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基于单片机控制的多功能计时器系统的设计与实现-毕设论文.doc
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基于单片机控制的多功能计时器系统的设计与实现
1
第一章 系统的总体设计
1 . 1 功能要求
本 系 统 要 求 能 能 完 成 电 子 时 钟 显 示 , 调 整 , 节 能 运 行 , 电 子 秒
表 记 数 等 多 种 功 能 ,由 按 键 电 路 或 遥 控 电 路 完 成 功 能 的 设 置 ,秒 表
/ 时 钟 计 时 器 要 求 用 六 位 LED 数 码 管 显 示 时 、 分 、 秒 , 以 24h( 小
时 )计 时 方 式 。使 用 按 键 开 关 或 遥 控 开 关 可 实 现 时 分 调 整 、秒 表 /
时 钟 功 能 转 换 、 省 电 (关 闭 显 示 )等 功 能 。
1 . 2 方案论证
为 了 实 现 LED 显 示 器 的 数 字 显 示 , 可 以 采 用 静 态 显 示 法 和 动 态
显 示 法 。 由 于 静 态 显 示 法 需 要 数 据 锁 存 器 等 硬 件 , 接 口 复 杂 一 些 。
考 虑 时 钟 显 示 只 有 六 位 ,且 系 统 没 有 其 它 复 杂 的 处 理 任 务 ,所 以 决
定 采 用 动 态 扫 描 法 实 现 LED 的 显 示 。单 片 机 采 用 易 购 的 AT89C51 系
列 , 这 样 单 片 机 可 具 有 足 够 的 空 余 硬 件 资 源 实 现 其 它 的 扩 充 功 能 ,
如 考 虑 到 要 使 用 电 池 供 电 的 话 , 则 可 采 用 LV 系 列 单 片 机 。 硬 件 系
统 的 总 体 构 成 框 架 如 图 1 所 示 。
图 1 单片机控制的多功能计时器系统的设计总体框图
1 . 3 系统总体设计
本 单 片 机 控 制 的 多 功 能 计 时 器 系 统 ,采 用 单 片 机 作 为 控 制 核 心 ,
具 有 控 制 灵 活 ,简 单 可 靠 ,造 价 便 宜 等 诸 多 优 点 。单 片 机 虽 然 是 一
个 五 脏 俱 全 的 计 算 机 ,但 由 于 本 身 无 开 发 能 力 ,必 须 借 肋 开 发 工 具
来 开 发 应 用 软 件 以 及 对 硬 件 系 统 进 行 诊 断 。因 此 ,我 们 要 研 制 一 个
较 完 整 的 单 片 机 产 品 时 , 必 须 完 成 以 下 几 步 工 作 :
硬 件 电 路 设 计 、 组 装 、 调 试
应 用 软 件 的 编 制 、 调 试
应 用 软 件 的 链 接 调 试 、 固 化 、 脱 机 运 行 ( 即 脱 离 开 发 装 置 )。
本 单 片 机 控 制 系 统 的 开 发 过 程 包 括 总 体 设 计 、 硬 件 设 计 、 软 件
设 计 等 几 个 阶 段 , 但 各 阶 段 不 是 绝 对 分 开 的 , 有 时 是 交 叉 进 行 的 。
基于单片机控制的多功能计时器系统的设计与实现
2
本 系 统 在 设 计 上 特 点 有 如 下 所 示
1) 系 统 硬 件 结 构 结 合 应 用 软 件 方 案 一 并 考 虑 。 因 为 硬 件 结
构 与 软 件 设 计 方 案 会 产 生 相 互 影 响 , 我 们 考 虑 的 原 则 是:软 件 能 实
现 的 功 能 尽 可 能 由 软 件 来 实 现 ,以 简 化 硬 件 结 构 。但 必 须 注 意 如 用
软 件 来 实 现 的 硬 件 功 能 ,其 响 应 时 间 要 比 直 接 用 硬 件 来 实 现 花 的 时
间 长 ,而 且 占 用 CPU 时 间 。因 此 ,选 择 软 件 方 案 时 ,要 考 虑 到 这 此
因 素 。
2) 整 个 系 统 中 相 关 的 器 件 要 尽 可 能 做 到 性 能 匹 配 。
3) 可 靠 性 及 抗 干 扰 设 计 是 硬 件 系 统 设 计 不 可 缺 少 的 一 部 分 ,
它 包 括 芯 片 、器 件 选 择 、去 耦 滤 波 、印 刷 电 路 板 布 线 、通 道 隔 离 等 。
4) 单 片 机 外 接 电 路 较 多 时 , 必 须 考 虑 其 驱 动 能 力 。 驱 动 能
力 不 足 时 ,系 统 工 作 不 可 靠 ,解 决 的 办 法 是 增 加 驱 动 能 力 ,增 设 线
驱 动 器 或 者 减 少 芯 片 功 耗 , 降 低 总 线 负 载 。
本 电 路 的 硬 件 设 计 包 括 : 加 1 电 路 、 减 1 电 路 、 复 位 电 路 、 振
荡 电 路 与 驱 动 电 路 、 显 示 电 路 等 。
在 完 成 各 个 单 元 电 路 的 设 计 与 调 试 后 , 我 们 与 软 件 系 统 进 行 了
联 调 ,且 达 到 了 一 个 较 为 理 想 的 结 果 。单 片 机 控 制 的 多 功 能 计 时 器
系 统 总 体 开 发 与 设 计 的 流 程 图
如 图 2 所 示 。
图 2 单 片 机 控 制 的 多 功 能 计 时 器 系 统 总 体 开 发 与 设 计 的 流 程 图
基于单片机控制的多功能计时器系统的设计与实现
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第二章 系统硬件电路设计
2 . 1 硬件系统设计应考虑的问题
本 单 片 机 控 制 的 多 功 能 计 时 器 系 统 在 硬 件 系 统 设 计 上 主 要 考 虑 下
列 几 点 :
(1) 尽 可 能 选 择 典 型 电 路
(2) 系 统 的 扩 充 与 外 围 装 置 , 应 充 分 满 足 应 用 系 统 的 要 求 , 并
留 一 些 扩 充 槽 , 以 便 进 行 二 次 开 发 。
(3) 硬 件 结 构 应 结 合 应 用 软 件 一 并 考 虑 。 软 件 有 执 行 的 功 能 尽
可 能 由 软 件 来 执 行 , 以 简 化 硬 件 结 构 。 但 必 须 注 意 , 由 软 件 执 行
硬 件 的 功 能 , 其 响 应 时 间 比 直 接 使 用 硬 件 要 长 , 且 占 用 CPU 时 间 。
(4) 整 个 系 统 器 件 尽 可 能 做 到 性 能 匹 配 。
(5) 可 靠 性 及 抗 干 扰 设 计 是 硬 件 设 计 极 其 重 要 的 部 分 , 包 括 器
件 选 择 、 电 路 板 布 线 、 通 道 隔 离 等 。
(6) 单 片 机 微 处 理 器 外 接 电 路 较 多 时 , 必 须 考 虑 其 驱 动 能 力 ,
驱 动 能 力 不 足 时 , 系 统 工 作 不 可 靠 。 解 决 办 法 是 增 加 驱 动 能 力 ,
或 减 少 IC 功 耗 , 降 低 总 线 负 载 。
2 . 2 电路各部分硬件电路介绍
1) 单 片 机 控 制 的 多 功 能 计 时 器 系 统 的 设 计 总 体 框 图 如 图 3 所
示 。
图 3 单 片 机 控 制 的 多 功 能 计 时 器 系 统 的 设 计 总 体 框 图
2)控 制 核 心 采 用 目 前 较 为 流 行 的 、且 价 格 低 廉 的 89C51 为 控 制
核 心 , 主 要 包 括 : 单 片 机 电 路 、 加 1 电 路 、 减 1 电 路 、 复 位 电 路 、
振 荡 电 路 、数 字 驱 动 与 显 示 电 路 ,下 面 我 们 一 一 进 行 阐 明 。硬 件 电
路 原 理 图 如 图 4 所 示 。
基于单片机控制的多功能计时器系统的设计与实现
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图 4 硬 件 电 路 原 理 图
2 . 2 . 1 单片机 AT89C51 及其特点
本 系 统 以 单 片 机 AT89C51 为 控 制 核 心 , AT89C51 是 一 种 带 4K
字 节 闪 烁 可 编 程 可 擦 除 只 读 存 储 器 ( FPEROM—Falsh Programmable
and Erasable Read Only Memory) 的 低 电 压 , 高 性 能 CMOS8 位 微
处 理 器 , 俗 称 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 高 效 微
控 制 器 。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
基于单片机控制的多功能计时器系统的设计与实现
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· 128*8 位 内 部 RAM
· 32 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
图 4 89C2051 引 脚 排 列 图 和 主 要 参 数
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 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 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( 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 )
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