电气自动化技术毕业论文.docx

1、. .设计题目 单片机电子时钟学院 河南农业职业学院专业 电气自动化专业班级 电 器 10 3姓名 赵天星摘 要单片机 即单片微型计算机。（Single-Chip Microcomputer ）,是 集 CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于工业自动化上和智能产品。时钟，自从它被发明的那天起，就成为了人类的好朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，时钟的应用越来越广范，人们对时间计量的精度要求也越 来越高。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友再次焕发青春呢？这就要求我们不断设计出新型的时钟，来不断满足人们的日常生活

2、需要。然而市场上的时钟便宜的比 较笨重，简单实用的又比较昂贵。那么，有没有一款既简单实用价格又便宜的时钟?呢我们课程设计小组设想：可不可以利用单片机功能集成化高，价格又便宜的特点设计一款结构既简单，价格又便宜的单片机电子时钟呢？ 基于这种情况,我们课程设计小组成员多方查阅资料，反复论证设计出了这款既简单实用，又价格便宜的单片机电子时。钟关键词：单片机； 时钟 ； 计时前言电气自动化是高等院校开设的一门工科专业。培养德、智、体全面发展，具有良好的科学素养和创新精神，培养能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验分析、研制开发以及电子与计算 机应用等领域工作的宽口径复

3、合型高级工程技术人才。本专业主要学习电子技术、电工技术、信息控制、电气测量、计算机技术等方面较宽广的工程技术基础和专业知识。本专业主要特点是强电弱电结合、电工技术与电子技术相结合、 软件与硬件结合、元件与系统结合，学生受到电工电子、信息控制及计算机技术方面的基本训练，具有解决电气工程与自动化领域技术问题的基本能力。该专业是强电和弱电、计算机技术与电气控制技术交叉渗透的综合型专业学科。电气工程及其自动化专业培养出的毕业生，以理论基础扎实、专业知识面宽广、实践动手能力强、适 应性强在国内有较好的声誉主干课程电路原理、电子技术基础、计算机技术（语言、软件基础、硬件基础、单片机）、信号与系统、电磁场理

4、论与应用、自动控制原理、电机学、电力电子技术、电气测量、电 力拖动与控制等。就业方向适合到国民经济各部门从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验分析、研制开发等方面的工作，也能在科研院所、高等学校从事电气信 息与自动化技术相关的研究开发、技术引进与改造及教学工作。目录目录1绪论2 MCS-51 单片机的结构（一） 控制器3（二） 存储器的结构41 程序存储器42 内部数据存器43 特殊功能寄存器5. 资.料 .（三） 并行I/O 口5（四 ）时钟电路与时序5（五） 单片机的应用领域5二 系统设计要求（一 ）基本功能6（二 ）扩展功能6三 硬件总体设计方案（一） 系统

5、功能实现总体设计思路6（二） 各部分功能实现8（三） 系统工作原理8（四） 时钟各功能分析及图解8（五） 电路功能使用说明12（六） 控制电路的C 语言源程序13四 课程设计结果分析五 结论与展望（一 ） 结论17（二） 单片机的发展趋势17小结20参考文献21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、

6、办公自动化、汽车电 子、PC 机外围以及网络通讯等广大领域。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。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

7、 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M为CS-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M的CS-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

8、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，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，设计了一个单片机多功能

9、定时系统，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定点打铃。它可以执行不同的时间表（考试时间和日常作息时间）的打铃，可以任意 设置时间。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。 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C器P（U）、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

10、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S（FR）的集中控制方式。（一）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

11、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。（二.）存储器的结构MCS-51 单片机存储器采用的是哈佛结构,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

12、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。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

13、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。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

14、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.（三）.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

15、器所组成。实际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。（四）. 时钟电路与时序时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所必需的时钟信号。MCS-51 单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证同步工作方式的实现M，CS-51 单片机应在唯一的时钟信号控制下，严格地按时序执行进行工作，而时序所研究的是指令执行中各个信号的关系。在执行指令时，CPU 首先要到程序存储器中取出需要执行的指