利用單片機制作數(shù)字式時鐘[附圖]

1、利用單片機制作數(shù)字式時鐘利用單片機制作數(shù)字式時鐘 目錄目錄 中文摘要中文摘要.4 英文摘要英文摘要.5 緒緒 論論.6 1.1 問題的背景.6 1.2 基本構想.6 第一章第一章 單片機知識介紹單片機知識介紹.7 1.1 什么是單片機.7 1.2 單片機應用的特點.7 1.3 單片機的應用領域.7 1.4 單片機的中斷與定時系統(tǒng).8 1.4.1 mcs51 單片機中斷系統(tǒng) .8 1.4.2 mcs-51 單片機的定時器/計數(shù)器. 11 第二章第二章 可編程邏輯器件的原理介紹可編程邏輯器件的原理介紹.15 2.1 發(fā)展概述.15 2.2 可編程邏輯器件的分類.16 2.3 cpld 的基本結構.

2、16 第三章第三章 系統(tǒng)的需求分析系統(tǒng)的需求分析.17 第四章第四章 系統(tǒng)的硬件組成系統(tǒng)的硬件組成.18 4.1 硬件模塊的實現(xiàn).19 4.2 硬件可行性方案概述.24 4.3 外圍電路的 cpld 實現(xiàn).28 4.4 使用 8155 進行并行的顯示.32 4.5 使用 8279 進行外部的顯示.33 4.6 單片機直接驅(qū)動.34 第五章第五章 .具體的設計實現(xiàn)具體的設計實現(xiàn).35 5.1 硬件的選擇.35 5.2 選用單片機的資料概述.36 5.3 軟件的選擇.37 5.4 軟件的具體實現(xiàn).37 5.4.1 主程序設計.38 5.4.2 顯示程序設計.39 5.4.3 按鍵部分：.41 5.

3、4.4 按鍵去抖問題.44 5.4.5 時鐘模塊程序.45 5.4.6 定時模塊程序?qū)崿F(xiàn).47 5.4.7 時間間隔模塊的實現(xiàn).51 5.4.8 時間比較模塊的實現(xiàn).49 5.5 調(diào)試中遇到的問題.52 第六章第六章 原理圖的設計原理圖的設計.54 6.1 軟件介紹.54 6.2 原理圖的設計.55 6.3 pcb 圖的設計.61 結束語結束語.64 致致 謝謝.64 參考文獻參考文獻.64 摘摘 要要 近幾年，單片機在各個領域得到廣泛的應用。從工業(yè)到人們的日常生活，大部 分的科技產(chǎn)品都是通過單片機來控制。在它問世之前，自動控制設備不能被廣泛的 應用，這是因為控制設備的體積龐大，耗電量大，價格

4、昂貴。在第一臺微處理器成 功研制不久，第一個單片機就問世了。因為其小巧的體積，低功耗，以及高效的性 能，單片機受到了大家的歡迎。 今天，單片機成為了解決低復雜度，中等復雜度控制問題的傳統(tǒng)選擇。文章介 紹了單片機在定時方面的基本功能。生活中，我們發(fā)現(xiàn)，有時病人要在注射藥物之 前作皮試試驗，防止過敏。護士們有必要在一定時間后記錄結果。這時，時間的準 確顯得很重要的。但是，有些時候，由于病人的人數(shù)眾多，忘了記錄時間。根據(jù)這 種情況，我們設計了一個設備解決此問題。 我們選擇的方法是單片機開發(fā)設計使用的傳統(tǒng)方法，通過本次設計，可以了解 整個單片機開發(fā)的流程。文章首先介紹了單片機的基本知識。下來比較了一些

5、可行 的方法。同時給出了框圖，流程圖等。論文涵蓋了從需求分析，系統(tǒng)設計，編程， 原理圖，pcb 圖以及最后的試驗板焊制等產(chǎn)品開發(fā)的基本過程。 關鍵詞：單片機，軟件仿真，原理圖，關鍵詞：單片機，軟件仿真，原理圖，pcb 圖圖 abstract single chip microcomputer has achieved a immemse popularity in all fileds in recent years.from industry to peoples common lives,most of technical applications are controlled by sc

6、m. before it appeared,the automatic devices couldt be widely used because of their huge size ,large quantity of power cost and high price.the first scm appeared as soon as the first mcu(microcontroller unit) was successfully developed.due to its small size,low power cost and high performance,it has

7、been welcomed by people. nowadays, scm has been selected as a traditional solution for low or medium complexity problems about devices controlling.this essay shows a basic application of scm in timing for peoples life. we often find that patients sometimes has to receive medical tests before using m

8、edcines for fear that patients may get allery,so it is necessary for nurses to record the result after a fixed time interval. under this condition,time accuracy is a vital factor that effects the results.unfornately,some nurses ignore some patients when a large number of patients waiteing for tests.

9、form this point,we design a device which can solve this problem. the approach we choose is the common way for scm developing from which we can get an acknowledge about the scm develop flowing process.the paper first introduces knowledge on 51 serial scm,then compares some possible methodologies.at t

10、he same time,it also shows block diagrams,flowing process diagrams and so on. it presents the process including requirement analysis ,system design,scm programming ,program emulation , pcb design and final welding of the board which forms a complete procedure for product manufacture。 key words: scm，

11、software emulation，schemetic ，pcb 緒緒 論論 人類跨入 21 世紀，科學技術突飛猛進，人民的生活發(fā)生了翻天覆地的變化?，F(xiàn) 代化的設備頻繁出現(xiàn)在我們的身邊，產(chǎn)生這一變化的重要的原因時計算機技術的飛 速發(fā)展。第一臺計算機 eniac（electronic numberical integrator and computer）誕生， 到現(xiàn)在僅僅是幾十年時間，計算機的性能已經(jīng)大大提高，價格不斷下降，從而使之 可以廣泛而迅速地應用于人類生產(chǎn)和生活的各個領域。 計算機最初的設計目的是為了提高計算數(shù)據(jù)的速度和完成海量數(shù)據(jù)的計算。隨 著技術的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)計算機在邏輯處理以及

12、工業(yè)控制等方面也具有非凡的能力。 在控制領域，人們更多的關心計算機的低成本，小體積，運行的可靠性和控制靈活 性。特別是智能儀表，智能傳感器，智能家電，智能辦公設備，汽車以及軍事電子 設備等應用系統(tǒng)要求將計算機嵌入這些設備中。單片機體積小，價格低，可靠性高， 其非凡的嵌入式應用形態(tài)對于滿足嵌入式應用需求具有獨特的優(yōu)勢。目前，單片機 應用技術已經(jīng)成為電子應用系統(tǒng)設計最為常用的手段。 問題的背景問題的背景 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時 間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一 但重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災都

13、是由于人們一時忘記了 關閉煤氣或是忘記充電時間。尤其在醫(yī)院，每次護士都會給病人作皮試，測試病人 是否對藥物過敏。注射后，一般等待 5 分鐘后，一但超時，所作的皮試試驗就會無 效。手表當然是一個好的選擇，但是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到底是哪個人的 皮試到時間卻難以判斷。所以，使用單片機的制作一個定時系統(tǒng)。隨時提醒這些容 易忘記時間的人。 基本構想基本構想 本次設計為制作一個基于單片機的定時器,其主要的使用人群是在醫(yī)院里工作的 醫(yī)生。目的是為所作的皮試定時，提醒定時的時間已到。避免醫(yī)生因為工作繁忙， 病人較多。錯過了查看皮試結果的時間。在沒有病人的時候，改定時的裝置可以當 作時鐘的作用。 第一章

14、第一章 單片機知識介紹單片機知識介紹 1.11.1 什么是單片機什么是單片機 在一片集成電路芯片上集成微處理器 cpu（central process unit） ，隨機存儲 器 ram（random access memtory） ，只讀存儲器 rom（read only memtory） ，中 斷系統(tǒng)，定時器/計數(shù)器以及 i/o 接口電路，從而構成了單芯片微型計算機，即單片 機單片機具有體積小，價格低，可靠性高和易于嵌入式應用等特點，適合用作智能 儀器儀表和工業(yè)測控系統(tǒng)的前端裝置。單片機本身沒有開發(fā)能力，必須借助開發(fā)機 完成應用系統(tǒng)的硬件故障和軟件故障錯誤的排除，調(diào)試完程序必須固化到單片機

15、的 內(nèi)部或外部程序存儲器芯片中。新的單片機應用系統(tǒng)開發(fā)技術在近幾年有了快速的 發(fā)展。 1.21.2 單片機應用的特點單片機應用的特點 控制功能和可靠性高控制功能和可靠性高 單片機是為了滿足工業(yè)控制而設計的，所以實時控制功能特別強，其 cpu 可以 對 i/o 接口直接進行操作，位操作能力更是其它計算機無法比擬的，另外，由于 cpu，存儲器，以及 i/o 接口集成在同一芯片內(nèi)，各部件之間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在 傳送時受到干擾小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機的可靠性非常高。 體積小，價格低，易于產(chǎn)品化體積小，價格低，易于產(chǎn)品化 每一片單片機既是一臺完整的微型計算機，對于批量的專用場合，一方面可以

16、 在眾多的單片機品種間進行匹配選擇，同時還可以專門進行芯片設計，使芯片功能 與應用具有良好和對應關系。對單片機產(chǎn)品的引腳封裝方面，有的單片機引腳已減 少到 8 個或更少，從而使應用系統(tǒng)的印刷板減小，按插件減少，安裝簡單。 在現(xiàn)代的各種電子器件中，單片機具有良好的性能價格比，這正是單片機得以 廣泛應用的重要原因。 1.31.3 單片機的應用領域單片機的應用領域 （1） 智能儀器儀表 單片機用于各種儀表，一方面提高了儀表儀器的使用功能和精度，使儀器儀表 智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結構，從而可以方便地完成儀器儀表的升級 代換。如各種智能化電氣測量儀表，智能傳感器等。 (2)機電一體化 機電一

17、體化產(chǎn)品是集機械技術，微電子技術，自動化技術和計算機技術于一體， 具有智能化特征的各種機電產(chǎn)品。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大 的作用。典型的產(chǎn)品如：機器人，數(shù)控機床，自動包裝機，點鈔機，醫(yī)療設備，打 印機，傳真機，復印機等。 (3)實時工業(yè)控制 單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流，電壓，溫度，液位，流量等 物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機方便地實現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機 作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現(xiàn)期望的 控制指標，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應用如電動機轉速控制，溫度控制， 自動生產(chǎn)線等。 (4)分布系統(tǒng)的前端模式 在

18、較復雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式控制系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采 集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊。系統(tǒng)具有運行可 靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列有點。 (5)家用電器 家用電器是單片機的又一重要應用領域，前景十分廣泛如空調(diào)，電冰箱，洗衣 機 電飯煲，高檔洗浴設備，高檔玩具。另外，交通領域中，汽車，火車，飛機，航天 等均有單片機的廣泛應用。 1.41.4 單片機的中斷與定時系統(tǒng)單片機的中斷與定時系統(tǒng) 1.4.1 mcs51 單片機中斷系統(tǒng) 中斷是一項重要的計算機技術，這一技術在單片機中得到了充分的繼承。cpu 在面對多項任務，但是由于資源有限，有可能出現(xiàn)資源競

19、爭的局面，即多個任務來 爭奪一個 cpu。而中斷技術就是解決資源競爭的有效方法。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(zhì)上就是一種資源共享技術。在單片機中， 中斷技術主要用于實時控制。所謂實時控制，就是要求計算機能及時地響應被控對 象提出的分析，計算和控制等請求，使被控對象保持在最佳工作狀態(tài)，以達到預定 的控制效果。由于這些控制參量的請求都是隨機發(fā)出的，而且要求單片機必須作出 快速響應并及時處理，因此，只有靠中斷技術才能實現(xiàn)。 中斷源中斷源 (1)外中斷 外中斷是由外部信號引起的，共有 2 個，即外部中斷“0”和外部中斷“1” 。它們的 請求信號通過引腳引入。）（和）（ 3

20、. 313.20 pintpint 外部的中斷請求方式有兩種，即電平方式和脈沖方式?？梢酝ㄟ^有關位進行設 置 電平方式的中斷請求是低電平有效。只要單片機在中斷請求引入端 上采樣到有效的低電平時，就激活外部中斷。而脈沖方式則）（或）（ 3 . 313.20 pintpint 是脈沖的后沿負跳有效。因此在這種方式下，cpu 的兩個相鄰機器周期對中斷請求 引入端進行采樣中，如果前一次為高電平，后一次為低電平，即為：有效中斷請求。 因此在這種中斷請求信號方式下，中斷請求信號的高電平狀態(tài)和低電平狀態(tài)都應該 至少維持一個機器周期，以確保電平變化能被單片機采樣到。 (2) 定時中斷 定時中斷是為了滿足定時或

21、計數(shù)的需要而設置的。為此，在單片機芯片內(nèi)部有 兩個定時器/計數(shù)器，以對其中的計數(shù)結構進行技術的方法，來實現(xiàn)定時或技術功能。 當計數(shù)結構發(fā)生溢出的時候，即表明計數(shù)時間到或計數(shù)值已滿，這就是以計數(shù)溢出 信號作為中斷請求，去置位一個溢出標志位，作為單片機接受中斷請求的標志。由 于這種中斷請求是在單片機芯片內(nèi)部發(fā)生的，因此，無需在芯片上設置引入端。 (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。每當串行口接收或發(fā)送完一組串 行數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生一個中斷請求。 中斷控制中斷控制 這里所說的中斷控制時指提供給用戶使用的中斷控制手段，實際上就是一些寄 存器。在 mcs-51 單片機中，用于此目的的控制

22、器共有 4 個，即定時器控制寄存器， 中斷允許控制寄存器，中斷優(yōu)先控制器以及串行控制寄存器。這 4 個寄存器都屬于 專用寄存器之列。 定時器控制寄存器（定時器控制寄存器（tcon） 該寄存器用于保存外部中斷請求以及定時器的計數(shù)溢出。寄存器地址 88h，位 地址(8fh88h)。寄存器的內(nèi)容以及位地址表如下 位地址8fh8eh8dh8ch8bh8ah89h88h 位符號tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0 這個寄存器既有定時器/計數(shù)器的定時控制功能又有中斷控制功能，其中中斷有 關的控制有 6 位。 （1.） ie0 和 ie1發(fā)出外部中斷請求 cpu 采樣到（或）端出現(xiàn)有效的中斷請求

23、后，ie0（或 ie1）位由硬件置 0 int 1 int “1”在中斷響應完成后轉向中斷服務時，再由硬件自動清“0” 。 (2)it0 和 it1-外部中斷請求出發(fā)方式控制位 it0(it1)=1 脈沖觸發(fā)方式，后沿負跳有效。 it1(it0)0 電平觸發(fā)方式，低電平有效。 此位由軟件置“1”或清“0” (3)tf0 和 tf1-計數(shù)溢出標志位 當計數(shù)器產(chǎn)生計數(shù)溢出時，相應的溢出標志位由硬件置“1” ，當轉向中斷服務 時，再由硬件自動清“0” ，計數(shù)溢出標志位的使用用兩種情況，采用中斷方式是， 作中斷請求標志位來使用。采用查詢狀態(tài)位使用。 串行口控制控制寄存器（串行口控制控制寄存器（scon

24、） (1)中斷允許控制寄存器(ie) 寄存器地址 0a8h，位地址 0afh0a8h，寄存器的內(nèi)容以及位地址表示如下： 位地址0a8h0aeh0adh0ach0abh0aah0a9h0a8h 位符號ea/eset1ex1et0ex0 其中與中斷有關的控制位共 6 位。 ea中斷允許總控制所有中斷 ea0 中斷總禁止，禁止所有中斷。 ea1 中斷總允許，總允許后中斷的禁止或允許由各中斷允許控制位進行設置。 (2) ex0 和 ex1外部中斷允許控制位 ex0（ex1）0 禁止外中斷 ex0（ex1）1 允許外中斷 (3) et0 和 et1 定時/計數(shù)中斷允許控制位 et0( et1) =0 禁

25、止定時（或計數(shù)）中斷 et0( et1) =1 允許定時（或計數(shù)）中斷 (4) es-串行中斷允許控制位 es= 0 禁止串行中斷 es= 1 允許串行中斷 mcs51 通過中斷允許控制寄存器對中斷的開放實行兩級控制。即以 ea 位作 為總控制位，以各中斷源的中斷允許位作為分控制位。mcs51 單片機復位， （ie）00h，因此中斷系統(tǒng)處于禁止狀態(tài)。單片機再中斷響應后不會自動關閉中 斷。因此在轉中斷服務程序后，應根據(jù)需要使用有關指令禁止中斷。即以軟件方式 關閉中斷。 中斷優(yōu)先級控制器中斷優(yōu)先級控制器(ip) mcs51 的中斷優(yōu)先級控制簡單。通過中斷優(yōu)先級寄存器（ip）進行設定，ip 寄存器地

26、址 0b8h，位地址為 0bfh0b8h。寄存器的內(nèi)容及位地址表示如下： 位地址0bfh0beh0bdh0bch0bbh0bah0b9h0b8h 位符號/pspt1px1pt0px0 其中： 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 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。 中斷優(yōu)先級控制原則和控制邏輯中斷優(yōu)先級控制原則和控制邏輯 中斷優(yōu)先級是為中斷嵌套服務，因為 mcs51 具有兩級優(yōu)先級，因此它也就具 備兩級中斷服務嵌套的功能。其中，中斷優(yōu)先級的控制原則是：優(yōu)先

27、級高的中斷服 務可以打斷優(yōu)先級低的服務程序，從而實現(xiàn)中斷嵌套。如果一個中斷請已經(jīng)被響應， 則同級的其它中斷服務將被禁止。即同級不能嵌套。如果同級的多個中斷請求同時 出現(xiàn)，則按 cpu 查詢的次序確定哪個中斷請求被響應。查詢次序：外部中斷 0定 時中斷 0外部中斷 1定時中斷 1串行中斷。 1.4.2 mcs-51 單片機的定時器/計數(shù)器 在單片機的控制應用中,定時是必不可少的,可供選擇的定時方法有: (1) 軟件定時 軟件定時是靠執(zhí)行一個循環(huán)程序以進行的時間延遲.軟件定時的特點是時間精確， 且不需外加硬件電路。但軟件定時要占用 cpu，增加 cpu 開銷，因此軟件定時的 時間不易太長。此外，軟

28、件定時方法在某些情況下無法使用。 (2) 硬件定時 對于時間較長的定時，常使用硬件電路完成。硬件定時方法的特點是定時功能 全部由硬件電路完成，不占 cpu 時間。但需通過改變電路中的元件參數(shù)來調(diào)節(jié)定時 時間，在使用上不過靈活，方便。 (3) 可編程定時器定時 這種定時的方法是對通過系統(tǒng)時鐘脈沖的計數(shù)來實現(xiàn)。計數(shù)值通過程序設定， 改變計數(shù)值，也就改變了定時時間，使用起來即方便，又靈活。此外，由于采用計 數(shù)方法實現(xiàn)，因此，可編程定時器都兼有計數(shù)的功能，可以對外來脈沖進行計數(shù)。 單片機應用中，定時與計數(shù)的需求較多，為了使用方便并增加單片機的功能， 就干脆把定時電路集成在芯片中，成為定時器/計數(shù)器。m

29、cs51 內(nèi)部就有兩個定 時器/計數(shù)器。 定時器定時器/計數(shù)器的定時和計數(shù)功能計數(shù)器的定時和計數(shù)功能 作為基本組成內(nèi)容，mcs51 單片機共有 2 個可編程的定時器/計數(shù)器，分別 稱定時器/計數(shù)器和定時器/計數(shù)器 1。它們都是 16 位加法計數(shù)結構，分別由 th0(地 址是 8ch)和 tl0（地址是 8ah）及 th1（地址是 8dh）和 tl1（地址是 8bh）l 兩 個 8 位計數(shù)器組成。這 4 個計數(shù)器均屬專用寄存器之列。 計數(shù)功能計數(shù)功能 所謂計數(shù)是指對外部時間進行計數(shù)。外部時間的發(fā)生以輸入脈沖表示，因此計 數(shù)功能的實質(zhì)就是對外來脈沖進行計數(shù)。mcs51 芯片有 t0 （ ） 和 t

30、1（ 4 . 3 p ）兩個信號的引腳，分別是兩個計數(shù)器的計數(shù)輸入端。外部輸入的脈沖在負跳 5 . 3 p 變時有效，進行計數(shù)器加 1（加法計數(shù)） 。 定時功能定時功能 定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，不過此時的計數(shù)脈沖來自單片機的 內(nèi)部，即每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖。也就是每個機器周期計數(shù)器加 1，由于 一個機器周期等于 12 個振蕩脈沖周期，因此計數(shù)頻率為振蕩頻率的 1/12。如果單片 機采用 12mhz 晶體，則計數(shù)器頻率為 1mhz,即每微妙計數(shù)器加 1。這樣不但可以根 據(jù)計數(shù)器計算出定時時間，也可以反過來按定時時間的要求計算出計數(shù)器的預置值。 定時器控制寄存器（定時器控制寄存

31、器（tcon） tcon 寄存器既參與中斷控制又參與定時控制 (1) tf0 和 tf1計數(shù)溢出標志位 當計數(shù)器計數(shù)溢出（計滿）時，該位值“1” ；使用查詢方式時，此位作為狀態(tài) 位提供查詢，但是此時的查詢有效后，應以軟件方法及時將該位清零，使用中斷方 法時，此位作中斷標志位，在轉向中斷服務程序時，由硬件自動清“0“。 (2) tr0 和 tr1定時器運行控制位 tr(tr1)0 停止定時器、計數(shù)器工作 tr(tr1)1 啟動定時器、計數(shù)器工作 該位根據(jù)需要以軟件方法使其置“1“或清”0“ 工作方式控制寄存器（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/

32、計數(shù)器的工作方式，但 是 tmod 不能位尋址。只能用字節(jié)傳送指令設置其內(nèi)容。 位序b7b6b5b4b3b2b1b0 位符號gatec/tm1m0gatec/tm1m0 定時器/計數(shù)器 1 定時器/計數(shù)器 2 4 位一組的結構使它不能位尋址，一定義就是 4 位。從寄存器的位格式中可以 看到，它的低半字節(jié)定義定時器/計數(shù)器 0，高半字節(jié)定義定時器/計數(shù)器 1 其中： (1)gate門控位 gate0 以運行控制位 tr 啟動定時器 gate1 以外中斷控制位（，或）啟動定時器( 1 int 0 int (2)定時方式或計數(shù)方式選擇位tc / 0 定時工作方式tc / 1 計數(shù)工作方式tc / (

33、3) m1m0工作方式選擇位 m1m000 方式 0 m1m001 方式 1 m1m010 方式 2 m1m0=11 方式 3 中斷允許控制寄存器中斷允許控制寄存器(ie) (1).ea中斷允許總控制位 (2)et0 和 et1定時/計數(shù)中斷允許控制位 et0（et1）0 禁止定時/計數(shù)中斷 et0（et1）1 允許定時/計數(shù)中斷 定時器的工作方式定時器的工作方式 mcs51 的定時器、計數(shù)器共有四種 4 種工作方式 (1)方式 0 方式 0 是 13 位計數(shù)結構的工作方式，其計數(shù)器又 th0 全部 8 位和 tl0 的低 5 構成。tl0 的高 3 位棄之不用。0 方式下，定時時間的計算公式

34、為： （計數(shù)初值）*晶振周期*12 或 （計數(shù)初值）*機器周期 13 2 13 2 (2)方式 1 方式 1 是 16 位計數(shù)結構的工作方式，計數(shù)器由 th0 全部 8 位和 tl0 全部 8 位 構成。其邏輯電路和工作情況與方式 0 完全相同。所不同的只是組成計數(shù)器的位數(shù)。 mcs-51 單片機計數(shù)的范圍 ：1-65536 （計數(shù)初值）*晶振周期*12 或（計數(shù)初值）*機器周期 16 2 16 2 從圖 1 可知”開關k1 閉合方向由 c/t 控制，以確定是定時或計數(shù)，而”開關 “k2 能否閉合由 tr0,gate 和 int0 共同控制，其允許定時計數(shù)器的工作條件為: tr01i 當 ga

35、te = 0 時，由 tr0 控制定時計數(shù)器 t0 的啟動與停止;當 gate1 時， 由 tr0 和 into 共同控制定時計數(shù)器 t0 的啟動與停止.由此假定 gate1,tr0=1， 則定時計數(shù)器的啟動和停止完全由 intn0 引腳輸人電平直接控制。 （3）方式 2 方式 2 具有自動重新加載功能即：自動加載計數(shù)初值，因此方式 2 是自動重新 加載工作方式。在這種工作方式下，把 16 位計數(shù)器分為兩部分，即以tl 作為計 數(shù)器，以 th 作為預置寄存器，初始化把計數(shù)初值分別裝入 tl 和 th。當計數(shù)溢出 后，不是像前兩種工作方式都通過軟件方法，而是由預置寄存器 th 以硬件方法自 動給

36、出計數(shù)器 tl，重新加載，變軟件加載為硬件加載。 （4）方式 3 在方式 3 下定時器/計數(shù)器 0 在工作方式 3 下，定時器/計數(shù)器 0 被拆成兩個獨立的 8 位計數(shù)器（tl0 和 th0，其中 tl0 既可以計數(shù)使用，又可以定時使用，定時其/計數(shù)器的各控制位和引 腳信號全歸它使用。 工作方式 3 下的定時器/計數(shù)器 如果定時器/計數(shù)器 1 只能工作在方式 0，方式 1 或 2 因為它的運行控制位 tr1 及計數(shù)器溢出標志位 tf1 已經(jīng)被定時器/計數(shù)器 0 借用。 第二章第二章 可編程邏輯器件的原理介紹可編程邏輯器件的原理介紹 2.12.1 發(fā)展概述發(fā)展概述 自 20 世紀 60 年代以來

37、，數(shù)字集成電路已經(jīng)歷了 ssi，msi 到 lsi，vlsi 的發(fā) 展過程。20 世紀 90 年代以來，由于新的 eda 工具不斷出現(xiàn)，使設計者可以直接設 計出系設計所需要的專用集成電路，從而給電子系統(tǒng)的設計帶來了革命性的變化。 專用集成電路（asic-application specific intergrated circiut）是指專門為某一應用 領域或為專門用戶需要而設計，制造的 lsi（大規(guī)模集成電路）或 vlsi 電路。它可 以將某些專用或電子系統(tǒng)設計在一個芯片上，構成單片集成系統(tǒng)。asic 可分為數(shù)字 asic 和模擬 asic，數(shù)字 asic 又分為全定制和半定制兩種。 可編程

38、邏輯器件（pldprogrammable logic device）是 asic 的一個重要的 分支。pld 是廠家作為一種通用型器件生產(chǎn)的半定制電路，用戶可以通過對器件編 程使之實現(xiàn)所需要的邏輯功能。pld 是用戶可以配置的邏輯器件，它的成本比較低。 使用靈活，設計周期短。而且可靠性高。承擔風險小，因而得到很快的普遍應用發(fā) 展迅速。 20 世紀 80 年代末，lattice 公司提出了系統(tǒng)可編程技術后，相繼出現(xiàn)一系列具備在 系統(tǒng)可編程能力復雜可編程邏輯器件（cpldcomplex pld）cpld 在 epld 的基 礎上發(fā)展起來。采用了工藝制作，增加了內(nèi)部的連線，改進了內(nèi)部結構體cmose

39、 2 系，因而比 epld 性能更好。設計更加靈活。其發(fā)展也非常迅速。20 世紀，90 年代 以后高密度 pld 在生產(chǎn)工藝，器件個編程和測試技術等方面都有了非速的發(fā)展。 2.22.2 可編程邏輯器件的分類可編程邏輯器件的分類 按密度分： 可編程邏輯器件從集成密度上分為：低密度可編程器件（ldpld）和高密度可 編程邏輯器件（hdpld）兩類。ldpld 主要指早期發(fā)展起來的 pld，它包括 prom，pla,pal 和 gal 四種。其密度一般小于 700 門/片。 （門：是指 pld 等效 門） 按編程方式分類 可編程邏輯器件編程方式可分為兩類：一類一次性編程（one time progr

40、amable,簡 opt）另一類是可多次編程器件。opt 器件只允許對器件編程一次。編程后不能修 改。其優(yōu)點是集成密度高，工作頻率和可靠性高，抗干擾性強?？啥啻尉幊唐骷?優(yōu)點是可多次修改設計，特別適合于系統(tǒng)樣機的研制。 可編程邏輯器件的編程信息均存儲在可編程元件中。根據(jù)各種可編程元件的結 構及編程方式，可編程邏輯器件通常又分為四類： 采用一次性編程的熔絲（fuse）和反熔絲（antifuse）元件的可編程邏輯器件。 采用紫外線擦除，電可編程元件，即采用 eprom，uvcmos 工藝結構的可編程器 件。 采用電擦除，電可編程元件。一種是，一種是采用快閃存儲單元(flash prome 2 m

41、emory)的結構 的可編程器件。 基于靜態(tài)存儲器 sram 的結構的編程器件。 2.32.3 cpldcpld 的基本結構的基本結構 cpld 是從 pal，gal 發(fā)展起來的陣列型高密度 pld 器件。它們大多數(shù)采用 額 cmos，eprom，和快閃存儲器等編程技術。大多數(shù)的 cpld 包含了：prome 2 可編程邏輯宏單元，可編程 i/o 單元，可編程內(nèi)部連線。 可編程邏輯宏單元?？删幊踢壿嫼陠卧?。 邏輯宏單元內(nèi)部主要包括了與或門陣列，可編程觸發(fā)器和多路選擇器等電路。 能獨立的配置為時序或組合工作方式。cpld 器件的宏單元在內(nèi)部，稱為內(nèi)部邏輯 宏單元。 多觸發(fā)器結構和多觸發(fā)器結構和“

42、隱埋隱埋”觸發(fā)器結構觸發(fā)器結構。 gal 器件每個輸出宏單元只有一個觸發(fā)器。而 epld 和 cpld 的宏單元通常含 有兩個和兩個以上的觸發(fā)器。其中只有一個觸發(fā)器和輸出端相連。其余觸發(fā)器的輸 出不與輸出端相連。但是可以通過相應的緩沖電路反饋與陣列，從而與其它觸發(fā)器 一起構成較復雜的時序電路。這些不和輸出端相連的觸發(fā)器稱為“隱埋”觸發(fā)器。 這種結構對于引腳有限的 cpld 來說，可以增加觸發(fā)器的數(shù)目。 乘積共享結構乘積共享結構 (1)異步時鐘和時鐘選擇 一般 gal 器件只能實現(xiàn)同步時序電路。在 cpld 器件中各觸發(fā)器的時鐘可以異 步工作有些器件中的觸發(fā)器時鐘還可以通過數(shù)據(jù)選擇器或時鐘網(wǎng)絡進

43、行選擇。此外， 邏輯單元內(nèi)觸發(fā)器的異步清零和異步置位也可用乘積項進行控制。因而使用更靈活。 (2)關于使用軟件的簡介 實現(xiàn) cpld 的平臺是 maxplusii。alter 公司的 maxplusii 的開發(fā)系統(tǒng)是一 個完成集成化且易學，易用的可編程邏輯設計環(huán)境?？梢栽诙喾N平臺上運行。支持 gdf.vhdl 格式等。 第三章第三章 系統(tǒng)的需求分析系統(tǒng)的需求分析 功能概述：功能概述： 需要設計一個醫(yī)院皮試中用到的時間提醒裝置。在平時可以顯示時間，相當于 是一個時鐘。一但有病人，根據(jù)皮試的藥物不同可以輸入不同的時間間隔，并且顯 示。按下定時按鈕，計時開始。這時，如果有病人需要進行皮試，可以再進行

44、輸入 定時。定時時間到后，顯示病人的號碼。即完成多個病人的并行計時。 系統(tǒng)的性能分析系統(tǒng)的性能分析： (1)該系統(tǒng)的工作電壓：4.5v6v (2)可以顯示當前的時間，精確到分位。 (3)可以調(diào)整各個位的時間。 (4)顯示時間間隔。 (5)顯示當前到時人的號碼。 (6)可以輸入的時間間隔是 99 分鐘。 (7)可以計時的最大人數(shù)是 99 人。 第四章第四章 系統(tǒng)的硬件組成系統(tǒng)的硬件組成 該系統(tǒng)的硬件電路可分為系統(tǒng)部分、顯示部分和輸出控制部分。系統(tǒng)部分由 8051 單片機組成。8051 單片機為系統(tǒng)的核心部件，通過它的運行程序來協(xié)調(diào)、控制 各芯片和部件的工作。由于 8031 的 po 分時復用為

45、8 位數(shù)據(jù)線和地址線的低 8 位 顯示部分由 8 個七段碼顯示器。8 個七段碼顯示器可用來顯示時間(時、分、時間間 隔，號碼)或者控制參數(shù)等。輸出控制部分:這里只設置了四個開關量的輸出控制， p1.0,p1.1,p1.2,p1.3?，F(xiàn)對應開關的開與關，達到對開關量的輸出控制。 led1-led4 led5led6 led7 led8 時 1 時 2 分 1 分 2 分 1 分 2 號碼 1 號碼 2 時鐘顯示時間間隔顯示到時號碼顯示 軟件的模塊實現(xiàn) 定 時 器 時鐘顯示時間間隔設置定時報警顯示電路 硬件性能硬件性能 單片機由其內(nèi)部固化程序在 12 mhz 晶振的準確支持運行，將時鐘芯片中的時、

46、 分讀取到緩沖區(qū)內(nèi)，并將時、分送到顯示電路，同時與程序設定的開啟和關閉時間 進行比較.，決定是否報時。 主要性能指標主要性能指標 i、工作電壓:-220v 土 10% 2、工作電流:小于 20 mn 3 輸出方式:，聲音報時，或顯示報時。 4.14.1 硬件模塊的實現(xiàn)硬件模塊的實現(xiàn) 引言 單片機系統(tǒng)中的時鐘是一切與時間有關過程的運行基礎，在實時控制系統(tǒng)中尤 其 如此。鐘有絕對時鐘和相對時鐘兩種。絕對時鐘是與當?shù)氐臅r鐘同步的，有月、日, 時、秒等功(有的系統(tǒng)還有年、星期等功能)。相對時鐘則與當?shù)貢r間無關，一般只 有時、分、自動控制定時時間長短的功能。mos-51 系列單片機只有 t0,t1 兩個

47、 16 位定時器，若都用作系統(tǒng)時鐘的絕對時鐘和相對時鐘定時，則當系統(tǒng)再用于通信等 需要定時器資源的情況下，會出現(xiàn)定時器不夠用的情況.為此，統(tǒng)一設計單片機的時 鐘系統(tǒng)，用一個定時器完成絕對和相對時鐘等多項定時任務是有實際意義的。 模塊概述模塊概述 1. 功能概述 本時鐘使用四個 led 顯示模塊，顯示的基本格式為：時（秒點跳動）分 。隨時可以調(diào)整時鐘的時間。當按下時鐘調(diào)整模式鍵時，進入調(diào)整時間狀態(tài)。 通過不同的按鈕次數(shù)，調(diào)整不同的位置的數(shù)字。單片機時鐘的基本框圖如下： 晶振復位電路 單片機 輸入模式鍵 輸入調(diào)整鍵 led 顯示 晶振復位電路：產(chǎn)生計數(shù)信號，完成時鐘的運行。 輸入模式鍵：選擇調(diào)整的

48、位：時，分 輸入調(diào)整鍵：調(diào)整相應位的時間，每按一次，加一。 2.技術方案 一個完整的數(shù)字鐘電路相當于一個簡單的系統(tǒng)，每個部分都要設計。mcs51 單片機的片內(nèi)結構由八部分組成。微型處理機（cpu） ，數(shù)據(jù)存儲器（ram） 。程序 存貯器（rom，eprom） ，i/o 口，定時器，計數(shù)器。中斷系統(tǒng)及特殊的功能寄存 器（sfr） 。 數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的可尋址的范圍是：64k 地址范圍是：0000h-ffffh 擴 展的 i/o 均占用存儲器的地址。 （1） led 顯示原理 可供選擇的方法 led 顯示有四種方法 使用單片機芯片本身的并行口。 使用單片機芯片本身的穿行口 使用通用芯片接口（

49、例如。8255，8155 等） 使用專用接口芯片 8279 （2） led 的分類 led 發(fā)光器一般有兩類，數(shù)碼管和點陣。常用的數(shù)碼管一般為 8 字節(jié)數(shù)碼管， 分別為：a，b，c，d，e，f，g，dp。其中 dp 為小數(shù)點。數(shù)碼管常用的有 10 根管腳。 段中間兩根管腳為一個數(shù)碼管的公用端。兩根之間的相互連通。如圖所示： 八段顯示： 圖 2 八段顯示 圖 3 從尺寸上分，led 數(shù)碼管的種類很多，常用的有 0.3 ，0.5，0.8，1.0 1.2，1.5，1.8，2.3，3.0，4.0，5.0 等。一般小 1.0 的單管芯。1.2-1.5 為雙芯管。 1.8 以上為 3 個以上芯管。因而它們

50、的要求不同，一般每個管芯壓降為 2.1v 左右。 通常，0.8 以下采用 5v 供電。1.02.3 采用 12v 供電，3.0 以上的選擇更高電壓供電。 從電路上分為共陰極和共陽極兩種。圖 3 為共陽極八段顯示器。 （3）可供選擇的 led 顯示的基本原理： 用單片機驅(qū)動 led 的方法有很多種，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩 種。按譯碼方式分為硬件譯碼和和軟件譯碼。 1. 靜態(tài)顯示：所謂靜態(tài)顯示就是指顯示器顯示某一字符時，相應段的發(fā)光二極管 導通或截止。靜態(tài)顯示有并行和串行輸出出兩種方式。對于靜態(tài)顯示方式。led 顯 示器由接口芯片直接驅(qū)動。采用較小的驅(qū)動電流就可以得到較高的顯示亮度。

51、但是， 并行輸出顯示的十進制位數(shù)多時，需要并行的 i/o 接口芯片的數(shù)量較多。采用串行 輸出可以大大節(jié)省單片機的內(nèi)部資源。 （【1】高教，單片機原理及接口技術）靜態(tài) 顯示具有鎖存的能力，單片機將要顯示的數(shù)據(jù)送出后不再控制 led，直到下次顯示 是才傳送數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的 cpu 時間少。每一位都有鎖存器和譯 碼器。電路圖如 4。 圖 4 2. 動態(tài)顯示：所謂動態(tài)顯示，就是一位一位的顯示輪流點亮顯示器的各個位（掃描 ） 。對于每一位而言，每隔一段時間點亮一次。雖然在同一時刻只有一位顯示器在工 作（點亮） 。但是由于人眼的視覺暫留效應和發(fā)光二極管熄滅時的余暉，我們看到卻 是多個字符“

52、同時”顯示。顯示器亮度即與點亮時的導通電流有關，也與點亮時間 長短和時間間隔有關。調(diào)整電流和時間參數(shù)，即可以得到較穩(wěn)定的顯示。 動態(tài)顯示接口是單片機中應用最廣泛的一種顯示方式。其接口把所的 leda gdp 連在一起。而公共的 com 端是各自獨立受 i/o 控制。盡管實際上各位顯示器 并非同時點亮。但是是要掃描的速度足夠快，給人一種穩(wěn)定的感覺，不會有閃爍感。 總結總結 靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用 cpu 時間少，但是使用硬件較多。動態(tài)顯示占 用 cpu 時間多，但是使用硬件少。節(jié)省電路板空間。從上述分析，動態(tài)顯示方案有 一定的實用性，也是目前單片機數(shù)碼管顯示較為常用的一種顯示方式。所以，

53、在本 設 計中，使用動態(tài)顯示方式。 3 顯示驅(qū)動電路方案 單片機對于數(shù)碼管的驅(qū)動分為并行和串行兩種，適用不同的場合，二者的硬件和 程序差別比較大。 (1)串行驅(qū)動 某些情況下，可供使用的單片機并行 i/o 口不足 8 根，數(shù)據(jù)的并行輸出已不可能。 此時可以考慮串行輸出方法。顯示電路使用單片機 p1.7，p3.0，p3. 0 口，并配置 4 片串入并出移位寄存器 74ls164（led）顯示驅(qū)動。74ls164 引腳 q0 到 q7 是 8 位 并行輸出端，引腳 a，b 為串行輸入端，引腳 clk 為時鐘脈沖輸入端。在 clk 脈 沖的上升沿作用下實現(xiàn)移位。在 clk 為 0 的時刻 清除端 m

54、r1，74ls164 保持原來狀態(tài)。mr0 時，74ls164 輸出清 0。如圖 5 圖 5 (2)并行驅(qū)動 在一般情況下，單片機使用并行驅(qū)動方式進行 led 顯示。并行驅(qū)動的結構較為 簡單，并且非常適用于說明地址和數(shù)據(jù)總線復用的情況。 led 并行驅(qū)動的電路原理圖如下： 圖 6 圖 6 中 8155 與 6 位 led 顯示器的接口。8155 的 pb0pb7 作為段選碼口，經(jīng)過 7407 驅(qū)動與 led 相連。8155 的 pa0-pa5 作為位選碼口，經(jīng)過 7406 驅(qū)動與 led 的位相連。圖中 p2.7 反相后作為 8155 的片選信號，p2.6 接 8155 的 i/o 端。這樣確

55、 定 8155 片內(nèi)的 4 端口。 (3)單片機直接驅(qū)動 將各個位選線直接連接在單片機的其中一個輸出口，進行位掃描，完成動態(tài)的顯示。 總結上述提到的各種方式都有各自的可行性。下面對各種可行性進行比較。 4.24.2 硬件可行性方案概述硬件可行性方案概述 對于焊接板子和設計電路沒有把握的時候，直接焊制電路板可以說是一個非常 不明智的選擇。在前一章中，闡述了那么多的顯示選擇方案。但是在不了解硬件， 焊接技術不一定可靠的情況下，第一次焊制的板子，不一定可以正常運行，這就大 大的影響了開發(fā)的效率。所以，希望找到一個靈活的，可以隨時修改的方案進行題 目的開發(fā)。這是可以選擇可編程邏輯器件進行硬件的搭建。在

56、遇到問題，不能正常 運行的情況下，可以直接檢查原理圖，對電路進行修改和編譯，并重新運行。 具體實現(xiàn) 所需軟件：所需軟件： keil c51 編程與開發(fā)、調(diào)試軟件； zlgicd 在線編程下載軟件； altera 開發(fā)軟件 maxplus ii； atmel 下載軟件 atmelisp.exe ； atmel 文件轉換軟件 pof2jed.exe ； protel99se 電子設計軟件 實驗板資料實驗板資料： atmel 公司的芯片 atf1508as(2500 可用門、68 個 i/o 引腳、8 個邏輯陣列塊、 128 個宏單元)。 4 位 7 段共陽 led 數(shù)碼管，由 atf1508as

57、直接驅(qū)動。 蜂鳴器一只。 4mhz 晶體振蕩器和 32.768khz 兩個時鐘信號源。 按鍵開關 8 個。 編程插座：isp 編程輸入插座。 串行口 2 個。 led 邏輯狀態(tài)指示管 8 只。 lcd 液晶顯示 1 只 8 位單片機 1 個（p89c60x2） 8 位單片機晶振 1 個 11.0592mhz 實驗板如圖所示：實驗板如圖所示： 圖 7 實驗板芯片簡述實驗板芯片簡述 單片機部分 1.選用的單片機類型:philip p89c60x2 p89c60x2 器件采用高性能的靜態(tài) 80c51 設計，以先進的 cmos 工藝制造并包含 非易失性 flash。程序存儲器可通過并行編程或在系統(tǒng)編程

58、(isp)的方法進行編程。支 持 6 時鐘模式。 p89c60x2 包含 512 字節(jié) ram ，64k 字節(jié) flash，32 個 i/o 口， 3 個 16 位定時/計數(shù)器 6 中斷源，4 中斷優(yōu)先級，嵌套的中斷結構，1 個增強型 uart ，看門狗定時器以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 擴展數(shù)據(jù)擴展數(shù)據(jù)ram 尋址尋址 p89c60x2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器分為四部分低128 字節(jié)ram 高128 字節(jié)ram 128 字節(jié)特殊功能寄存器sfr 和256 字節(jié)擴展ram(eram) p89c61x2 為768 字節(jié) 1 ram 低128 字節(jié)地址00h 到7fh 可直接或間接尋址 cpld 部分 ep

59、m7128s： altera 的 epm7128s 系列 cpld 是基于第二代 max 結構體系 地高性能 eeprom 結構的 cpld。完全符合 ieee1149.1 jtag 邊界掃描標準，具有 5v isp 的功能。具有最小 5ns 的引腳到引腳的邏輯時延，最高可 175.4mhz 的計數(shù) 頻率。引腳可配置為開漏輸出。每個宏單元都有獨立的可編程電源控制，最多可以 節(jié)省 50%的功耗。宏單元內(nèi)的寄存器具有單獨的時鐘和復位等信號。支持多種電壓 接口。實驗板上使用的是一個 plcc84 封裝的 epm7128s ，epm7128s 內(nèi)部有 128 個宏單元、8 個邏輯陣列塊和 2500 個

60、門電路。 cpld 的管腳表如下 led 位選w1w2w3w4 管腳 11 10 9 8 led 段碼a b c d e f g h 管腳 6 5 4 81 80 79 77 76 狀態(tài)指示led1led2 led3 led4 led5 led6 led7 led8 管腳 63 61 60 58 57 56 55 54 按 鍵key1key2key3key4key5key6key7key8 管腳74 73 70 69 68 67 65 64 地址線低 8 位/數(shù)據(jù) 總線 ad0 ad1 ad2 ad3 ad4 ad5 ad6 ad7 管腳 12 15 16 17 18 20 21 22 地址高