单片机原理与应用课程设计论文文档格式.docx
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（1）能仪器仪表
单片机用于各种仪表，一方面提高了仪表仪器的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表的升级代换。
如各种智能化电气测量仪表，智能传感器等。
（2）机电一体化
机电一体化产品是集机械技术，微电子技术，自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。
单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。
典型的产品如：
机器人，数控机床，自动包装机，点钞机，医疗设备，打印机，传真机，复印机等。
（3）实时工业控制
单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。
电流，电压，温度，液位，流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。
在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。
典型应用如电动机转速控制，温度控制，自动生产线等。
（4）分布系统的前端模式
在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式控制系统完成大量的分布参数的采集。
在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块。
系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系列有点。
（5）家用电器
家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广泛如空调，电冰箱，洗衣机、电饭煲，高档洗浴设备，高档玩具。
另外，交通领域中，汽车，火车，飞机，航天等均有单片机的广泛应用。
1.4单片机的中断与定时系统
1.4.1MCS－51单片机中断系统
中断是一项重要的计算机技术，这一技术在单片机中得到了充分的继承。
Cpu在面对多项任务，但是由于资源有限，有可能出现资源竞争的局面，即多个任务来争夺一个CPU。
而中断技术就是解决资源竞争的有效方法。
采用中断技术可以使多项任务共享一个资源，所以中断技术实质上就是一种资源共享技术。
在单片机中，中断技术主要用于实时控制。
所谓实时控制，就是要求计算机能及时地响应被控对象提出的分析，计算和控制等请求，使被控对象保持在最佳工作状态，以达到预定的控制效果。
由于这些控制参量的请求都是随机发出的，而且要求单片机必须作出快速响应并及时处理，因此，只有靠中断技术才能实现。
1.4.2MCS-51单片机的定时器/计数器
的控制应用中,定时是必不可少的,可供选择的定时方法有:
（1）软件定时
软件定时是靠执行一个循环程序以进行的时间延迟.软件定时的特点是时间精确，且不需外加硬件电路。
但软件定时要占用CPU，增加CPU开销，因此软件定时的时间不易太长。
此外，软件定时方法在某些情况下无法使用。
（2）硬件定时
对于时间较长的定时，常使用硬件电路完成。
硬件定时方法的特点是定时功能全部由硬件电路完成，不占CPU时间。
但需通过改变电路中的元件参数来调节定时时间，在使用上不过灵活，方便。
（3）可编程定时器定时
这种定时的方法是对通过系统时钟脉冲的计数来实现。
计数值通过程序设定，改变计数值，也就改变了定时时间，使用起来即方便，又灵活。
此外，由于采用计数方法实现，因此，可编程定时器都兼有计数的功能，可以对外来脉冲进行计数。
单片机应用中，定时与计数的需求较多，为了使用方便并增加单片机的功能，就干脆把定时电路集成在芯片中，成为定时器/计数器。
MCS－51内部就有两个定时器/计数器。
定时器/计数器的定时和计数功能
作为基本组成内容，MCS－51单片机共有2个可编程的定时器/计数器，分别称定时器/计数器和定时器/计数器1。
它们都是16位加法计数结构，分别由TH0（地址是8CH）和TL0（地址是8AH）及TH1（地址是8DH）和TL1（地址是8BH）l两个8位计数器组成。
这4个计数器均属专用寄存器之列。
计数功能
所谓计数是指对外部时间进行计数。
外部时间的发生以输入脉冲表示，因此计数功能的实质就是对外来脉冲进行计数。
MCS－51芯片有T0和T1两个信号的引脚，分别是两个计数器的计数输入端。
外部输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器加1（加法计数）。
定时功能
定时功能也是通过计数器的计数来实现的，不过此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲。
也就是每个机器周期计数器加1，由于一个机器周期等于12个振荡脉冲周期，因此计数频率为振荡频率的1/12。
如果单片机采用12MHZ晶体，则计数器频率为1Mhz,即每微妙计数器加1。
这样不但可以根据计数器计算出定时时间，也可以反过来按定时时间的要求计算出计数器的预置值。
1．5芯片简介
AT89C51单片机引脚图如下：
图1.1AT89C51引脚图
MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下：
VCC：
+5V电源。
VSS：
接地。
RST：
复位信号。
当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完成单片机的复位初始化操作。
XTAL1和XTAL2：
外接晶体引线端。
当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；
当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
P0口：
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，当作输出口使用时，必须接上拉电阻才能有高电平输出；
当作输入口使用时，必须先向电路中的锁存器写入“1”，使FET截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，它不再需要多路转接电路MUX；
因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同样也需先向其锁存器写“1”，使输出驱动电路的FET截止。
P2口：
P2口电路比P1口电路多了一个多路转接电路MUX，这又正好与P0口一样。
P2口可以作为通用的I/O口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器Q端。
P3口：
P3口特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。
当作为I/O口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。
当输出第二功能信号时，该位应应置“1”，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出，具体第二功能如表1所示。
第二章总体方案设计
2.1设计方案
数字钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。
它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和一些显示日期、随时查看年月日等附加功能。
因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”，“日期”计数器、校时电路、和振荡器组成。
秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。
将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。
“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。
每累计24小时，发出一个“日脉冲”信号，该信号将被送到“日期计数器”，“日期计数器”采用30进制计时器，可实现对一月30天的累计同时进位月份和年份。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”、“日期”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。
校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”、“日期”、“月份”显示数字进行校对调整的。
数字电子钟主体电路应由以下几部分组成：
通过分频器产生标准秒信号；
60进制分秒计数器以及24小时计数器；
分、时的译码显示部分；
校时电路。
2.1程序结构框图
图2.1软件的模块实现原理图
2.1.1主程序流程图如图2.2所示：
图7系统总体流程图
图2.2主程序流程图（日期显示的年月日与时分秒同理）
2.1.2中断处理流程图如图2.3所示
N
Y
图2.3中断处理流程图
第三章系统的硬件组成
3.1硬件模块的实现
单片机系统中的时钟是一切与时间有关过程的运行基础，在实时控制系统中尤其如此。
钟有绝对时钟和相对时钟两种。
绝对时钟是与当地的时钟同步的，有月、日,时、秒等功。
相对时钟则与当地时间无关，一般只有时、分、自动控制定时时间长短的功能。
MOS-51系列单片机只有T0,T1两个16位定时器，若都用作系统时钟的绝对时钟和相对时钟定时，则当系统再用于通信等需要定时器资源的情况下，会出现定时器不够用的情况.为此，统一设计单片机的时钟系统，用一个定时器完成绝对和相对时钟等多项定时任务是有实际意义的。
3.1.1显示模块概述概述
1.功能概述
本时钟使用四个LED显示模块，显示的基本格式为：
时×
×
（秒点跳动）分×
秒×
。
随时可以调整时钟的时间。
当按下时钟调整模式键时，进入调整时间状态。
通过不同的按钮次数，调整不同的位置的数字。
单片机时钟的基本框图如图3.1所示：
图3.1单片机时钟的基本框图
晶振复位电路：
产生计数信号，完成时钟的运行。
输入模式键：
选择调整的位：
分，时，日，月。
输入调整键：
调整相应位的时间或日期，每按一次，加一。
2.技术方案
一个完整的数字钟电路相当于一个简单的系统，每个部分都要设计。
MCS－51单片机的片内结构由八部分组成。
微型处理机（CPU），数据存储器（RAM）。
程序存贮器（ROM，EPROM），I/O口，定时器，计数器。
中断系统及特殊的功能寄存器（SFR）。
数据存储器和程序存储器的可寻址的范围是：
64K地址范围是：
0000H-----FFFFH扩展的I/O均占用存储器的地址。
（1）LED显示原理
可供选择的方法LED显示有四种方法
⏹使用单片机芯片本身的并行口。
⏹使用单片机芯片本身的穿行口
⏹使用通用芯片接口（例如。
8255，8155等）
⏹使用专用接口芯片8279
（2）LED的分类
LED发光器一般有两类，数码管和点阵。
常用的数码管一般为8字节数码管，分别为：
a，b，c，d，e，f，g，dp。
其中dp为小数点。
数码管常用的有10根管脚。
段中间两根管脚为一个数码管的公用端。
两根之间的相互连通。
如图3.所示：
八段显示：
图3.2LED数码管图3.3八段数码管
从尺寸上分，LED数码管的种类很多，常用的有0.3，0.5，0.8，1.01.2，1.5，1.8，2.3，3.0，4.0，5.0等。
一般小1.0的单管芯。
1.2---1.5为双芯管。
1.8以上为3个以上芯管。
因而它们的要求不同，一般每个管芯压降为2.1v左右。
通常，0.8以下采用5V供电。
1.0—2.3采用12v供电，3.0以上的选择更高电压供电。
从电路上分为共阴极和共阳极两种。
图3.3为共阳极八段显示器。
（3）可供选择的LED显示的基本原理：
用单片机驱动LED的方法有很多种，按显示方式分，有静态显示和动态显示两种。
按译码方式分为硬件译码和和软件译码。
1.静态显示：
所谓静态显示就是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管导通或截止。
静态显示有并行和串行输出出两种方式。
对于静态显示方式。
Led显示器由接口芯片直接驱动。
采用较小的驱动电流就可以得到较高的显示亮度。
但是，并行输出显示的十进制位数多时，需要并行的I/O接口芯片的数量较多。
采用串行输出可以大大节省单片机的内部资源。
静态显示具有锁存的能力，单片机将要显示的数据送出后不再控制LED，直到下次显示是才传送数据。
静态显示的数据稳定，占用的CPU时间少。
每一位都有锁存器和译码器。
电路如图3.4。
图3.4数码管静态显示原理图
2.动态显示：
所谓动态显示，就是一位一位的显示轮流点亮显示器的各个位（扫描）。
对于每一位而言，每隔一段时间点亮一次。
虽然在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮）。
但是由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余晖，我们看到却是多个字符“同时”显示。
显示器亮度即与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间长短和时间间隔有关。
调整电流和时间参数，即可以得到较稳定的显示。
动态显示接口是单片机中应用最广泛的一种显示方式。
其接口把所的LEDA—G—dp连在一起。
而公共的COM端是各自独立受I/O控制。
尽管实际上各位显示器并非同时点亮。
但是是要扫描的速度足够快，给人一种稳定的感觉，不会有闪烁感。
静态显示虽然数据显示稳定，占用cpu时间少，但是使用硬件较多。
动态显示占
用CPU时间多，但是使用硬件少。
节省电路板空间。
从上述分析，动态显示方案有
一定的实用性，也是目前单片机数码管显示较为常用的一种显示方式。
所以，在本设
计中，使用动态显示方式。
3、显示驱动电路方案
在一般情况下，单片机使用并行驱动方式进行LED显示。
并行驱动的结构较为简单，并且非常适用于说明地址和数据总线复用的情况。
LED并行驱动的电路原理图如下：
图3.5LED并行驱动的电路原理图
图中C51与8位LED显示器的接口。
74HC573的P00—P07作为段选码口，经过74LS138驱动与LED相连。
74HC573的P00—P07作为位选码口，经过74LS138驱动与LED的位相连。
将各个位选线直接连接在单片机的其中一个输出口，进行位扫描，完成动态的显示。
总结上述提到的各种方式都有各自的可行性。
3.2晶振电路
单片机由其内部固化程序在12MHZ晶振的准确支持运行，将时钟芯片中的时、分读取到缓冲区内，并将时、分送到显示电路，
图所示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。
时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。
图3.6晶振电路
3.3按键模块
按建模块用来切换显示时间或日期，以及对时间和日期进行校正修改和相关设置功能，该系统只使用S1和S2两个按键，如下图所示：
图3.7按键模块原理图
图4.2STC-ISP下载软件界面
第四章程序设计
4.1相关工具软件
本次设计中与用到的相关软件如图4.1和图4.2所示：
图4.1KeiluVision2使用界面
4.2部分时钟程序（程序清单见附录）:
/******************************************************************/
/*定时器1中断*/
voidtime1_isr（void）interrupt3using0//定时器1用来动态扫描
{staticunsignedcharnum;
TH1=0xF8;
//重入初值
TL1=0xf0;
switch（num）{
case0:
P2=0;
P0=StrTab[num];
break;
//分别调用缓冲区的值进行扫描
case1:
P2=1;
case2:
P2=2;
case3:
P2=3;
case4:
P2=4;
case5:
P2=5;
case6:
P2=6;
case7:
P2=7;
default:
}
num++;
//扫描8次，使用8个数码管
if（num==8）
num=0;
第五章系统功能调试与指标参数
本系统以89C51单片机作为控制核心,使用LED显示模块和按键模块,实现时间的显示，年月日显示及相应校正和设置功能.除具有括时钟显示、日期显示外,还有校正时间和日期.实际运行效果良好,并可进行进一步的扩展.数字电子钟能以秒为最小时间单位计时，同时应能用数字直观显示当前的时与分，秒，以及切换到日期显示界面，还可以手动校时和调整日期。
5.1基本功能和参数
1．时制式为24小时制。
2．采用LED数码管显示时、分，秒采用数字显示。
3．具有方便的时间调校功能。
4．计时稳定，可精确校正计时精度。
6．其它附加功能（显示日期，随时切换查看时间和日期）。
5.2测试的相关参数
（1）小计时时间单位为1s。
（2）秒和分的范围是00~59，小时的计时范围是00~23，日的计时范围是01~30，月的计时范围是01~12，年的计时范围是2000~2099。
（3）可手动将时间显示和日期显示互相切换，并可分别对分钟、小时、日期和月份进行校正。
第六章设计总结
单片机作为我们主要的专业课程之一，我觉得单片机课程设计很有必要，而且很有意义。
但当拿到题目时，确实不知道怎么着手，有些迷茫，上网查资料，问老师，在老师的帮助下，历时两个星期，解决一个又一个的困难，终于完成任务。
在这次课程设计中，运用到了很多以前的专业知识，虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的一大收获。
另外，要做好一个课程设计，就必须做到：
在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；
要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；
在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；
要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；
在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。
发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。
设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。
在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，不能灵活运用。
通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。
另外，要非常感谢我的指导老师，是她指引我克服一个由一个的困难，让我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。
我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。
附录
时钟程序清单：
#include<
reg52.h>
//包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
sbitkey_change=P3^0;
//定义端口参数
sbitkey=P3^1;
sbitLED=P1^2;
//定义指示灯参数
codeunsignedchartab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//共阴数码管0-9
unsignedcharStrTab[8];
//定义缓冲区
unsignedcharminute=55,hour=20,second,date=24,change,month=12,year=10,number;
//定义并且初始化值20:
55:
0020101224
/*延时函数*/
voiddelay（unsignedintcnt）
{
while（--cnt）;
/*显示处理函数*/
voiddisplay_time（）
{
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