計算機控制技術與應用課程設計

1、計算機控制技術與應用課程設計 課題：數字式秒表的設計 專業(yè)：電氣工程與自動化 計算機控制技術課程設計 題目：數字式秒表的設計1、 設計目的（1） 熟練掌握計算機控制系統(tǒng)的設計方法。（2） 設計并實現一個簡易數字秒表。2、 設計說明1） 秒表由6位7段LED顯示器顯示，其中2位顯示分鐘，4位顯示秒，其中分辨率為0.01秒。2） 計時最大值為99分鐘59.99秒。3） 計時誤差不得超過0.01秒。4） 具有清零、啟動計時、暫停計時及繼續(xù)計時功能。3、 設計要求（1） 方案論證按系統(tǒng)功能實現要求，決定控制系統(tǒng)的實現方案，選擇芯片，作出系統(tǒng)框圖。（2） 硬件電路設計。按控制系統(tǒng)的實現方案，做出硬件原理

2、圖。（3） 系統(tǒng)程序設計。對系統(tǒng)內存進行劃分，采用模塊化設計方法，作出初始化程序、主程序、顯示子程序和模/數轉換子程序。（4） 調試及仿真。（5） 用Keil+Proteus進行軟件、硬件聯合仿真和調試。 具體設計過程一、硬件設計1、 總體方案的設計數字秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優(yōu)點，在計時中廣泛應用。本設計中用單片機和數碼管組成數字秒，表力求結構簡單。設計中包括硬件電路的設計和系統(tǒng)程序的設計。硬件電路主要有主控制器、控制按鈕與顯示電路組成。主控制器采用單片機AT89C52，顯示電路采用四位共陰極數碼管顯示計時時間。本設計利用AT89C52單片機的定時器，使其能精確計時。利用中斷系統(tǒng)

3、使其實現啟動和暫停的功能，P0口輸出段碼數據，P2.0P2.5作為位選，P3.2和P3.3接口的兩個按鈕分別實現啟動和暫停功能。設計的基本要求是正確性。硬件電路按下圖進行設計。 AT89C52單片機控制開關六位數碼管位控制 計時器采用T0中斷實現，定時溢出中斷周期為1ms，當溢出中斷后向CPU發(fā)出溢出中斷請求，每發(fā)出10次中斷請求就對10ms位（即最后一位）加一，達到100次就對100ms位加一，以此類推，直到99.99s為止。 再看按鍵的處理。兩個按鍵采用中斷的方法，設置外部中斷0和外部中斷1位脈沖邊沿觸發(fā)方式，這樣一來每當按鍵按下時便會觸發(fā)中斷，從而實現啟動和暫停。2、 單片機的選擇 本設

4、計在選取單片機時，充分借鑒了許多成型產品使用單片機的經驗。并根據自己的實際情況，選用了ATMEL公司的AT89C52。 ATMEL公司的89系列單片機以其卓越的性能、完善的兼容性、快捷便利的電擦寫操作、低廉的價格完全替代了87C51/62和8751/52，低電壓、低功耗，有DIP、PLCC、QFP封裝，是目前性能最好、價格最低、最受歡迎的單片機之一。 AT89S52為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8XC52相同，其主要用于匯聚調整時的功能控制。功能包括對匯聚主IC內部寄存器、數據RAM及外部接口等功能部件的初始化，匯聚調整控制，匯

5、聚測試圖控制等。3、單片機外部結構AT89S52單片機采用40腳的DIP封裝，如下所示。（1）主電源引腳Vss和Vcca、 Vss接地b、 Vcc正常操作時為+5V接地外接晶振引腳XTAL1和XTAL2a、XTAL1內部振蕩電路反相放大器的輸出端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩時，此引腳接地。b、XTAL2內部振蕩電路反相放大器的輸出端，是外接晶體的的另一端。當采用外部振蕩時，此引腳接外部振蕩源。（2）控制或與其他電源復用引腳a、RST/VPD 當振蕩器運行是，在此引腳上出現兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內部提供備用

6、電源，以保持內部RAM中的數據。b、ALE/PROG 正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部存儲器，ALE引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的1/6）周期性的發(fā)出正脈沖信號。因此，它可以用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。c、PSEN 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數據）期間，PSEN在每個機器周期內兩次有效。d、EA/Vpp 內部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當EA/Vpp位高電平時，訪問內部程序存儲器，當EA/Vpp為低電平時，則訪問外部程序存儲器。對于EPROM編程期間，此引腳上加21VEPROM編程電源（Vpp）。（3）輸入/輸出引

7、腳P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7，P3.0P3.7。a、P0口（P0.0P0.7）是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數據總線，P0口能以吸收電流的方式驅動八個LSTTL負載。b、P1口（P1.0P1.7）是一個帶有內部上拉電阻的8位準雙向I/O口。能驅動四個LSTTL負載。c、P2口（P2.0P2.7）是一個帶有內部上拉電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅動四個LSTTL負載。d、P3口（P3.0P3.7）是一個帶有內部上拉電阻的8位準雙向I/O口。能驅動四個LSTTL負載。4、顯示電路

8、的選擇與設計對于數字顯示電路，通常采用液晶顯示或數碼管顯示。對于一般的段式液晶屏，需要專門的驅動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯示，可視性差，不適合遠距離觀看；對于具有驅動電路和單片機接口的液晶顯示模塊，一般多采用并行接口，對單片機的接口要求較高，占用資源多；另外，AT89C52單片機本身沒有專門的液晶驅動接口。而數碼管作為一種主動顯示器件，具有亮度高、響應速度快、價格便宜、易于購買等優(yōu)點，而且有遠距離視覺效果，很適合夜間或者遠距離操作。因此在本設計中，我們采用7段數碼管作為顯示介質。數碼管顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。由于本設計需要采用六位數碼管顯示時間，如果靜態(tài)顯示則占用的口線多，硬

9、件電路復雜，所以采用動態(tài)顯示。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常各位數碼管的段選線相應并聯在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的公共陰極位選線由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數碼管輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數碼管并送出相應的段碼，在另一時刻選通另一數碼管，并送出相應的段碼，依次規(guī)律循環(huán)，即可以使各位數碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺，其系統(tǒng)框圖如下所示；AT89C52段驅動位驅動六位數碼管5、系統(tǒng)總體

10、電路的設計系統(tǒng)總體電路如下圖所示AT89C52單片機為主電路的核心部分，各個電路均與單片機相連，由單片機統(tǒng)籌協(xié)調各個電路的運行工作。開始鍵和暫停鍵使用了外部中斷，所以需要連到單片機的P3.2和P3.3引腳上，這兩個I/O口的第二功能是單片機的外部中斷0端口和外部中斷1端口。顯示電路由六位數碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，因此有8位段控制和六位位控制，8位段接控制接P0口，P0.0P0.7分別控制數碼管的a b c d e f g dp顯示，位控制接在P2.0P2.5六個口實現位控制。系統(tǒng)的硬件原理圖如下所示； 二、軟件設計1、主程序設計本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序、定時中斷服務程序、外部中斷0服務程

11、序和外部中斷1服務程序組成。其中主程序是整個程序的主體?？梢詫Ω鱾€中斷程序進行調用。協(xié)調各個子程序之間的關系。主程序主要是設置定時器大的工作模式，對定時器賦初值，開總中斷、兩個外部中斷以及定時器溢出中斷。并設置外部中斷為脈沖邊沿觸發(fā)方式。2、中斷程序設計本方案中用到了三個中斷:外部中斷0、外部中斷1和定時器T0溢出中斷。CPU在響應中斷時，先處理高級中斷，后處理低級中斷，若有多個同級中斷時，則應按自然優(yōu)先順序處理。例如當CPU正在處理一個中斷申請時，又出現了另一個優(yōu)先級比它高的中斷請求，這時，CPU就暫停對當前優(yōu)先級較低的中斷源的服務，轉去響應優(yōu)先級比它高的中斷請求，并為其服務。待服務結束，再

12、繼續(xù)執(zhí)行原來較低級的中斷服務程序。而當CPU為級別高的中斷服務程序服務時，如果級別低的中斷發(fā)出中斷請求，此時CPU是不會響應的，所以為了避免開始和暫停兩個按鍵中的一個出現沒有響應的情況，在進行編程是要注意中斷的使用，避免出現中斷的嵌套。合理分配中斷對本設計是很重要的。（1）外部中斷0服務程序外部中斷0服務程序結合外部P3.2鍵實現數字秒表的啟動功能。流程如下圖所示。外部中斷0入口啟動定時器T0 TR0=1中斷返回（2）外部中斷1服務程序 外部中斷1服務程序結合外部P3.3鍵實現數字秒表的停止功能。 流程圖如下所示。外部中斷1入口停止計時TR1=0 中斷返回（3）清零的實現 系統(tǒng)清零運用AT89

13、C52單片機復位功能清零的，在振蕩器正在運行的情況下，復位是靠在REST/Vpd或RST引腳處至少保持2個機器周期（24個振蕩器周期）的高電平而實現的。在RST斷出現高電平后的第2個周期，執(zhí)行內部復位，以后每個周期重復一次，直至RST端變低。復位后，除了特殊寄存器外，其他寄存器狀態(tài)都位00H或者0000H，因此運用AT89C52單片機的復位功能可以實現清零功能，系統(tǒng)的清零部分電路圖（復位功能電路圖）如下圖所示； （4）定時器T0中斷服務程序當T0一處后，向CPU發(fā)出中斷請求信號。CPU跳轉到定時中斷程序執(zhí)行，具體流程如下；定時器中斷入口重裝計數初值中斷次數加1中斷次數到10嗎中斷次數清零，0.

14、01秒位加一0.01秒位到10嗎0.01秒位清零，0.1秒位加一0.1秒位到10嗎0.1秒位清零，1秒位加一1秒位到10嗎1秒位清零，10秒位加一10秒位到10嗎10秒位清零中斷返回3、程序清單#includeunsigned int data table=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; unsigned int data table1=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;unsigned int i,j,k,l,o,n,m,count;void delay(u

15、nsigned int z) unsigned int x,y;for(x=z;x!=0;x-)for(y=110;y!=0;y-);void main()TMOD=0x01; TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; EA=1; EX0=1;EX1=1;ET0=1;IT0=1; IT1=1; while(1) P2=0x01;P0=tableo;delay(1);P2=0x02;P0=table1n;delay(1);P2=0x04;P0=tablem;delay(1);P2=0x08;P0=table1l;delay(1); P2=0x10;P0=

16、tablek;delay(1); P2=0x20;P0=tablej;delay(1);void ex0() interrupt 0 TR0=1; void ex1() interrupt 2 TR0=0; void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256;count+; if(count=10)count=0;i+; if(i=10)i=0; j+;if(j=10)j=0; k+;if(k=10)k=0; l+; if(l=10) l=0; m+; if(m=6) m=0; n+; if(n=10) n=0;

17、 o+; if(o=10) o=0; count=0; 三、系統(tǒng)調試Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件，它可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路。該軟件的主要特點為：實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合的功能，支持目前主流單片機系統(tǒng)的仿真，提供了軟件調試的功能，具有強大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。在電子領域中起到了很大的作用，它的出現仿真不需要先焊接電路板，可以先仿真調試通過之后再焊接電路，節(jié)省了不少在硬件調試上花費的時間。打開已經畫好的Proteus DSN文件，雙擊圖中的AT8

18、9S52芯片，就彈出一個窗口，在program file項中通過路徑選擇在keil中生成hex文件，雙擊選中后確定，這樣仿真圖中的AT89S52芯片就已經讀取了本設計中的hex文件。然后進行仿真，仿真圖如下所示。系統(tǒng)運行時的情況： 1、秒表運行圖2、秒表清零圖四 總結報告本設計的數字秒表是由AT89S52單片機、共陰極數碼管和控制按鍵等器件組成的，設有六位計時顯示。計時精度能達到0.01s。系統(tǒng)設計合理，線路簡單，性能穩(wěn)定、程序簡單。給出了較為詳盡的電路設計方法。本系統(tǒng)以單片機為核心，但僅單片機方面的知識是不夠的，還應根據具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟硬件結合，以作完善。 本次課程設計，按照設計