可预置的定时显示报警系统设计[毕业论文+翻译]

机电毕业论文：可预置的定时显示报警系统设计含毕业论文、英文翻译

摘 要

本文介绍的是一个由单片机构成的应用系统，它具有一个走时精确的实时钟，可以任意预置时间，时间表的转换，执行报警系统的打铃和时钟的显示功能等。可以通过按键操作和数字显示。文中对硬件和软件做了详细介绍。

用单片机做定时控制，可充分发挥单片机体积小，价格便宜，功耗低，可靠性好等特点。本文介绍的可预置的定时显示报警系统由8051单片机和少量其它器件组成。本机的时间由6个LED显示，中间的发光二极管表示间隔。本机可存储农历时间表和阳历时间表，用一个按键切换，用红绿发光二极管分别表示。
在单片机开发过程中，经常要求控制装置能够完成多项功能，所以合理的时间分配和准确的时间定时功能便成为开发成功与否的关键。本文介绍的应用软件的方法，即在MCS-51片内的RAM存储器位寻址区，设置各功能模块的软件标志，定时时间到，定时中断服务程序置此标志位为1，当主程序查询到此标志位是就会执行相应的功能。

关键词： 单片机 数码管 控制

Abstract

A applied system constituted by singechip is introducted in this text, it has a real time clock that goes exactly,the time and the schedule can be intercalated at will,it can jow when the time comes to the fixed time,also,it can control the work of the heater and the job of display.All these jobs can be controlled by the key-press.Zhe hardware and the software are both introduced in the text in detail.

When the singechip is used to timming controlling ,the characteristics of it can be seen clearly,such as:the small volume, the low price,the low consume and the well security.This system introduced in this text is composed by 8051 singechip and some other parts of an apparatus.The display of the time is composed by six LED,the red abbr among them show the distance.Two tables can be storaged in thie system.The change of them is done by the switch and the difference is showed by different abbrs.

During the process of the exploitation of the singschip , many functions is requested in the apparatus of controlling,and the key of all the process is the rational timing distribution and the veracious timing . The software introducted in this text is intercalate the sign of every module in the digit seeking site section of the RAM of the signechip.When it comes to the time ,the sign will turn to one,so the main program will enforcole the relevant function .

Keywords: singechip number canal control

目 录

摘 要 I
Abstract II
第1章 绪 论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题来源 2
1.3 本章小结 2
第2章 MCS-51单片机的结构 3
2.1 控制器 3
2.1.1 程序计数器PC（Program Counter） 3
2.1.2 指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑电路 4
2.2 存储器的结构 4
2.3 并行I/O口 6
2.4 时钟电路与时序 7
2.5 单片机的工作方式 7
2.6 单片机的性能特点 10
2.7 单片机的应用领域 10
2.8 本章小结 11
第3章 电路的硬件设计 12
3.1 复位电路 12
3.2 时钟电路 13
3.3 按键电路 13
3.4 报警控制电路 14
3.5 数码管显示电路 16
3.6 电源电路设计 17
3.7 本章小结 17
第4章 电路的软件设计 18
4.1 软件程序内容 18
4.2 软件流程图 18
4.3 定时程序设计 22
4.3.1实时时钟实现的基本方法 22
4.3.2 实时时钟程序设计步骤 23
4.4 MCS-51的中断 23
4.5 程序说明 26
4.6 本章小结 27
第5章 电路仿真 28
5.1 仿真结果 28
5.2 仿真中出现的问题及解决办法 28
5.3 本章小结 28
第6章 结论与展望 29
6.1 结论 29
6.2 单片机的发展趋势 29
参考文献 31
附 录 32
致 谢 41

第1章 绪 论

1.1 课题背景

单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。

按照内部数据通道的宽度，单片机可分为4位、8位、16位及32位等。单片机的中央处理器（CPU）和通用微处理器基本相同，只是增设了“面向控制”的处理功能。例如：位处理、查表、多种地址访问方式、多种跳转、乘除法运算、状态监测、中断处理等，增强了实时性。

单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿（Princeton）结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。

单片微型计算机自从问世以来，作为微型计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉等优点，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成就。

本文讨论的可预置的定时显示报警系统的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。

20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。

1.2 课题来源

在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，这种产品功能强，是前者的换代之物。随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能。小则可以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。

随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个可预置的定时显示报警系统，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和报警打铃。它可以执行不同的异常信号的报警，可以任意设置时间，可以控制时间的显示。这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。

本文介绍的可预置的定时显示报警系统，功能较多，操作简单，开机后，系统按默认值开始走时，按时间表切换键可以随意选择当前要执行的时间表是农历时间表还是阳历时间表。可以按键校时，按功能移位键一次，表示要校小时的十位上的数字；再按功能移位键，表示要校小时的个位上的数字；按第三次，则当前校的是分十位；按第四次，表示当前校对分个位上的数字。当时钟与时间表里存储的时间一致时，相应的I/O口控制电铃开始工作；到一定的时间，另外的 I/O口控制报警器工作。

本设计定时精确，功能较多，可以完美的完成日常生活中对时间的控制。在本设计上按照个人的意图稍加扩展，就可以实现更多更强大的功能。

1.3 本章小结

本文介绍的可预置的定时显示报警系统，可以完成日常生活所需的各种功能。该定时器操作简单，功能齐全，是单片机智能化的一种应用。

第2章 MCS-51单片机的结构

MCS-51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。

2.1 控制器

控制器是单片机的指挥控制部件，控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。

单片机执行指令是在控制器的控制下进行的。首先从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令译码器进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路，由定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号，再送到单片机的各个部件去进行相应的操作。这就是执行一条指令的全过程，执行程序就是不断重复这一过程。

控制器主要包括程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及时序控制逻辑电路。

2.1.1 程序计数器PC（Program Counter）

程序计数器PC是控制部件中最基本的寄存器，是一个独立的计数器，存放着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。其基本的工作过程是：读指令时，程序计数器将其中的数作为所取指令的地址输出给程序存储器，然后程序存储器按此地址输出指令字节，同时程序计数器本身自动加1，读完本指令，PC指向下一条指令在程序存储器中的地址。

程序计数器PC中内容的变化决定程序的流程。程序计数器的宽度决定了单片机对程序存储器可以直接寻址的范围。在MCS-51单片机中，程序计数器PC是一个16位的计数器，故可对64KB（216=65536=64K）的程序存储器进行寻址。

程序计数器的基本工作方式有以下几种：

（1） 程序计数器自动加1，这是最基本的工作方式，这也是为何该寄存器被称为计数器的原因。

（2） 执行有条件或无条件转移指令时，程序计数器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。

（3） 在执行调用子程序指令或响应中断时，单片机自动完成如下的操作：

1. PC的现行值,即下一条将要执行的指令的地址，即断点值，自动送入堆栈。

2. 将子程序的入口地址或中断向量的地址送入PC，程序流向发生变化，执行子程序或中断子程序。子程序或中断子程序执行完毕，遇到返回指令RET或RETI时，、将栈顶的断点值弹到程序计数器PC中，程序的流程又返回到原来的地方，继续执行。

2.1.2 指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑电路

指令寄存器IR是用来存放指令操作码的专用寄存器。执行程序时，首先进行程序存储器的读指令操作，也就是根据PC给出的地址从程序存储器中取出指令，并送指令寄存器IR，IR的输出送指令译码器；然后由指令译码器对该指令进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路。定时控制逻辑电路根据指令的性质发出一系列的定时控制信号，控制单片机的各组成部件进行相应的工作，执行指令。

条件转移逻辑电路主要用来控制程序的分支转移。

综上所述，单片机整个程序的执行过程就是在控制部件的控制下，将指令从程序存储器中逐条去处，进行译码，然后由定时控制电路发出各种定时控制信号，控制指令的执行。对于运算指令，还要将运算的结果特征送入程序状态寄存器PSW。以主振频率为基准(每个主振周期为振荡周期),控制器控制CPU的时序,对指令进行译码,然后发出各种控制信号,它将各个硬件环节的动作组织在一起.

2.2 存储器的结构

MCS-51单片机存储器采用的是哈佛(Har-vard)结构,即程序存储器空间和数据存储器空间截然分开,程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式,寻址空间和控制系统..

这种结构对于单片机”面向控制”的实际应用极为方便,有利.在8051/8751弹片击中,不仅在片内集成了一定容量的程序存储器和数据存储器及众多的特殊功能寄存器,而且还具有极强的外存储器的扩展能力,寻址能力分别可达64KB,寻址和操作简单方便.MCS-51的存储器空间可划分为如如下几类:

1. 程序存储器

单片机系统之所以能够按照一定的次序进行工作,主要是程序存储器中存放了经调试正确的应用程序和表格之类的固定常数.程序实际上是一串二进制码,程序存储器可以分为片内和片外两部分.8031由于无内部存储器,所以只能外扩程序存储器来存放程序.

MCS-51单片机复位后,程序存储器PC的内容为0000H,故系统必须从0000H单元开始取指令,执行程序.程序存储器中的0000H地址是系统程序的启动地址.一般在该单元存放一条绝对跳转指令,跳向用户设计的主程序的起始地址

64K程序存储器中有5个单元具有特殊用途.5个特殊单元分别对应于5种中断源的中断服务程序的入口地址.通常在这些中断入口地址处都放一条绝对跳转指令.加跳转指令的目的是由于两个中断入口间隔仅有8个单元,存放中断服务程序往往是不够用的.

在MCS-51单片机的指令系统中,同外部程序存储器打交道的指令仅有两条:

(1) MOVC A @A+DPTR

(2) MOVC A @A+PC

2. 内部数据存储器

MCS-51单片机内部有128个字节的随机存取存储器RAM,作为用户的数据寄存器,它能满足大多数控制型应用场合的需要,用作处理问题的数据缓冲器.

MCS-51单片机的片内存储器的字节地址为00H-7FH.MCS-51单片机对其内部RAM的存储器有很丰富的操作指令,从而使得用户在设计程序时非常方便.地址为00H-1FH的32个单元是4组通用工作寄存器区,每个区含8个8位寄存器,编号为R7-R0.用户可以通过指令改变PSW中的RS1,RS0这二位来切换当前的工作寄存器区,这种功能给软件设计带来极大的方便,特别是在中断嵌套时,为实现工作寄存器现场内容保护提供了极大的方便.

地址为20H-2FH的16个单元可进行共128位的位寻址,这些单元构成了1位处理机的存储空间.单元中的每一位都有自己的位地址,这16个单元也可以进行字节寻址.地址为30H-7FH的单元为用户RAM区,只能进行字节寻址.

3. 特殊功能寄存器(SFR-Special Function Register)

特殊功能寄存器反映了MCS-51单片机的状态,实际上是MCS-51单片机各功能部件的状态及控制寄存器.SFR综合的,实际的反应了整个单片机基本系统内部的工作状态及工作方式.SFR实质上是一些具有特殊功能的片内RAM单元,字节地址范围为80H-FFH.特殊功能寄存器的总数为21个,离散的分布在该区域中,其中]有些SFR还可以进行位寻址.128个字节的SFR块中仅有21个字节是由定义的.对于尚未定义的字节地址单元,用户不能作寄存器使用,若访问没有定义的单元,则将得到一个不确定的随机数.

4. 位寻址空间

MCS-51单片机的一个很大优点在于它具有一个功能很强的位处理器.在MCS-51单片机的指令系统中,有一个位处理指令的子集,使用这些指令,所处理的数据仅为一位二进制数(0或1).在MCS-51单片机内共有211个可寻址位,它们存在于内部RAM(共有128个)和特殊功能寄存器区(共有83个)中.

5. 当MCS-51单片机的片内RAM不够用时,可在片外扩充数据存储器.MCS-51单片机给用户提供了可寻址64K字节的外扩RAM的能力,至于扩多少RAM,则根据用户实际需要来定.

2.3 并行I/O口

MCS-51单片机共有4个双向的8位并行I/O端口（Port），分别记作P0-P3，共有32根口线，各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。实际上P0-P3已被归入特殊功能寄存器之列。这四个口除了按字节寻址以外，还可以按位寻址。由于它们在结构上有一些差异，故各口的性质和功能有一些差异。

P0口是双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。P1口是8位准双向I/O口，可驱动4个LS 型负载。P2口是8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。P3口是8位准双向I/O口，是双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。P1口、P2口、P3口各I/O口线片内均有固定的上拉电阻，当这3个准双向I/O口做输入口使用时，要向该口先写“1”，另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态，故称为双向三态I/O 口。

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