南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 1 頁 共 43 頁 2007 屆畢業論文 基于單片機控制的 9999 秒倒計時器的設計 作 者： 廖 志 斌 專 業： 04 級 電子 工 程 1 班 學 號： 04102120131 指導老師：楊盛日 南昌理工學院電子信息科學 2006 年 10 月 7 日 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 2 頁 共 43 頁 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是利用壓力傳感器采集當前壓力并反映在顯示器上，它可以分析壓力過量程，并發出報警。并采用電子秤原理可根據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數碼管顯示器； keil C51；倒計時器 ；三極管 C8850 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 3 頁 共 43 頁 Summary Permeate in the social realm along with the calculator in recent years, single slice the application 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 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 ofwith the object characteristics combine to make perfect. Imitating many passage pressure systemses is to 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 that the unit price computes an object accurately 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 4 頁 共 43 頁 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 peoples 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 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 5 頁 共 43 頁 目 錄 摘要 1 第 1 章 方案論證 1 1.1 開發意義 1 1.2 功能說明 1 第 2 章 硬件電路 2 2.1 單片機概述 2 2.2 MCS-51 系列單片機介紹 8 2.3 AT89S51 芯片概述 13 2.4 LED 數碼管顯示器概述 1 5 2.5 單片機最小系統與復位電路 設計 18 2.6 元器件篩選與檢測 20 第 章 系統調試 28 3.1 硬件 調試 28 3.2 軟件 調試 2 結束語 3 0 致 謝 30 參考文獻 30附錄 1 源程序 31 附錄 2 電子元器件 31 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 6 頁 共 43 頁 前 言 在生活和生產的各領域中，凡是有自動控制要求的地方都會有單片機的身影出現；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（編程序）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展、日益完善和更加充實。 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 7 頁 共 43 頁 第一章 方案論證 1.1 開發意義 本課題開發的意義在于它既節省了硬件成本，又能實現多功能。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 16 位計數器的計時中斷法。 （ 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 位計數器初值為 0000H，需 65536 個計時脈沖方可發生溢出，現在需 1000000 個脈沖，則溢出次數達 15.258 次（ 100000065536=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 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，方才發生溢出。共計輸入南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 8 頁 共 43 頁 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（ 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。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）。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 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 9 頁 共 43 頁 1. 通用單片機和專用單片機 根據控制應用的需要，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。用戶可以根據需要設計成各種不同應用的控制系統，即通用單片機有一個在設計的過程，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。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，設計時已經對系統結構的最簡化，軟硬件資源利用的最優化， 2.1.2 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做為基本 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，即：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南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 10 頁 共 43 頁 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。 2.1.3 單片機的產生與發展 1. 單片機的產生 電子計算機的發展經歷了從電子管，晶體管，集成電路到大（超大）規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在廣泛使用的微型計算機是大規模集成電路技術發展的產物，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 同的方向發展；一個是向高速度，大容量，高性能的高檔微機方向發展；而另一個則是向穩定可靠、體積小和價格廉價的單片機方向發展。但是兩者在原理和技術上是緊密聯系的。 2. 單片機的發展 繼 1971 年微處理器的研制成功不久，就出現了單片的微型計算機即單片機，但最早出現的單片機是一位的， 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，為單片機的發展奠定了堅實的基礎，成為單片機發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 多個品南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 11 頁 共 43 頁 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展。但其位數不一定會繼續增加，盡管現在已經有了 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南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 12 頁 共 43 頁 紹。 1. 工業自動化方面 自動化能使工業系統處于最佳狀態，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、食品等輕重工業領域中，而在工業自動化技術中，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。 在工業自動化的領域中，機電一體化技術將發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，單片機將發揮越來越大的作用。 2. 儀器儀表方面 現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，而單片機的使用又將加速儀器儀表 向數字化，智能化，多功能化和柔性化方向發展。 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南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 13 頁 共 43 頁 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揮著作用。 5. 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。 2.1.5 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。 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： TMS700 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 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 14 頁 共 43 頁 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 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）； 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 /模轉換器，可編程計數器陣列，監視定時器，高速 I/O口，計數器的俘獲 /比較邏輯等，有些還在總線結構上也做了重大改進，出現了廉價的非總線型單片機芯片 .。所有這些使新一代的南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 15 頁 共 43 頁 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 等更是后來居上，大有取代傳統 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 系列的繼續發展，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擴展和接口方面的一致 性，有利于系統的開發和應用。 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 CMOS 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南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 16 頁 共 43 頁 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，以防止應用程序泄露或被復制。 2.2.3 最小系統 最小系統就是單片機在發揮具體測控功能時所必須的組成部分。如下圖所示為最小系統方框圖： 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 微 型 單 片 機 復位電路 振蕩電路 電源 輸入 /輸出設備 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 17 頁 共 43 頁 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的需要而設置的。 3. 串行中斷 串行中斷是為串行數據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 以及 TF0 和TF1 。 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 18 頁 共 43 頁 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. 中斷優先級控制寄存器（ IP） MCS-51 的中斷優先級控制只定義了高、低兩個優先級。各中斷源的優先級由優先寄存器（ 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 優先級設定位 PT0 定時中斷 0 優先級設定位 PX1 外部中斷 1 優先級設定位 PT1 定時中斷 1 優先級設定位 PS 串行中斷優先級設定位 為 0 的位優先級為低；為 1 的位優先級為高。 8. 定時器 /計數器的控制寄存器 與定時器 /計數器應用有關的控制寄存器有： （ 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。其中有關定時的控南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 19 頁 共 43 頁 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 /計數器的工作方式。但 TMOD 寄存器不能位尋址，只能用字節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、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS-51指令系統及 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 的隨機存取數據存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 4 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。 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 20 頁 共 43 頁 其工作電壓在 4.5 V,一般我們選用 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。 - 雙數據指示器。 - 電源關閉標識。 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 21 頁 共 43 頁 - 全新的加密算法，這使得對于 89S51 的解密變為不可能，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的核心部分。 下圖為 89s51 的核心電路框圖： 2.4 LED 數碼管顯示器概述 1. LED 數碼顯示器的結構與顯示段碼 （ 1） LED 數碼顯示器的結構 LED數碼顯示器是一種有 LED 發光二極管組合顯示字符的顯示器4KB ROM 特殊功能寄存器 SFR （ 128B） 定時 /記數器 T0、 T1 并行 I/O接口 串行口 中斷系 統 CPU 時鐘源 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 22 頁 共 43 頁 件。它使用了 8 個 LED 發光二極管，其中 7 個用于顯示字符，一個用于顯示小數點，故通常稱之為 7 段發光二極管數碼器。其內部結構如下圖所示。 LED 數碼顯示器有兩種連接方法如下。 共陽極接法。把發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，每個發光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。 共陰極接法。把發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。每個發光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。 （ 2） LED 數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。各段碼位的對應關系如下表所示 .十六進制數及空白字符與 P 的顯示段碼 . 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 23 頁 共 43 頁 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 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 數碼顯示器的接口方法與電路 （ 1） LED 數碼顯示的接口方法。 單片機與 LED 數碼顯示器有以硬件為主和以軟件為主的兩種接口方法。 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 24 頁 共 43 頁 以硬件為主的接口方法，這種接口方法的電路如圖所示： （ 2） LED 數碼顯示器的接口電路。 實際使用的 LED 數碼顯示器位數較多。為降低成本，大部分以軟件為主的接口方法對于多位 LED 數碼管顯示器，通常采用動態掃描顯示方法，即逐個循環點亮各位顯示器。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。 一般用戶直接采用單片機 +LED 驅動器 +LED 顯示管的方式 , 現在我們向大家推薦一種經常使用的 LED 驅動器 8550，它作為共陽數碼管的驅動器，而共陰數碼管的驅動器則是 A1015。它們都是三極管。 2.5 單片機最小系統與復位電路 設計 驅動器 PB7 PB6 8155 PB0 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 25 頁 共 43 頁 .5.1 單片機最小系統 最小系統就是單 片機在發揮具體測控功能時所必須的組成部分。如下圖所示為最小系統方框圖： .5.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器，由片內復位電路在每個機器周器的 S5P2 時刻對觸發器輸出采樣信號，然后由內部復位電路產生復位操作所要的信號。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，直到復微 型 單 片 機 復位電路 振蕩電路 電源 輸入 /輸出設備 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 26 頁 共 43 頁 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如下圖所示： 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定地工作，待所有元器件都備齊后，還必須對其篩選檢測。 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 27 頁 共 43 頁 在正規的工業化生產中，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，發現電路不能正常工作，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 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、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定地通電工作，并且經得起應用環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：如果試南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 28 頁 共 43 頁 驗及應力等級選擇適當，劣質品會失效，而優良品則會通過。人們在長期的生產實踐中發現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。這個規律，恰似一條浴盆曲線，人們稱它為電子元器件的效能曲線。 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 .在正規的電子工廠里，采用的老化篩選項目一般有：高低溫循環老化；高低溫循環老化；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。對于業余愛好者來說，在單件電子制作過程中，是不太可能采取這些方法進行老化檢測的，在大多數情況下，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，使南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 29 頁 共 43 頁 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地測量，以確定其優劣，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很多，我們要根據業余制作牽涉到的必須要弄清楚的有關參數進行檢測，而不必對該元器件的所有參數都一一檢測。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劣。 南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 30 頁 共 43 頁 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，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（ R 1k或 R 10k ）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南昌理工學院電子 工 程 專業畢業論文 (設計 ) 第 31 頁 共 43 頁 容器之間加裝一只 NPN 型硅三極管，要求其 值大于 100，集電極 -發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。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 R 1k 。由于二極管具有單向導電性，它的正、反向