采用，由于是小系統，我們采用7809電源提供+5V穩壓

53、電壓。</p><p><b>　　2.2晶體振蕩電路</b></p><p>　　MCS--51單片機內部的振蕩電路是一個高增益反相放大器，引線 XTAL1和XTAL2分別為反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入和來自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內振蕩器。</p><p>　　這里，我們選用51單片機12MHZ的內部振蕩方

54、式，電路如下：電容器C1，C2起穩定振蕩頻率，快速起振的作用，C1和C2可在20-100PF之間取,這里取30P，接線時要使晶體振蕩器X1盡可能接近單片機。</p><p><b>　　晶體振蕩電路</b></p><p><b>　　2.3復位電路</b></p><p>　　采用上電+按鍵復位電路，上電后，由于電容充電

55、，使RST持續一段高電平時間。當單片機已在運行之中時，按下復位鍵也能使用使RST持續一段時間的高電平，從而實現上電加開關復位的操作。這不僅能使單片機復位，而且還能使</p><p>　　單片機的外圍芯片也同時復位。當程序出現錯誤時，可以隨時使電路復位。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>　　復位

56、電路</b></p><p><b>　　2.4顯示電路</b></p><p>　　顯示電路既可以選用液晶顯示器，也可以選用數碼管顯示。我們采用的是數碼管顯示電路。用2個共陰極LED顯示，LED是七段式顯示器，內部有7個條形發光二極管和1個小圓點發光二極管組成，根據各二極管的亮滅組合成字符。</p><p>　　在用數碼管顯示時，

57、我們有靜態和動態兩種選擇，靜態顯示程序簡單，顯示溫度，但是占用端口比較多；動態顯示所使用的端口比較少，可以節省單片機的I/O口。</p><p>　　在設計中，我們采用LED動態顯示，用P0口驅動顯示。由于P0口的輸出極是開漏電路，用它驅動時需要外接上拉電阻才能輸出高電平。</p><p><b>　　2.5鍵盤電路</b></p><p>　

58、　在按鍵電路中，我們可以在I/O口上直接按鍵，或者通過I/O口設計一個鍵盤，然后通過鍵盤掃描程序判斷是否有按鍵按下等。鍵盤掃描電路節省I/O口，但編程有些復雜，在這里，由于我們所用的按鍵較少，且系統是一個小系統，有足夠的I/O口可以使用，為了使程序簡化，我們采用按鍵電路，用部分P1口做開關，P1.0復位，P1.1開始和暫停，用外中斷INT1開始，另外用軟件法消除抖動。電路圖如下所示：</p><p>　　2.6硬

59、件主電路圖設計</p><p>　　用Protues畫出其硬件主電路圖如下：</p><p><b>　　秒表原理圖</b></p><p><b>　　2.7 元器件清單</b></p><p>　　表3.1 元器件清單</p><p><b>　　3.主要原器件

60、介紹</b></p><p>　　3.1 AT89C51單片機</p><p>　　圖3.1 AT89C51單片機</p><p>　　AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及

61、80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。</p><p>　　AT89C51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數

62、器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。 </p><p>　　此外,AT89C51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。</p

63、><p>　　以下是單片機的管腳說明：</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　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

64、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。</p><p>　　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

65、第八位地址接收。</p><p>　　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

66、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。</p><p>　　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。</p><p>　　I/O口作為輸入

67、口時有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時實際上并不從外部讀入數據而是把端口鎖存器的內容讀入到內部總線經過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時才真正地把外部的數據讀入到內部總線上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據不同的指令分別發出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作這是由硬件自動完成的不需要我們操心1然后再實行讀引腳操作否則就可能讀入出錯為什么看上面的圖如果不對端口置1端口鎖存器原來的狀態有可能為0Q端為0

68、Q^為1加到場效應管柵極的信號為1該場效應管就導通對地呈現低阻抗,此時即使引腳上輸入的信號為1也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的1信號讀入后不一定是1若先執行置1操作則可以使場效應管截止引腳信號直接加到三態緩沖器中實現正確的讀入由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作所以這類I/O口被稱為準雙向口89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準雙向口接下來讓我們再看另一個問題從圖中可以看出這四個端口還有一個差別除了P1口外P0P

69、2P3口都還有其他的功能 </p><p>　　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。</p><p>　　ALE/PROG：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

70、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。</p><p>　　/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/P

71、SEN信號將不出現。</p><p>　　/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），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）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入

72、。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　3.2發光二極管</b></p><p><b>　　圖3.2發光二極管</b></p><p>　　發光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見

73、光，因而可以用來制成發光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。磷砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光。</p><p>　　它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LED。發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空

74、穴復合，產生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極管。</p><p>　　50年前人們已經了解半導體材料可產生光線的基本知識，第一個商用二極管產生于1960年。LED是英文light emitting diode（發光二極管）的縮寫，它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料，置

75、于一個有引線的架子上，然后四周用環氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。 </p><p>　　發光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電

76、致發光原理制作的二極管叫發光二極管，通稱LED。 當它處于正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。</p><p><b>　　3.3石英晶振</b></p><p>　　圖3.3石英晶體振蕩器</p><p>　　石英晶振就是用石英材料做成的石英晶體諧振

77、器,俗稱晶振.起產生頻率的作用,具有穩定,抗干擾性能良好的特點,廣泛應用于各種電子產品中。</p><p>　　石英晶體，有天然的也有人造的，是一種重要的壓電晶體材料。石英晶體本身并非振蕩器，它只有借助于有源激勵和無源電抗網絡方可產生振蕩。SPXO主要是由品質因數（Q）很高的晶體諧振器（即晶體振子）與反饋式振蕩電路組成的。石英晶體振子是振蕩器中的重要元件，晶體的頻率（基頻或n次諧波頻率）及其溫度特性在很大程度上取

78、決于其切割取向。</p><p>　　只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會使晶片產生機械變形振動，此現象即所謂逆壓電效應。當外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時，就會發生壓電諧振，從而導致機械變形的振幅突然增大。 </p><p>　　與金屬板之間的靜電電容；L、C為壓電諧振的等效參量；R為振動磨擦損耗的等效電阻。石英晶體諧振器存在一個串聯諧振頻率fos（1/2π），同時也存在一個并聯

79、諧振頻率fop（1/2π)。由于CoC，fop與fos之間之差值很小，并且RωOL，R1/ωOC，所以諧振電路的品質因數Q非常高（可達數百萬），從而使石英晶體諧振器組成的振蕩器頻率穩定度十分高，可達10－12/日。石英晶體振蕩器的振蕩頻率既可近似工作于fos處，也可工作在fop附近，因此石英晶體振蕩器可分串聯型和并聯型兩種。用石英晶體諧振器及其等效電路，取代LC振蕩器中構成諧振回路的電感（L）和電容（C）元件，則很容易理解晶體振蕩

80、器的工作原理。</p><p><b>　　3.4數碼管</b></p><p><b>　　圖3.4七段數碼管</b></p><p>　　數碼管是一種半導體發光器件，其基本單元是發光二極管。</p><p>　　數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發光二極管單元（

81、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

82、用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。</p><p>　　數碼管動態顯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

83、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，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度

84、足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O端口，而且功耗更低。</p><p>　　數碼管是一類顯示屏，通過對其不同的管腳輸入相對的電流會使其發亮，從而顯示出數字。數碼管能夠顯示時間、日期、溫度等所有可用數字表示的參數。由于它的價格便宜、使用簡單，在電器、特別是家電領域應用極為廣泛，如空調、熱水器、冰箱等等。</p><p&g

85、t;<b>　　4.課程設計</b></p><p><b>　　4.1設計題目</b></p><p>　　我們組課程設計的題目是“十秒的秒表”。 該設計通過單片機的定時器/計數器定時和計數原理，設計簡單的計時系統，擁有正確地計時、暫停、清零功能，并同時可以用數碼管顯示，在現實生活中應用廣泛，具有現實意義。</p><p&g

86、t;<b>　　4.2電路原理圖</b></p><p>　　下圖即為我們組的課程設計“十秒的秒表”電路圖。</p><p>　　圖4.1十秒秒表電路圖</p><p><b>　　4.3工作原理</b></p><p>　　本實驗利用單片機的定時器/計數器和計數的原理，結合按鍵開關和數碼管來設計計

87、時器，將軟、硬件有機的結合起來，使得系統能夠正確地顯示時間。本電路設計了一個按鍵開關。其中按第一次是開始計時，按第二次是暫停，按第三次是清零，然后依次循環。</p><p>　　用AT89C51設計一個2位LED數碼顯示“秒表”，顯示時間段為0-10秒，每秒自動加一，當時間為第10秒時數碼管會顯示“0”。令設計一個具有“開始”、“暫?！焙汀皬臀弧卑存I。</p><p>　　該設計利用DVC

88、C系列單片機微機仿真實驗系統中的芯片AT89C51中的P3.2做為外部中斷0的入口地址，并實現“開始”按鍵的功能；將P3.3作為外部中斷1的入口地址，并實現“清零”按鍵的功能；將P3.0作為數據信號DATA輸入的入口地址；將P3.1作為時鐘信號CLK輸入的入口地址。定時器T0作為每秒加一的定時器；其中“開始”按鍵開關由1撥向0時開始計時；“清零”按鍵當開關由1撥向0時數碼管清零，此時若再撥動按鍵則又可重新開始計時。</p>

89、<p>　　該設計通過單片機的定時器/計數器定時和計數原理，設計簡單的計時系統，擁有正確地計時、暫停、清零功能，并同時可以用數碼管顯示，在現實生活中應用廣泛，具有現實意義。</p><p><b>　　4.4程序設計</b></p><p>　　4.4.1如圖3.2是我們組利用Keil進行編程的環境。</p><p>　　圖4.2用

90、Keil編程的環境</p><p>　　4.4.2以下就是使是秒秒表實現功能的C語言程序。</p><p>　　/*名稱：10秒的秒表</p><p>　　說明：首次按鍵計時開始，再次按鍵暫停，第三次按鍵清零</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　#include<r

91、eg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned int </p><p>　　sbit K1=P3^7; </p><p><b>　　uchar </b></p><p>　　i,

92、Second_Counts,Key_Flag_Idx; </p><p>　　bit Key_State; </p><p><b>　　uchar </b></p><p>　　DSY_CODE[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; </p><p&g

93、t;<b>　　//延時 </b></p><p>　　void DelayMS(uint ms) </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　uchar t;</b></p><p>　　while(ms--) for(t=0;t<120;t

94、++); </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　//處理按鍵事件 </b></p><p>　　void Key_Event_Handle() </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(Key

95、_State==0) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　Key_Flag_Idx=(Key_Flag_Idx+1)%3; </p><p>　　switch(Key_Flag_Idx) </p><p><b>　　{ </b></p><p>

96、　　case 1: EA=1;ET0=1;TR0=1;break; </p><p>　　case 2: EA=0;ET0=0;TR0=0;break; </p><p>　　case 0: P0=0x3f;P2=0x3f;i=0;Second_Counts=0; </p><p><b>　　} </b></p><p&g

97、t;<b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　//主程序 </b></p><p>　　void main() </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P

98、0=0x3f; //顯示00 </p><p><b>　　P2=0x3f; </b></p><p><b>　　i=0; </b></p><p>　　Second_Counts=0; </p><p>　　Key_Flag_Idx=0; //按鍵次數（取值0，1，2，3） &

99、lt;/p><p>　　Key_State=1; //按鍵狀態 </p><p>　　TMOD=0x01; //定時器0方式1 </p><p>　　TH0=(65536-50000)/256; //定時器0：15ms </p><p>　　TL0=(65536-50000)%256; </p><p>&l

100、t;b>　　while(1) </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(Key_State!=K1) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　DelayMS(10); </p><p>　　Key_

101、State=K1; </p><p>　　Key_Event_Handle(); </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　//T

102、0中斷函數 </b></p><p>　　void DSY_Refresh() interrupt 1 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TH0=(65536-50000)/256; //恢復定時器0初值 </p><p>　　TL0=(65536-50000)%256; &l

103、t;/p><p>　　if(++i==2) //50ms*2=0.1s轉換狀態 </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　i=0; </b></p><p>　　Second_Counts++; </p><p>　　P0=DSY_CODE[S

104、econd_Counts/10]; </p><p>　　P2=DSY_CODE[Second_Counts%10]; </p><p>　　if(Second_Counts==100) Second_Counts=0; //滿100（10s）后顯示00 </p><p><b>　　} </b></p><p><

105、;b>　　}</b></p><p><b>　　4.5仿真效果</b></p><p>　　當所做的電路程序在Keil中編程完成后，要對程序進行編譯，經編譯無誤后程序就算完成了。接著在Proteus中畫出正確的電路圖，然后雙擊單片機，此時就會出現一個對話框（如圖3.3所示）。將程序生成的hex文件加載進來，就可以對電路進行仿真了。</p>

106、;<p>　　圖4.3為單片機載入程序</p><p>　　下圖即為我們組設計的“十秒的秒表”仿真過程的截圖：</p><p>　　4.5.1按第一次按開關按鍵計時器開始計時</p><p><b>　　如圖3.4所示。</b></p><p><b>　　圖4.4計時器計時</b>&

107、lt;/p><p>　　4.5.2按第二次開關按鍵計時器暫停計時</p><p><b>　　如圖3.5所示。</b></p><p><b>　　圖4.5計時器暫停</b></p><p>　　4.5.3按第三次開關按鍵定時器清零</p><p><b>　　如圖3.

108、6所示。</b></p><p><b>　　圖4.6計時器清零</b></p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　通過一個星期的努力對單片機課程設計有了較為深入的研究，也進一步熟悉了單片機的結構形式、工作原理及各個器件的作用和設計。本設計的主要工作是設計單片機控制數碼管的電路，最后

109、得到整個計時器的電路原理圖。</p><p>　　本次設計期間，我通過借用圖書館的書籍、搜索網絡以及查閱許多關于本設計的各種資料，既學會了如何利用圖書館資料，又掌握了單片機課程的基礎知識；更讓我體會到理論結合實際的重要性。在指導老師陳老師的耐心指導下，與同組同學對研究課題交流，分析、整理后，先確立了設計思路，遇到問題及時與指導老師溝通，通過老師的指點和自己的努力，最后完成了整個設計。</p><

110、;p>　　在設計過程中，我們通過查閱資料，在掌握了一些信息后運用公式按要求設計出所要的系統電路，并運用Keil軟件進行編寫程序，運用Proteus軟件繪制電路原理圖并進行仿真。</p><p>　　通過做課程設計，也有了不少的收獲，進一步了解和掌握了單片機系統及其控制電路的一些特性，比較全面的將所學的單片機方面的知識運用于設計當中，最后Keil和Proteus的運用，是一步一步調試完成的。</p>

111、;<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　時光飛逝，推杯換盞之間，一周的單片機課程設計即將結束，在老師的指導下，我們共同奮斗，一起努力，終于完成了設計任務。首先，向老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。設計期間我們小組的每一個成員都兢兢業業，勤勤懇懇，為我們的設計做出很大的貢獻；在此過程中我們遇到了許多的困難，但經過各成員的齊心協力、我們度過了一個又一個難關，把

112、所有的困難一一克服。使我組的作品順利地完成并且基本達到設計要求。 </p><p>　　除此之外，老師的幫助也是成功的一個重要因素。指導老師淵博的知識以及嚴謹的治學態度還有兢兢業業的敬業精神，給我留下了深刻的印象，并將授用一生，在此次實訓完成之際，最后，對所有在實訓期間幫助過我的人致謝，他們是一字之師，使我受益匪淺，謝謝。</p><p>　　最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行

113、審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。</p><p>　　再次真心地感謝老師和同組成員，謝謝大家！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李朝青，單片機原理及接口技術（簡明修訂版），杭州：北京航空航天大學出版社，1998。 </p><p>　　[2] 李廣弟，單片機基礎［

114、Ｍ］，北京：北京航空航天大學出版社，1994。 </p><p>　　[3] 閻石，數字電子技術基礎（第三版），北京：高等教育出版社，1989。 </p><p>　　[4] 何立民，單片機應用技術大全，北京：北京航空航天大學出版社，1994。</p><p>　　[5] 張毅剛，單片機原理及接口技術，哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1990。</p>

115、<p>　　[6] 譚浩強，單片機課程設計，北京：清華大學出版社，1989。</p><p>　　[7] 胡漢才，單片機原理及其接口技術，北京：清華大學出版社，2002。</p><p>　　[8] 李曉奎，單片機原理與應用，北京：電子工業出版社，2003。</p><p>　　[9] 梅麗鳳，王艷秋，汪毓鐸，張軍，單片機原理及接口技術，北京：清華大學出版