單片機最小系統(tǒng)與復位電路設計機電一體化畢業(yè)設計

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1、- 33 - 單片機最小系統(tǒng)與復位電路設計 目錄 摘要……………………………………………………………………………………2 前言……………………………………………………………………………………4 第一章 方案論證……………………………………………………………………5 1.1開發(fā)意義…………………………………………………………………………5 1.2功能說明…………………………………………………………………………5 第二章 硬件電路……………………………………………………………………6 2.1 單片機概述………………………………………………………………………6 2.2

2、 MCS-51系類單片機介紹………………………………………………………10 2.3 AT89S51芯片概述……………………………………………………………13 2.4 LED數(shù)碼管顯示器概述………………………………………………………16 2.5 單片機最小系統(tǒng)與復位電路設計……………………………………………18 2.6 遠幾件篩選與檢測……………………………………………………………20 第三章 系統(tǒng)調試……………………………………………………………………26 3.1 硬件調試………………………………………………………………………26 3.2 軟件調試……………………………………

3、…………………………………26 結束語………………………………………………………………………………28 致謝…………………………………………………………………………………29 參考文獻……………………………………………………………………………30 摘 要 近年來隨著計算機在社會領域的滲透, 單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，以作完善。 模擬多通道壓力系統(tǒng)是利用壓力傳感器采集當前壓力并反

4、映在顯示器上，它可以分析壓力過量程，并發(fā)出報警。并采用電子秤原理可根據(jù)輸入單價準確的計算出物體的金額。本篇論文討論了簡單的倒計時器的設計與制作 ，對于倒計時器中的四位LED數(shù)碼顯示器來說，我為了簡化線路、降低成本，采用以軟件為主的接口方法，即不使用專門的硬件譯碼器，而采用軟件程序進行譯碼。 【關鍵詞】單片機;AT89S51;LED數(shù)碼顯示器；keilC51；倒計時器；三極管C8850 Summary Permeate in the social realm along with the calculator in recent years, single slice the appl

5、ication of the machine just at constantly alignment thorough, arouse a traditional control an examination a day a new moon benefit renewal in the meantime.In solidly the hour the examination the single slice that controls with auto the machine the application the system, single slice machine usually

6、 Be a core parts to use, only single slice the machine aspect knowledge is not enough, return should according to concrete the hardware structure, and aim at concrete application the software of[with] the object characteristics combine to make perfect. Imitating many passage pressure systemses is t

7、o make use of pressure to spread the feeling machine to collect current pressure combine the reflection is on the display, it can analyze the pressure surfeit distance, erupting to report to the police.Combine the adoption electronics steelyard principle can according to input the amount of money th

8、at the unit price computes an object accurately This thesis discuss that pour the design and creation of the timer in brief, for pour four LED figures displays in the timer to say, I am for the sake of the simplification circuit,decline low cost, adopt to take software as the connect of lord a peopl

9、es method, do not use specialized hardware to translate the code machine namely, but adopt the software procedure to carry on translating code. 【Keyword 】 single slice machine;AT89 S51; The LED figures tube display; Keil C51;Pour timer;Triode transistor C8850 前 言 在生活和生產的各領域中，凡是有自動控制要求的地

10、方都會有單片機的身影出現(xiàn)；從簡單到復雜，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?，F(xiàn)在盡管單片機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(xiàn)的項目，因此，單片機的應用大有想像和拓展空間。 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。 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(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須有模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機通過軟件（編程序）方

11、法實現(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，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(tǒng)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、日益完善和更加充實。 第一章 方案論證 1.1開發(fā)意義 本課題開發(fā)的意義在于它既節(jié)省了硬件成本，又能實現(xiàn)多功能。既可做倒計時秒表,又可進行定時，還可以通過擴展完成其他功能，而且功能的相互轉換也十分簡單。對于廠商,有很大的挖掘潛在價值的空間；對于消費者，也有很大的吸引力。 1.2功能說明 （1）本電路應用TIMER0 MODE 1

12、6位計數(shù)器的計時中斷法。 （2）1秒等于1000000微秒,而每一計時脈沖是1微秒,因此需輸入100000個計時脈沖,方可達到1秒的時間。由于16位計數(shù)器初值為0000H，需65536個計時脈沖方可發(fā)生溢出，現(xiàn)在需1000000個脈沖，則溢出次數(shù)達15.258次（1000000\65536=15.258次）。 （3）由上式得知實際應溢出16次，即： 1000000=65536*15+16960 65536-16960=48576=BDC0H

13、 TH0 TL0 （4）由上式得知1000000個脈沖，首先需設定TL0=C0H,TH0=BDH，此時第1次只要輸入16960個脈沖輸入，就會溢出；第2次至第16次，則需每65536個計時脈沖，方才發(fā)生溢出。共計輸入16960+65536*15=1000000個計時脈沖。 （5）上電時，顯示9999，當按下按鍵才開始倒數(shù)計時。 第二章 硬件電路 2.1 單片機概述 單片機因將其主要組成部分集成在一個芯片上而得名，具體說就是把中央處理器CPU(Central processing unit)。隨機存儲器RAM（

14、Random access memory）。只讀存儲器ROM（Read only memory）。 中斷系統(tǒng)、定時器／計數(shù)器以及I\O（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(tǒng)的屬性。為此，稱它為單片微型計算機SCMC（Single chip micro computer），簡稱單片機。 單片機主要應用與控制領域，用以實現(xiàn)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 controller unit）。在國際上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我國

15、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(tǒng)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）。在單片機的電路和結構中，有許多嵌入式應用的特點。 2.1.1 單片機基礎 1. 通用單片機和專用單片機 根據(jù)控制應用的需要，可以將單片機分成為通用型和專用型兩種類型。 通用型單片機是一種基本芯片，他的內部資源比較豐富，性能全面且適用性強，能覆蓋多種應用需要。用戶可以根據(jù)需要設計成各種不同應用的控制系統(tǒng)，即通用單片機有一個在設

16、計的過程，通過用戶的進一步設計，才能組建成一個以通用單片機芯片為核心再配以其它外圍電路的應用控制系統(tǒng)。然而在單片機的控制應用中，有許多時候是專門針對某個特定產品的，例如電度表和 IC 卡讀寫器上的單片機等。這種應用的最大特點是針對性強而且數(shù)量巨大，為此廠家常與芯片制造商合作，設計和生產專用的單片機芯片。由于專用單片機芯片是針對一種產品或一種控制應用而專門設計的，設計時已經對系統(tǒng)結構的最簡化，軟硬件資源利用的最優(yōu)化。 2.1.2單片機與單片機系統(tǒng) 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做為基本組成部分的運算器

17、電路，控制器電路，存儲器，中斷系統(tǒng)，定時器/計數(shù)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(tǒng)中只能以散件的形式出現(xiàn)。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(tǒng)的差別，即：單片機只是一塊芯片，而單片機系統(tǒng)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(tǒng)。 通常所說的單片機系統(tǒng)都是為實現(xiàn)某一控制應用需要由用戶設計的，是一個圍繞單片機芯片而組建的計算機應用系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)中，單片機處于核心地位，是構成單片機系統(tǒng)的

18、硬件和軟件基礎。 2.1.3 單片機的產生與發(fā)展 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，即通常所說的第一代，第二代，第三代和第四代計算機?，F(xiàn)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機方向發(fā)展。但是兩者在原理和技術上是緊密聯(lián)系的。 2. 單片機的發(fā)展 繼1971年

19、微處理器的研制成功不久，就出現(xiàn)了單片的微型計算機即單片機，但最早出現(xiàn)的單片機是一位的，1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列單片機，它以體積小、控制功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應用和好評，為單片機的發(fā)展奠定了堅實的基礎，成為單片機發(fā)展史上一個重要階段，其后，在MCS-48成功的刺激下，許多半導體芯片在生產廠商競相研制和發(fā)展自己的單片機系列。到80年代末，世界各地已相繼研制出大約50個系列300多個品種的單片機 產品，其中包括Motorola公司的6801，6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501，6502等，此外，日本的NEC公司，日立公司

20、等也不甘落后，相繼推出了各自的單片機品種。盡管目前單片機的品種很多，但是我過使用最多的是Intel公司的MCS-51單片機系列。MCS-51系列是在MCS-48的基礎上于20世紀80年代初發(fā)展起來的，雖然它是8位的單片機，但其功能較MCS-48有很大的增強。此外，它還具有品種全，兼容性強，軟硬件資料豐富等特點，因此應用愈加廣泛，成為比MCS-48更重要的單片機品種，直到現(xiàn)在，MCS-51仍不失為單片機的主流系列。 繼8位單片機之后，又出現(xiàn)了16位單片機，1983年Intel公司推出的MCS-96系列單片機就是其中的典型代表。與MCS-51相比，MCS-96不但字長增加一倍，而且在其他性能

21、方面也有很大的提高，特別是芯片內還增加了一個4路或8路的10位A/D轉換器，使其具有A/D轉換的功能?？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(shù)不一定會繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經有了32位單片機，但使用的并不多?？梢灶A言，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。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。 2.1.4 單片機應用領域 現(xiàn)在單片機的應用已經很廣泛，下面我們就一些典型方面進行介紹。 1. 工業(yè)自動化

22、方面 自動化能使工業(yè)系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，提高經濟效益，改善產品質量和減輕勞動強度。因此，自動化技術廣泛應用于機械、電子、電力、石油、化工、紡織、食品等輕重工業(yè)領域中，而在工業(yè)自動化技術中，無論是過程控制技術，數(shù)據(jù)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。 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。 2. 儀器儀表方面 現(xiàn)在儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高，對此最好使用單片機來實現(xiàn)，而單片機的使用又將加速儀器儀表向數(shù)字化，智能化，多功能化和柔性化方向發(fā)展

23、。 此外，單片機的使用還有助于提高儀器儀表的精度和準確度，簡化結構、減小體積及重量而易于攜帶和使用，并具有降低成本，增強抗干擾的能力，便于增加顯示、報警和自診斷等功能。 3. 家用電器方面 當前，家用電器產品的一個重要發(fā)展趨勢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，所以生產廠家常標榜“電腦控制”以提高其產品的檔次，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，這里說的電腦實際上就是單片機。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。 4. 信息和通信產品方面 信息和通信產品的

24、自動化和智能化程度很高，這當然離不開單片機的參與，例如計算機的外部設備和自動化辦公設備中，都有單片機在其中發(fā)揮著作用。 5. 軍事裝備方面 科技強軍、國防現(xiàn)代化離不開計算機，在現(xiàn)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。 2.15 單片機的生產廠家和機型 Intel(美國英特爾) 公司：MCS-48，MCS-51系列。 Microchip（美國微晶）公司：PICI6XX，PIC54CXX系列。

25、 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系列 Motorola（美國摩托羅拉）公司：6801系列和6805系列 Rockwell（美國洛克威爾）公司：6500/1系列 TI（美國德克薩斯儀器）公司：T

26、MS700 NS（美國國家半導體）公司：NS8070 RCA（美國無線電）公司：CDP1800系列 Panasonic（日本松下）公司：MN101C系列 NEC（日本電氣）公司：Ucom87,uPD7800系列

27、 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 2.2 MCS-51 系列單片機介紹 2.2.1 80C51 芯片介紹 MCS-51的原生產廠商是Intel公司，最早推出8

28、0C51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(tǒng)一的規(guī)律，造成我們辨認上的困難。例如PHILIPS公司生產的80C51系列芯片名稱分別為：80CXXX（ROM Less型），83CXXX（Mask ROM型）；

29、Siemens公司命名為C500系列，芯片型號以”C5“打頭；而華邦公司則命名為W77C51系列和W78C51系列等等。 新一代80C51的兼容芯片，還在芯片中增加了一些外部接口功能單元，例如數(shù)/模轉換器，可編程計數(shù)器陣列，監(jiān)視定時器，高速I/O口，計數(shù)器的俘獲/比較邏輯等，有些還在總線結構上也做了重大改進，出現(xiàn)了廉價的非總線型單片機芯片......。所有這些使新一代的兼容芯片已遠非原來意義上的80C51了。 目前這些80C51的兼容芯片已開始在我國使用，其中尤以 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

30、等更是后來居上，大有取代傳統(tǒng)EPROM型芯片之勢。 2.2.2 80C51與8051的比較 首先，與8051兼容是對80C51芯片的最基本要求，以確保8位單片機MCS-51系列的繼續(xù)發(fā)展，兼容應包括指令，引腳信號，總線等多個方面，指令兼容能保證兩者之間不存在指令障礙以維持軟件的可移植性，而引腳信號和封裝以及總線的兼容則確保兩者在系統(tǒng)擴展和接口方面的一致性，有利于系統(tǒng)的開發(fā)和應用。 80C51的最大改進是在芯片的半導體工藝上，早期的MCS-51系列芯片采用HMOS工藝，即高密度短溝道MOS工藝，，而80C51芯片則采用CHMOS工藝，即互補金屬氧化物HMOS工藝。CHMOS是CMO

31、S和HMOS的結合，除保持了HMOS高速度和高密度的特點之外，還具有CMOS低功耗的特點。例如8051芯片的功耗為630mW,而80C51的功耗只有120mW，這樣低功耗，有一粒紐扣電池就可以工作。低功耗對單片機在便攜式、手提式或野外的儀器儀表設備上使用十分有利。 80C51在功能增強方面也做了許多工作。首先，為進一步降低功耗，80C51芯片增加了待機和掉電保護兩種工作方式，以保證單片機在掉電情況下，能以最低的消耗電流維持。 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型之外，例如89C51就是4KB EEPROM，并且隨著集成技術

32、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，以防止應用程序泄露或被復制。 2.2.3 最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)就是單片機在發(fā)揮具體測控功能時所必須的組成部分。如下圖1所示為最小系統(tǒng)方框圖： 圖1 最小系統(tǒng)方框圖 2.2.4 定時與中斷的概念 中斷是一項重要的計算機技術，采用中斷技術可以使多項任務共享一個資源，所以中斷技術實質上就是一種資源共享技術。 向CPU發(fā)出中斷請求的來源稱之為中斷源。MCS-51是一個多中斷源的單片機，以80C51為例，有三類共

33、五個中斷源，分別是外部中斷兩個，定時中斷兩個和串行中斷一個。 1. 外中斷 外中斷是由外部信號引起的，共有兩個中斷源，即外部中斷“0”和外部中斷“1”。它們的中斷請求信號分別由引腳INT0（P3.2）和INT1（P3.3）引入。 外部中斷請求有兩種信號方式，即電平方式和脈沖方式，可通過有關控制位進行定義。 2. 定時中斷 定時中斷是為滿足定時或計數(shù)的需要而設置的。 3. 串行中斷 串行中斷是為串行數(shù)據(jù)傳送的需要而設置的。、 4. 中斷控制 這里所說的中斷控制是指提供給用戶使用的中斷控制手段，實際上就是一些專用寄存器。在MCS-51單片機中，用于此目的的控制

34、寄存器共有四個，即定時器控制寄存器、中斷允許控制寄存器、中斷優(yōu)先控制寄存器以及串行口控制寄存器。 5. 定時器控制寄存器（TCON） 該寄存器用于保存外部中斷請求和以及定時器的計數(shù)溢出。寄存器地址88H，位地址8FH～88H。 位地址8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 位符號TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 這個寄存器既有定時器/計數(shù)器的控制功能又有中斷控制功能，其中與中斷有關的控制位共六位：IE0和IE1 、IT0和IT1

35、以及TF0和TF1 。 6. 中斷允許控制寄存器（IE） 寄存器地址A8H，位地址AFH～A8H 位地址AF AE AD AC AB AA A9 A8 位符號EA ／ ／ ES ET1 EX1 ET0 EX0 其中與中斷有關的控制位共六位：EA、EX0和EX1 、ET0和ET1 、ES。 7. 中斷優(yōu)先級控制寄存器（IP） MCS-51的中斷優(yōu)先級控制只定義了高、低兩個優(yōu)先級。各中斷源的優(yōu)

36、先級由優(yōu)先寄存器（IP）進行設定。IP寄存器地址B8H，位地址為BFH～B8H。寄存器的內容及位地址表示如下： 位地址 BF BE BD BC BB BA B9 B8 位符號 ／ ／ ／ PS PT1 PX1 PT0 PX0 PX0 外部中斷0優(yōu)先級設定位 PT0 定時中斷0優(yōu)先級設定位

37、 PX1 外部中斷1優(yōu)先級設定位 PT1 定時中斷1優(yōu)先級設定位 PS 串行中斷優(yōu)先級設定位 為0的位優(yōu)先級為低；為1的位優(yōu)先級為高。 8. 定時器/計數(shù)器的控制寄存器 與定時器/計數(shù)器應用有關的控制

38、寄存器有： （1） 定時器控制寄存器（TCON） TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時控制。其中有關定時的控制位共有四位 ：TF0和TF1 、TR0和TR1 。 （2） 工作方式控制寄存器（TMOD） TMOD寄存器是一個專用寄存器，用于設定兩個定時器/計數(shù)器的工作方式。但TMOD寄存器不能位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設置其內容。 2.3 AT89S51的芯片概述 AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)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

39、、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及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(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，4個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，內部集成看門狗計時器片內時鐘振蕩器。 圖 2 AT89s51 其工作電壓在4.5－５V,一般我們

40、選用＋5V電壓。 89S51相對于89C51增加的新功能包括： -- 新增加很多功能，性能有了較大提升，價格基本不變，甚至比89C51更低 -- ISP在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的功能。 -- 最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。 -- 具有雙工UART串行通道。 -- 內部集成看門狗計時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。 -- 雙數(shù)據(jù)指示器。

41、 -- 電源關閉標識。 -- 全新的加密算法，這使得對于89S51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產權不被侵犯。 -- 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容產品。也就是說所有教科書、網絡教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是8051還是89C51還是MCS-51等等），在89S51上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。 因此我們選用AT89S51單片機來作為本系統(tǒng)的核心部分。 下圖3為89s51的核心電路框圖：

42、 圖 3 89s51的核心電路框圖 2.4 LED數(shù)碼管顯示器概述 1. LED數(shù)碼顯示器的結構與顯示段碼 （1） LED數(shù)碼顯示器的結構 LED數(shù)碼顯示器是一種有LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，一個用于顯示小數(shù)點，故通常稱之為7段發(fā)光二極管數(shù)碼器。其內部結構如下圖4所示。 圖 4 7段發(fā)光二極管數(shù)碼器內部結構圖 LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法如下。 共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與

43、輸入端相連。 共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。 （2） LED數(shù)碼顯示器的顯示段碼。 為了顯示字符，要為LED顯示器段碼（或稱字形代碼），組成一個8字形字符的7段，再加上1個小數(shù)點位，共計8段，因此提供給LED顯示器的顯示段碼為1個字節(jié)。各段碼位的對應關系如下表所示.十六進制數(shù)及空白字符與P的顯示段碼. 段碼位 D7 D6 D5 D4 D6 D2 D1 D0 顯示段 pd g f e d e b a 字型 共陽極段碼

44、共陰極段碼 字型 共陽極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 1 F9H 06H A 88H 2 A4H 5BM B 83H 3 B0H 4FH C C6H 4 99H 66H D A1H 5 92H 6DH E 86H 6 82H 7DH F 84H 7 F8H 07H 空白 FFH 8 80H 7FH P 8CH 2. LED數(shù)碼顯示器的接口方法與電路 （1） LED數(shù)碼顯示的接口方法。

45、單片機與LED數(shù)碼顯示器有以硬件為主和以軟件為主的兩種接口方法。 以硬件為主的接口方法，這種接口方法的電路如上圖所示： （2） LED數(shù)碼顯示器的接口電路。 實際使用的LED數(shù)碼顯示器位數(shù)較多。為降低成本，大部分以軟件為主的接口方法對于多位LED數(shù)碼管顯示器，通常采用動態(tài)掃描顯示方法，即逐個循環(huán)點亮 圖 5 各位顯示器。這樣雖然在任一時期只有一位顯示器被點亮，但是由于人眼有視覺殘留效應，看起來與全部顯示持續(xù)點亮的效果基本一樣（在亮度上要有差別）。 3. 驅動器 LED顯示是單片機控制產品中常見的應用。使用LED模塊,這種模塊中帶有LED顯示管和LED驅動電路,用起來較方便

46、。 一般用戶直接采用單片機+LED驅動器+LED顯示管的方式。 現(xiàn)在我們向大家推薦一種經常使用的LED驅動器8550，它作為共陽數(shù)碼管的驅動器，而共陰數(shù)碼管的驅動器則是A1015。它們都是三極管。 2.5 單片機最小系統(tǒng)與復位電路設計 ２.5.1 單片機最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)就是單片機在發(fā)揮具體測控功能時所必須的組成部分。如下圖6所示為最小系統(tǒng)方框圖： 圖 6 最小系統(tǒng)方框圖 ２.5.２復位電路 復位電路產生復位信號，復位信號送入RST后還要送至片內的施密特觸發(fā)器，由片內復位電路在每個機器周器的S5P2時刻對觸發(fā)器輸出采樣信號，然后由內部復位電路產生復位操作所

47、要的信號。一般的復位電路可分為上電自動復位和按鍵復位，我們在此選用的是上電復位。 ——上電自動復位原理：RST引腳是復位信號的輸入端，只要高電平的復位信號 持續(xù)兩個機器周期以上的有效時間，就可以使單片機上電復位。上電自動復位是通過電容充電實現(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，直到復位信號無效。按鍵復位在此不在作過多的介紹，其原理和上電復位是相同的。 但其采用的是脈沖復位電路和電平復位電路兩種。復位電路和單片機最小系統(tǒng)如下圖7所示： 圖 7 復位電路和單片機最小系統(tǒng) 2.6 元器件篩選與檢測 動手準備元器件之前，最好對照電路原理圖列出

48、所需元器件的清單。為了保證在試制的過程中不浪費時間，減少差錯，同時也保證制成后的裝置能長期穩(wěn)定地工作，待所有元器件都備齊后，還必須對其篩選檢測。 在正規(guī)的工業(yè)化生產中，都設有專門的元器件篩選檢測車間，備有許多通用和專用的篩選檢測裝備和儀器，但對于業(yè)余電子愛好者來說，不可能具備這些條件，即使如此，也絕不可以放棄對元器件的篩選和檢測工作，因為許多電子愛好者所用的電子元器件是郵購來的，其中有正品，也有次品，更多的是業(yè)余品或利用品，如在安裝之前不對它們進行篩選檢測，一旦焊入印刷電路板上，發(fā)現(xiàn)電路不能正常工作，再去檢查，不僅浪費很多時間和精力，而且拆來拆去很容易損壞元件及印刷電路板。 2.6.1

49、 外觀質量檢查 拿到一個電子元器件之后，應看其外觀有無明顯損壞。如變壓器，看其所有引線有否折斷，外表有無銹蝕，線包、骨架有無破損等。如三極管，看其外表有無破損，引腳有無折斷或銹蝕，還要檢查一下器件上的型號是否清晰可辨。對于電位器、可變電容器之類的可調元件，還要檢查在調節(jié)范圍內，其活動是否平滑、靈活，松緊是否合適，應無機械噪聲，手感好，并保證各觸點接觸良好。 各種不同的電子元器件都有自身的特點和要求，各位愛好者平時應多了解一些有關各元件的性能和參數(shù)、特點，積累經驗。 2.6.2 電氣性能的篩選 要保證試制的電子裝置能夠長期穩(wěn)定地通電

50、工作，并且經得起應用環(huán)境和其它可能因素的考驗，對電子元器件的篩選是必不可少的一道工序。所謂篩選，就是對電子元器件施加一種應力或多種應力試驗，暴露元器件的固有缺陷而不破壞它的完整性。篩選的理論是：如果試驗及應力等級選擇適當，劣質品會失效，而優(yōu)良品則會通過。人們在長期的生產實踐中發(fā)現(xiàn)新制造出來的電子元器件，在剛投入使用的時候，一般失效率較高，叫做早期失效，經過早期失效后，電子元器件便進入了正常的使用期階段，一般來說，在這一階段中，電子元器件的失效率會大大降低。過了正常使用階段，電子元器件便進入了耗損老化期階段，那將意味著壽終正寢。這個規(guī)律，恰似一條浴盆曲線，人們稱它為電子元器件的效能曲線。

51、電子元器件失效的原因，是由于在設計和生產時所選用的原材料或工藝措施不當而引起的。元器件的早期失效十分有害，但又不可避免。因此，人們只能人為地創(chuàng)造早期工作條件，從而在制成產品前就將劣質品剔除，讓用于產品制作的元器件一開始就進入正常使用階段，減少失效，增加其可靠性.在正規(guī)的電子工廠里，采用的老化篩選項目一般有：高低溫循環(huán)老化；高低溫循環(huán)老化；高低溫沖擊老化和高溫功率老化等。其中高溫功率老化是給試驗的電子元器件通電，模擬實際工作條件，再加上＋80℃－＋180℃的高溫經歷幾個小時，它是一種對元器件多種潛在故障都有檢驗作用的有效措施，也是目前采用得最多的一種方法。對于業(yè)余愛好者來說，在單件電子制作過程中

52、，是不太可能采取這些方法進行老化檢測的，在大多數(shù)情況下，采用了自然老化的方式。例如使用前將元器件存放一段時間，讓電子元器件自然地經歷夏季高溫和冬季低溫的考驗，然后再來檢測它們的電性能，看是否符合使用要求，優(yōu)存劣汰。 對于一些急用的電子元器件，也可采用簡易電老化方式，可采用一臺輸出電壓可調的脈動直流電源，使加在電子元器件兩端的電壓略高于元件額定值的工作電壓，調整流過元器件的電流強度，使其功率為1.5－2倍額定功率，通電幾分鐘甚至更長時間，利用元器件自身的特性而發(fā)熱升溫，完成簡易老化過程。 2.6.3 元器件的檢測 經過外觀檢查以及老化處理后的電子元器件，還必須通過對其電氣性能與技術參數(shù)地測

53、量，以確定其優(yōu)劣，剔除那些已經失效的元器件。當然，對于不同的電子元器件應有不同的測量儀器，但對于業(yè)余電子愛好者來說，一般不具備專用電子測量儀器的條件，但起碼應有一塊萬用電表，利用萬用電表可以對一些常用的電子元器件進行粗略檢測。各種電子元器件涉及到的電性能參數(shù)很多，我們要根據(jù)業(yè)余制作牽涉到的必須要弄清楚的有關參數(shù)進行檢測，而不必對該元器件的所有參數(shù)都一一檢測。下面例舉幾種基本元器件的檢測。 1. 電阻器。 它是所有電子裝置中應用最為廣泛的一種元件，也是最便宜的電子元件之一。它是一種線性元件，在電路中的主要用途有：限流、降壓、分壓、分流、匹配、負載、阻尼、取樣等。 檢測該元件時，主要

54、看它的標稱阻值與實際測量阻值的偏差程度。在大量的生產中，由于加工過程中各道工序對電阻器的作用，電阻器的實際值不可能做到與它的標稱值完全一致，因此其阻值具有離散性，為了便于管理和組織生產，工程上按照使用的需要，給出了允許偏差值，如5%、10%、20%。再加上萬用電表檢測電阻器時的誤差，一般要求其誤差不超過允許偏差的10%即認為合格。同時亦可通過外觀檢查綜合判斷其優(yōu)劣。 2. 電容器。 電容器也是電子裝置中用得最多的電子元器件之一。它的質量好壞直接影響到整機的性能，同時也是容易失效的元件。在檢查電容器時，如果電解電容器的貯存期超過了三年，可以認為該元件已經失效。有些電容器上沒有出廠年限標志

55、，外觀則完好無損，肉眼很難判斷出它的質量問題，因此就必須要對它進行檢測。 電容器在電路中擔任隔直、濾波、旁路、耦合、中和、退耦、調諧、振蕩等。它的常見故障有擊穿、漏電、失效（干涸）。用萬用電表的歐姆檔檢查電容器是利用了電容器能夠充放電原理進行的，這時應選用歐姆檔的最高量程（R1kΩ或R10kΩ）來測量。如圖2所示。當萬用電表的兩根表棒與電容器的兩引腳相接時，表針先向順時間方向偏轉一個角度，此時稱為電容器的充電，當充電到一定程度時，電容器又開始放電，此時萬用電表的指針便返回到∞位置。在測量過程中，表針擺動的角度越大，說明所檢測的電容器容量越大。表針返回后越接近∞處，說明所檢測的電容器漏電

56、越小，即所檢測的電容器的質量越高。 測量電解電容器時，由于其引腳有正、負極之分，應將紅表棒接電容器的負極，黑表棒接電容器的正極，這樣測量出來的漏電電阻才是正確的。反接時一般漏電電阻要比正接時小，利用這一點，還可判斷出無極性標志的電解電容器的極性。如果電容器的容量太小，如在4700P以下，就只能檢查它是否漏電或擊穿，如果在測量中，表針擺動一下回不到∞處，而是停留在0－∞處的中間某一位置上，說明該電容器漏電嚴重；也可采取圖3所示的辦法。在萬用電表與被測小電容器之間加裝一只NPN型硅三極管，要求其β值 大于100，集電極-發(fā)射極之間的耐壓應大于25V，ICEO越小越好。被測電容器接到A、B兩

57、端。由于三極管VT的電流放大作用，較小容量的電容器也能引起表針較大幅度的擺動，然后返回到∞位置，如不能返回到∞處的，則可估測出漏電電阻。 對于可變電容器、拉線電容器，亦可用萬用電表檢測出它們有否碰片或漏電、短路等。 3. 電感器。 電感器是一種非線性元件，可以儲存磁能。由于通過電感的電流值不能突變，所以，電感對直流電流短路，對突變的電流呈高阻態(tài)。電感器在電路中的基本用途有：扼流、交流負載、振蕩、陷波、調諧、補償、偏轉等。利用萬用電表對其進行檢測時，即只能判斷出它的直流電阻值，如果已經標明了數(shù)值的電感器，只要其直流電阻值大致符合。 4. 晶體二極管。 晶體二極管是一種非線

58、性器件，它的正、反兩個方向的電阻值相差懸殊，這就是二極管的單向導電性。在電路中，利用這一特性，可以作整流、檢波、箝位、限幅、阻尼、隔離等。 用萬用電表測量二極管時，可選用歐姆檔R1kΩ。由于二極管具有單向導電性，它的正、反向電阻是不相等的，兩者阻值相差越大越好。對于常用的小功率二極管，反向電阻應比正向電阻大數(shù)百倍以上。用紅表棒接二極管的正極，黑表棒接它的負極，測得的是反向電阻。反之，紅表棒接二極管的負極，黑表棒接它的正極，測得的是正向電阻。諸二極管的正向電阻一般在100Ω－1kΩ左右； 硅二極管的正向電阻一般在幾百歐至幾千歐。如果測得它的正、反向電阻都是無窮大，說明該二極管內部已開路；如

59、果它的正、反向電阻均為0，說明二極管內部已短路；如果它的正、反向電阻相差無幾，說明二極管的性能變差失效。出現(xiàn)以上三種情況的二極管均不能使用。 5. 晶體三極管。 三極管是電子裝置中的重要元件，它的質量優(yōu)劣直接關系到系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性，因此，它是最需要進行老化篩選的元件之一。已知一個三極管的型號和管腳排列，可采用如下簡易測試法來判斷它的性能。應該注意的是：對一般小功率低壓三極管，不宜采用R10kΩ檔進行測試，以免表內的高電壓損壞三極管。 在檢查三極管的穿透電流大小時，可采用圖4所示的測量法，圖中被測的是NPN型三極管，如果是NPN型三極管，其測試棒應與管腳對調。萬用電表的量程一般選用

60、R100或R1kΩ檔，要求測得的電阻值越大越好，對于中功率的鍺管，此值應大于數(shù)千歐；對于硅管，此值應大于數(shù)百千歐。如果所測得的數(shù)值過小，說明管子的穿透電流大，管子的性能不好。如果測量時萬用電表的表針搖擺不定，說明管子的穩(wěn)定性很差。如果測得的阻值接近于零，說明管子內部已擊穿短路，不能使用。 在檢查三極管的放大性能β值時，可以采用圖5所示的估測法。如果被測管是NPN型，可按此方法測試，如果被測管是PNP則按虛線方式連接。測量時表針應向右偏轉，其偏轉角度越大，說明管子的放大倍數(shù)β越大。如果加上電阻R之后表針變化的角度不大或根本不變，則說明管子的放大作用很差或已經損壞。其R的阻值可在51kΩ－100

61、kΩ范圍內選取。也可能利用人手的電阻，用手捏位管子的c-b兩極，但不要使它們短路，以手的皮膚電阻代替R。 對于結型場效應管，已知型號與管腳，如果用萬用電表測G（柵極）和S（源極）之間，G與D（漏極）之間沒有PN結電阻，說明該管子已壞。用萬用電表的R1kΩ檔，其表棒分別接在場效應管的S極和D極上，然后用手碰觸管子和G極，若表針不動，說明管子不好；若表針有較大幅度的擺動，說明管子可用。結型場效應管電路符號與引腳如圖6所示。 以上所述的管子測量方法雖是粗略的，但一般都切實可行，如欲進行更嚴格的測量篩選，則宜使用專門的測試儀器 6. 集成電路 集成電路的門類、品種很多，在業(yè)余條件下，電子愛好者

62、似乎沒有特別的測試方法，采用萬用電表進行測量時，只能對照已知的集成塊引腳數(shù)據(jù)，用測得的數(shù)據(jù)與已知的數(shù)據(jù)進行對比，從而判斷出被測集成塊的好壞。也可以搭一個簡單的試驗電路，將集成塊插入電路中進行試驗，如能完成某些功能或符合某種邏輯關系便可用。如對音樂集成電路進行測試，可先制作一個簡易電路，留出音樂集成電路的插腳（或用夾子），將音樂集成電路置于電路中，如果發(fā)聲正常則可使用，否則不可使用。如果你有時間也樂于動手的話不妨自制一些常用的集成電路的簡易試驗儀器（參見本站工具儀表一欄），可方便日后的電子電路制作。 即可視為合格。 7.其它電子元器件 如常用的各種開關、接插件、發(fā)光二極管、揚聲器、耳機等，主

63、要用萬用電表檢測它們的通斷情況。對于發(fā)光二極管和揚聲器、耳機，也可用電池組來試驗其發(fā)光或發(fā)聲程序，以此來判斷其優(yōu)劣。 第３章 系統(tǒng)調試 3.1 硬件調試 3.1.1硬件電路 圖 8 MCS-51的CPU時序電路 MCS-51的振蕩器輸入分別由引腳19（XTAL1）和引腳18（XTAL2）來完成。只要將這兩個引腳外接石英晶體和陶瓷電容，如下圖所示，就可與CPU內部組成完整的振蕩電路。 MCS—51的一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩器周期，因此一個機器周期共有12個振蕩周期，如振蕩器的頻率為12MHz，一個振蕩器周期為1/12微秒，而一個機器周

64、期為1微秒。 3.2 軟件調試 3.2.1 系統(tǒng)調試工具keil c51 Keil C51仿真器是一款利用KEIL C51 的IDE集成開發(fā)環(huán)境作為仿真環(huán)境的廉價 仿真器，是利用SST公司具有IAP功能的單片機SST89C58制作而成，主要是利用了SST89C58的IAP功能，所謂IAP功能是In application program 的英文縮寫，是在應用編程的意思，通俗一點講就是：它可以通過串口將用戶的程序下載到單片機中，可以通過串口對單片機進行編程。它之所以具有這種功能，實際上它有兩塊程序flash區(qū)，其中一塊flash中運行的程序可以更改另外的一塊程序flash區(qū)中的程序，正

65、是利用這一特性才用它作成了仿真器，我們把仿真器的監(jiān)控程序事先燒入SST89C58，監(jiān)控程序通過SST89C58的串口和PC通訊，當使用KEIL C51的IDE環(huán)境仿真時，用戶的程序通過串口被監(jiān)控程序寫入flash程序區(qū)中，當用戶設置斷點等操作仿真程序時，flash程序中的用戶程序也在相應的更改，從而實現(xiàn)了仿真功能 。 結束語 通過本次設計，使我認識并了解了基本的設計開發(fā)過程，在這過程中，我的身邊的同學們給了我很多的啟示和幫助，而且我覺的對以前不了解的單片機知識有了一個更高更深的了解。在三個月的畢業(yè)論文設計中我還學會了通過圖書館網上閱讀資料，更加強了獨立完成任務的能力。我相信我所學的東

66、西在以后的工作學習中會起很大的作用。 致謝 在本次設計過程中得到了指導老師的支持，在此表示感謝！自始至終關心督促畢業(yè)設計進程和進度。幫助解決畢業(yè)設計中遇到的許多問題。還不斷向我們傳授分析問題和解決問題的辦法，并指出了正確的努力方向，使我在畢設過程中少走很多彎路。 同時，身邊的同學給了我許多的幫助。在此，我向身邊關心我的同學致以誠摯的謝意！ 最后感謝各位老師多年來的教誨與幫助，感謝學院對我這幾年的培養(yǎng)。！ 參考文獻 1. 李廣弟等編著，《單片機基礎》，北京航空航天大學出版社，2001年7月。 2.馬長芳等編著，《新型集成電路及其應用實例》科學出版社，2002年11月。 3.鮑宏亞等編著，《MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)》中國宇航出版社，2005年9月。 4.吳金戌等編著，《8051單片機實踐與應用》清