51单片机电路设计基础知识

毕业设计用纸

中文摘要

随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高。

时间对于人们来说总是那么的宝贵，可以说时间和金钱是划上了等号。准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要。因此采用单片机为主的数码管为显示器的电子时钟就体现出了很大的优势。电子钟的设计方法有很多种，但利用单片机制作的电子时钟更具有编程灵活、便于电子功能的扩充、精确度高、便于携带、显示直观等特点。

通过利用MCS-51单片机内部的定时器/计数器功能来实现电子时钟的计时方法。主要由AT89S51芯片和LED数码显示管为核心，构成了一个单片机电子时钟。

关键词：单片机，AT89S51，电子时钟，LED

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Abstract

With the

第1章 51单片机的基础知识

单片机全称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，即SCM。是一种将中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、I/O接口电路、定时/计数器、串行通信接口及中断系统等部件集成到一块硅芯片上构成的相对完整的微型计算机系统。

单片机最初主要应用于控制领域，因而准确反映单片机本质的称谓应该是微控制器MCU（Micro Controller Unit），目前国际上大多采用MCU来代替SCM，而MCU也成了单片机领域公认的、最终统一的名词。但在国内，因“单片机”一词已约定俗成，故仍然用单片机来表示MCU，即本书所谓的“单片机”，实际上指的是MCU。

1.1 MCS-51系列单片机的基本结构

MCS-51系列单片机基于简单的嵌入式控制系统结构，被广泛应用于从军事到自动控制再到 PC 机键盘上的各种应用系统上，是我国目前应用最广泛的单片机系列。很多制造商都提供基于8051内核的MCS-51系列单片机，如Intel、Philips、Siemens 、Atmel、Winbond

2

等，这些制造商给MCS-51系列单片机加入了大量的性能和外部功能，如IC总线接口、A/D转换、看门狗、PWM 输出等，

第1章 51单片机的基础知识

单片机全称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，即SCM。是一种将中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、I/O接口电路、定时/计数器、串行通信接口及中断系统等部件集成到一块硅芯片上构成的相对完整的微型计算机系统。

单片机最初主要应用于控制领域，因而准确反映单片机本质的称谓应该是微控制器MCU（Micro Controller Unit），目前国际上大多采用MCU来代替SCM，而MCU也成了单片机领域公认的、最终统一的名词。但在国内，因“单片机”一词已约定俗成，故仍然用单片机来表示MCU，即本书所谓的“单片机”，实际上指的是MCU。

1.1 MCS-51系列单片机的基本结构

MCS-51系列单片机基于简单的嵌入式控制系统结构，被广泛应用于从军事到自动控制再到 PC 机键盘上的各种应用系统上，是我国目前应用最广泛的单片机系列。很多制造商都提供基于8051内核的MCS-51系列单片机，如Intel、Philips、Siemens 、Atmel、Winbond

2

等，这些制造商给MCS-51系列单片机加入了大量的性能和外部功能，如IC总线接口、A/D转换、看门狗、PWM 输出等，

第1章 习题参考答案 一、填空题：

1、当MCS-51引脚ALE有效时，表示从P0口稳定地送出了 低8位 地址。

2、MCS-51的堆栈是软件填写堆栈指针临时在 片内 数据存储器内开辟的区域。

3、当使用8751且EA=1，程序存储器地址小于 1000H 时，访问的是片内ROM。

4、MCS-51系统中，当PSEN信号有效时，表示CPU要从 外部程序 存储器读取信息。

5、MCS-51有4组工作寄存器，它们的地址范围是 00H~1FH 。

6、MCS-51片内20H~2FH范围内的数据存储器，既可以字节寻址又可以 位 寻址。

7、PSW中RS1 RS0=10时，R2的地址为 12H 。 8、PSW中RS1 RS0=11时，R2的地址为 1AH 。 9、单片机系统复位后，（PSW）=00H，因此片内RAM寄存区的当前寄存器是第 0 组，8个寄存器的单元地址为 00H ~ 07H 。 10、PC复位后为 0000H 。

11、一个机器周期= 12 个振荡周期= 6 个状态

第二章 习题参考答案 一、填空题：

1、当MCS-51引脚ALE有效时，表示从P0口稳定地送出了 低8位 地址。

2、MCS-51的堆栈是软件填写堆栈指针临时在 片内 数据存储器内开辟的区域。

3、当使用8751且EA=1，程序存储器地址小于 1000H 时，访问的是片内ROM。

4、MCS-51系统中，当PSEN信号有效时，表示CPU要从 外部程序 存储器读取信息。 5、MCS-51有4组工作寄存器，它们的地址范围是 00H~1FH 。

6、MCS-51片内20H~2FH范围内的数据存储器，既可以字节寻址又可以 位 寻址。 7、PSW中RS1 RS0=10时，R2的地址为 12H 。 8、PSW中RS1 RS0=11时，R2的地址为 1AH 。

9、单片机系统复位后，（PSW）=00H，因此片内RAM寄存区的当前寄存器是第 0 组，8个寄存器的单元地址为 00H ~ 07H 。 10、PC复位后为 0000H 。

11、一个机器周期= 12 个振荡周期= 6 个时钟

第二章 习题参考答案 一、填空题：

1、当MCS-51引脚ALE有效时，表示从P0口稳定地送出了 低8位 地址。

2、MCS-51的堆栈是软件填写堆栈指针临时在 片内 数据存储器内开辟的区域。

3、当使用8751且EA=1，程序存储器地址小于 1000H 时，访问的是片内ROM。

4、MCS-51系统中，当PSEN信号有效时，表示CPU要从 外部程序 存储器读取信息。 5、MCS-51有4组工作寄存器，它们的地址范围是 00H~1FH 。

6、MCS-51片内20H~2FH范围内的数据存储器，既可以字节寻址又可以 位 寻址。 7、PSW中RS1 RS0=10时，R2的地址为 12H 。 8、PSW中RS1 RS0=11时，R2的地址为 1AH 。

9、单片机系统复位后，（PSW）=00H，因此片内RAM寄存区的当前寄存器是第 0 组，8个寄存器的单元地址为 00H ~ 07H 。 10、PC复位后为 0000H 。

11、一个机器周期= 12 个振荡周期= 6 个时钟

刚上电，电容两端电压不能突变，因此，刚上电时电容相当于短路，电感相当断开，等充电完后，电容才相当于断路。 单片机复位电路电阻电容计算： V0 为电容上的初始电压值； V1 为电容最终可充到或放到的电压值 Vt 为t时刻电容上的电压值

有：Vt = V0 +（V1-V0）X [1-exp(-t/RC)] t = RC X Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)] 大约估算一下就行，这块儿不用太认真

MCS-51 单片机复位电路:

复位是单片机的初始化操作。单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。

复位电路：

当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。 根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。

上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电复位电路如下图A中左图所示。图中电容C1和电阻R1对电源十5V来说构成微分电路

ATmega128 单片机硬件电路设计

在本系统中，本小节主要讲 ATmega128 单片机的内部资源、工作原理和硬 件电路设计等。 2.5.1 ATmega128 芯片介绍 ATmega128 为基于AVR RISC 结构的8 位低功耗CMOS 微处理器。片内 ISP Flash 可以通过SPI 接口、通用编程器，或引导程序多次编程。引导程序可以使 用任何接口来下载应用程序到应用Flash 存储器。通过将8 位RISC CPU 与系统 内可编程的Flash 集成在一个芯片内， ATmega128 为许多嵌入式控制应用提供 了灵活而低成本的方案。 ATmega128 单片机的功能特点如下： （1）高性能、低功耗的AVR 8 位微处理器 （2）先进的RISC 结构 ① 133 条指令大多数可以在一个时钟周期内完成 ② 32x8 个通用工作寄存器+外设控制寄存器 ③ 全静态工作 ④ 工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS ⑤ 只需两个时钟周期的硬件乘法器 （3）非易失性的程序和数据存储器 ① 128K 字节的系统内可编程Flash ② 寿命: 10，000 次写/ 擦除周期 ③ 具有独立锁定位、可选择的启动代码区 （4）通过片内的启动程序

实 习 报 告

题 目：多功能秒表的设计 学生姓名：李瑞恒 冯启国 学 号：20131613 20131609 院系名称：电气与信息工程学院

专业班级：电气工程及其自动化13—1班

指导教师：葛洪军 王希凤 职 称：教授 讲师

二○一五年六月二十九日

实习题目 实习时间 同组人姓名 实习内容摘要： 多功能秒表的设计 2015年6月30日至2015年7月16日共3周 李瑞恒、冯启国 根据相关的单片机材料,利用所学的单片机知识,编写能够实现该项目的软件程序,最后将软、硬件有机的结合起来,进行有效的调试,达到完成该实验课程设计的目的要求。本设计的多功能秒表系统采用AT89C51单片机为中心器件,利用其定时器/计数器定时和记数的原理,结合显示电路、电源电路、LED数码管以及键盘电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来,使得系统能够实现两位LED显示,显示时间为00～99秒,每秒自动加1,能正确地进行加1,快加,可以同时记录4个相对独立的时间,通过翻页来查看这4个不同的计时值,可谓功能强大。其中软件系统采用汇编语言编写程序,包括显示程序,加1,计数程序,快加程序,中断,延时程序

摘要

自从人类开始制造锁以来长期所使用的锁都是机械锁，通俗的讲就是弹子芯锁。而传统的弹子芯锁，由于其本身锁芯密齿的有限加之开锁工具钥匙的容易复制性，使得其安全性大大降低，随着人们生活质量的提高，如何实现安全有效的防盗这一问题受到越来越多人的关注。传统的机械锁由于安全性能太差，被撬的事件屡见不鲜，相比之下，电子密码锁因其保密性强，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的欢迎。电子密码锁作为一种新型的锁，不仅拥有海量的密齿，通常从10000到10000000不等，还省去了传统机械锁的钥匙，使用者只要记得其密码，便可以开启，从而大大提高了防盗功能，

本文主要设计了一种以单片机89C51为核心的电子密码锁，详细的介绍了该电子密码锁完整的设计过程以及外围的开锁电路和报警电路的设计。电子密码锁主要由三部分组成：键盘接口电路、电子密码锁的控制电路、输出八段显示电路。键盘接口电路包括时序产生电路、键盘扫描电路、弹抖消除电路、键盘译码电路。电子密码锁控制电路设计包括数字按键的数字输入、存储和清除、功能按键的功能设计、移位寄存器的设计和控制、密码清除、变更、存储、报警信号产生电路密码核对、解除电锁电路。输出八段显示电路包括数据选择电路、八段显示器扫描电路。