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2012届毕业设计论文第1页共？？页引言单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。单片机具有功能强，工作模式多，寻址空间大，有利于操作系统的运行等特点。目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。文中将对芯片、各部分电路及怎样对软硬件的检测作详细介绍。整个系统的核心是对电器设备多时段定时控制，设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点，完成了课题所有要求。2012届毕业设计论文第2页共？？页第一章系统功能分析1.1多时段控制器的特点时间是重要的物理量，时间的测量和控制，在工业生产和科研工作中都非常重要。在生活领域、医疗领域、科学研究、生产实践中均有着广泛应用。如测量病人体温、分析气温变化、控制某个生产加工车间的时钟等。本课题设计利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一时钟控制系统。1.2多时段控制器的组成框图初始化分段设置控制用电器显示电路2012届毕业设计论文第3页共？？页第二章电路工作原理2.1电路的整体工作原理整个系统主要可分为键盘设置部分，控制电路，单片机处理部分，数码管显示部分。本设计控制器本身为一个电子钟。有时、分显示。在时、分之间的小点闪烁为秒在走动。可以对时、分进行校准，每次校准秒自动清零。同时且相互不影响的控制两个相互独立的用电器。两个基本点时段可通过按键进行切换。每一路控制我设计了两个时段，可供用户使用，并且两个时段的（上、下时段）都是可调整的。上、下时段是可以切换显示的。同时设计了一个复位键，按下复位键可以是机器复位，所有时段达到初始状态。每一路数，我现在用的是红灯显示。当时间运行到设定的时间段内时，红灯会亮起来。代表控制用电器运行。虽然只设计了两路，每一路只有两个时间段，以后可以在此基础上对该电路进行改进，达到真正的多路多时段控制器。另外对大型的用电器的控制可以通过继电器来完成。在这次的设计上我也表现出来了。红灯的点亮就是通过继电器来完成的。。利用A/D转换器件对模拟量的测量，通过P3.5口采集信号，通过AT89C51进行数据处理，通过P2口进行数码管的动态3位显示。本设计的应用相当的广泛可以对任何模拟信号进行测量、显示。本设计的主要问题在于对A/D转换的了解，不选用合适的A/D转换方法，本设计就是采用V/F的A/D转换中一种，利用V/F转换更接近本设计的设计要求。整形电路则是为了V/F转换后的频率波形进行整形，达到单片机中断输入的要求，为单片机的数据处理减小误差。单片机则是对整形电路输出的频率信号在规定时间内计数，并通过内部计算求出频率，再通过一系列的计算求出所需要的值。最后将单片机计算出的值送到显示电路进行数码显示。电路功能的实现完全靠A/D转换的参数的设定和单片机程序电脑的实现，所以在设计时要对这两部分有严密的设计思维能力。硬件电路包括时钟测量部分、A/D转换，数据处理，数码显示（1）数码显示数码管显示电路有动态和静态显示两种。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴显示器。1位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管A—G控制七个笔画的亮或暗，另一个控制小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示的字符较少，字符的形状有些失真，但控制简单，使用方便。2012届毕业设计论文第4页共？？页所谓静态显示，就是当显示器显示一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通和截止，例如七段显示器的A、B、C、D、E、F导通，G截止时显示“0”。这种显示方式的每一个8位输出口控制。所谓动态显示，就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个8位口（称为扫描口），控制各位显示器所显示的字型也需要一个8位口（称为段数据口）。本设计的显示电路则采用动态显示，由P2.0、P2.1、P2.2、口来控制要显示的三个数码管，7447控制数码管的数据信号的输出。2012届毕业设计论文第5页共？？页第三章、硬件电路的参数计算与芯片简介3.1LM331简介LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路,在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。LM331的动态范围宽,可达100dB;线性度好,最大非线性失真小于0.01%,工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12位;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路,并且容易保证转换精度。3.2AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1．主要特性：·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线2012届毕业设计论文第6页共？？页·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路2．管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地2012届毕业设计论文第7页共？？页址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。2012届毕业设计论文第8页共？？页XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3．振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4．芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.374LS47简介74LS47是一个7段码数码管的驱动芯片，通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序74LS47是一个7段码数码管的驱动芯片，通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序，节约了单片机的IO开销。因此是一个非常好的芯片！但是由于目前从节约成本的角度考虑，此类芯片已较少用，大部份情况下都是用动态扫描数码管的形式来实现数码管显示2012届毕业设计论文第9页共？？页74LS47接线图第四章软件程序4．1软件的设计方案多时段控制器以单片机晶振为基础，将模拟变量转换成数字量显示出来。所以选择合适的A/D转换芯片则是本设计的关键，对于本设计是对电压的测量所以选用LM331作为转换的部件更为方便，LM331不需要转换程序，所以只需要改变外围转换的器件值就可以，改变频率的输出，选择合适的频率变换则成为A/D转换的关键，LM331的V/F转换遵循一个转换的关系：F=Vin*R1/(2.09R2*RtCt)；整个设计可分为时钟测量模块、A/D转换模块，显示模块，整形模块。（1）软件设计方法本设计的软件主要采用中断计频率的方法，因为单片机不可以直接计频率，所有只有间接的求的。我们知道F=N/T，N是指计的数，T是指时间间隔。本公式就是指在一个时间间隔内，通过单片机的外部T1中断计数来得到这段时间内出现的脉冲数，在通过简单的计算就可以求出输入单片机的频率值，再根据V/F之间的转换数据就可以求得电压值通过数码管将这些值显示出来。本程序的难点在与对中断的初始化定义，不同中断采用不同的初始化功能。还有在程序中回出现一些简单的计算程序，所以对汇编语言的运用也是一个挑战。在软件设计中，主要的是测频率的编写，根据单片机中断测量的相同时间不同的计数值