百位（開關(guān)）計(jì)數(shù)器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書學(xué) 院信息科學(xué)與工程專 業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)生姓名李晗學(xué) 號(hào)1003020107設(shè)計(jì)題目百位（開關(guān)）計(jì)數(shù)器內(nèi)容及要求：keil c程序設(shè)計(jì)是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。本設(shè)計(jì)是對(duì)該課程綜合應(yīng)用能力的檢驗(yàn)，在鼓勵(lì)學(xué)生熟悉基本原理的前提下，注重與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，提出自己的方案，完善設(shè)計(jì)。1、熟悉單片機(jī)及被控對(duì)象的工作原理； 2、提出可行設(shè)計(jì)方案；3、根據(jù)方案設(shè)計(jì)硬件電路、繪制電路原理圖；4、軟件編程并調(diào)試；5、系統(tǒng)調(diào)試；5、完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。進(jìn)度安排：第18周（2012年12月29日-2013年1月7日）：布置設(shè)計(jì)任務(wù)，查資料，完成總體方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟

2、件編寫并調(diào)試，驗(yàn)收答辯。指導(dǎo)教師（簽字）2012年11月24日學(xué)院院長(zhǎng)（簽字）2012年11月24日摘 要 隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本課程設(shè)計(jì)報(bào)告主要介紹了一個(gè)基于89c51單片機(jī)的開關(guān)計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì)，詳細(xì)描述了利用開關(guān)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的過程，重點(diǎn)對(duì)傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，對(duì)各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和顯示，它使用起來相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)89c51;開關(guān);開關(guān)計(jì)數(shù)器。目錄1.設(shè)計(jì)背景41.1課題背景41.2設(shè)

3、計(jì)內(nèi)容52系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)53.硬件系統(tǒng)介紹53.1 80c51單片機(jī)的介紹53.1.1 80c51單片機(jī)主要特性73.1.2 80c51單片機(jī)管腳圖73.1.3 80c51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)104硬件電路設(shè)計(jì)114.1開關(guān)計(jì)數(shù)電路硬件設(shè)計(jì)114.1.1晶振電路114.1.2顯示器124.1.3操作電路124.1.4總電路圖135.主要元器件136軟件編程137調(diào)試178設(shè)計(jì)總結(jié)179.參考文獻(xiàn)18引言計(jì)數(shù)是一種最簡(jiǎn)單的基本的運(yùn)算，計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的邏輯電路，計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量，計(jì)數(shù)和控制的功能，同時(shí)兼有分頻功能，計(jì)數(shù)器是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門所組成

4、，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t由一系列具有存儲(chǔ)信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成。計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如在電子計(jì)算機(jī)的控制中對(duì)指令的地址進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便順序取出下一條指令，在運(yùn)算中做乘法，除法運(yùn)算時(shí)記下加法，減法的次數(shù)。計(jì)數(shù)器可以用來顯示產(chǎn)品的工作狀態(tài)，計(jì)數(shù)器不僅能用于對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，還可以用于分頻，定時(shí)，產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等，但是并無法顯示計(jì)算結(jié)果，一般是通過外接led或lcd才能顯示，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍也越來越大。計(jì)數(shù)器的產(chǎn)生意義重大，在人類文明的進(jìn)步過程中是不可缺少的。1.設(shè)計(jì)背景1.1課題背景 隨著計(jì)數(shù)器技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，計(jì)數(shù)器的種類越來越多，應(yīng)用的范圍越來越廣

5、，隨之而來的競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。過硬的技術(shù)也成為眾多生產(chǎn)廠商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。廠商為了在競(jìng)爭(zhēng)中處于不敗之地，從而不斷地改進(jìn)技術(shù)，增加產(chǎn)品的種類?，F(xiàn)計(jì)數(shù)器的種類以增加到：電磁計(jì)數(shù)器、電子計(jì)數(shù)器、機(jī)械計(jì)數(shù)器（拉動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器、按動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器、測(cè)長(zhǎng)機(jī)械計(jì)數(shù)器）、液晶計(jì)數(shù)器等。 計(jì)數(shù)器的應(yīng)用范圍也遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機(jī)械、開關(guān)、斷路器、礦山、實(shí)行多班制的紡織行業(yè)的織布機(jī)、織帶機(jī)、制線、制帶、造紙、制革、薄膜、高壓開關(guān)電器產(chǎn)品、試驗(yàn)設(shè)備，印刷設(shè)備、短路器、醫(yī)療、紡織、機(jī)械、倉庫和碼頭的貨運(yùn)、行人及車輛過往的數(shù)量計(jì)數(shù)、冶金、食品、國防、包裝、配料、石油、化工、發(fā)電

6、、機(jī)床、儀表、自動(dòng)化控制等行業(yè)。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.利用開關(guān)的閉合和斷開進(jìn)行計(jì)數(shù)（計(jì)數(shù)范圍：0-99），將計(jì)數(shù)值準(zhǔn)確顯示出來 2.用光電管用來檢測(cè)是否有物體經(jīng)過，數(shù)碼管顯示光電管檢測(cè)到物體的數(shù)量，數(shù)值可設(shè)置，本設(shè)計(jì)設(shè)定為09999，上電顯示初始值0000，計(jì)數(shù)上限為9999。用顯示屏準(zhǔn)確記錄數(shù)值的變化。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 主電源數(shù)值顯示89c51主控制器根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容，開關(guān)計(jì)數(shù)器系統(tǒng)可以分為手動(dòng)對(duì)信號(hào)輸入端的輸入，數(shù)碼管顯示和清零模塊。具體模塊有主電源模塊，手動(dòng)操作模塊，計(jì)數(shù)值顯示，晶振模塊。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖所示晶振電路手動(dòng)操作開關(guān)計(jì)數(shù)系統(tǒng)框圖3.硬件系統(tǒng)介紹3.1 80c51單片機(jī)的介紹80c

7、51單片機(jī)最初是由intel 公司開發(fā)設(shè)計(jì)的，但后來intel 公司把51 核的設(shè)計(jì)方案賣給了幾家大的電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)商，譬如 sst、philip、atmel 等大公司。如是市面上出現(xiàn)了各式各樣的但均以51 為內(nèi)核的單片機(jī)，倒是intel 公司自己的單片機(jī)卻顯得遜色了。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機(jī)都兼容51 指令、并在51 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與51 一致的。80c51有40個(gè)引腳，4個(gè)8位并行i/o口，1個(gè)全雙工異步串行口，同時(shí)內(nèi)含5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。80c51的存儲(chǔ)器系統(tǒng)由4k的程序存儲(chǔ)器(掩膜rom)，和128b的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)組成。【3】

8、80c51單片機(jī)的基本組成框圖見圖3-1。【3】圖3-1 80c51單片機(jī)結(jié)構(gòu)由圖3-1可見，8051單片機(jī)主要由以下幾部分組成：cpu系統(tǒng) 8位cpu，含布爾處理器； 時(shí)鐘電路； 總線控制邏輯。存儲(chǔ)器系統(tǒng) 4k字節(jié)的程序存儲(chǔ)器（rom/eprom/flash，可外擴(kuò)至64kb）； 128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram，可再外擴(kuò)64kb）； 特殊功能寄存器sfr。i/o口和其他功能單元 4個(gè)并行i/o口； 2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器； 1個(gè)全雙工異步串行口； 中斷系統(tǒng)（5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)）。3.1.1 80c51單片機(jī)主要特性1. 一個(gè)8 位的微處理器(cpu)。2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram(128b)

9、，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，sst89 系列單片機(jī)最多提供1k 的ram。3. 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器rom(4kb)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶rom/eprom，如8031，8032，80c31 等。目前單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是將ram 和rom 都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。sst 公司推出的89 系列單片機(jī)分別集成了16k、32k、64k flash 存儲(chǔ)器，可供用戶根據(jù)需要選用。4. 四個(gè)8 位并行io 接口p0p3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。5. 兩個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器，每個(gè)定

10、時(shí)器計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的52 系列單片機(jī)都會(huì)提供3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。6. 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只5 個(gè)中斷源，例如sst89e58rd 就有9 個(gè)中斷源。7. 一個(gè)全雙工uart(通用異步接收發(fā)送器)的串行io 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。8. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12mhz。sst89v58rd 最高允許振蕩頻率達(dá)40mhz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。3

11、.1.2 80c51單片機(jī)管腳圖圖3-2 80c51單片機(jī)管腳圖部分引腳說明：時(shí)鐘電路引腳xtal1 和xtal2：xtal2(18 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。要檢查8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看xtal2 端是否有脈沖信號(hào)輸出。xtal1(19 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。控制信號(hào)引腳rst,ale,psen 和ea：rst/vpd(9 腳)：rst

12、是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端。當(dāng)主電源vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，將5v 電源自動(dòng)兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。rst 引腳的第二功能是vpd,即接入rst 端，為ram 提供備用電源，以保證存儲(chǔ)在ram 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。ale/prog(30 腳)：地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng)8051 上電正常工作后，ale 引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率fosc 的1/6。cpu 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ale 輸出信號(hào)作為鎖存低8 位地址的控制信號(hào)。平時(shí)不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ale 端也以振蕩頻

13、率的1/6 固定輸出正脈沖，因而ale 信號(hào)可以用作對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。如果想確定8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查看ale端是否有脈沖信號(hào)輸出。如有脈沖信號(hào)輸出，則8051/8031 基本上是好的。ale 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為8 個(gè)ls 型ttl(低功耗甚高速ttl)負(fù)載。此引腳的第二功能prog 在對(duì)片內(nèi)帶有4kb eprom 的8751 編程寫入(固化程序)時(shí)，作為編程脈沖輸入端。psen(29 腳)：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引肢接eprom 的oe 端(見后面幾章任何一個(gè)小系統(tǒng)硬件圖)。psen 端有效

14、，即允許讀出epromrom 中的指令碼。psen 端同樣可驅(qū)動(dòng)8 個(gè)ls 型ttl 負(fù)載。要檢查一個(gè)8051/8031 小系統(tǒng)上電后cpu 能否正常到epromrom 中讀取指令碼，也可用示波器看psen 端有無脈沖輸出。如有則說明基本上工作正常。ea/vpp(31 腳)：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)ea 引腳接高電平時(shí)，cpu只訪問片內(nèi)eprom/rom并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但當(dāng)pc(程序計(jì)數(shù)器)的值超過0fffh(對(duì)8751/8051 為4k)時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)輸入信號(hào)ea 引腳接低電平(接地)時(shí)，cpu 只訪問外部eprom/r

15、om 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)于無片內(nèi)rom 的8031 或8032,需外擴(kuò)eprom，此時(shí)必須將ea 引腳接地。此引腳的第二功能是vpp 是對(duì)8751 片內(nèi)eprom固化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓(一般12v21v)的輸入端。輸入/輸出端口p0/p1/p2/p3：p0口(p0.0p0.7，3932 腳)：p0口是一個(gè)漏極開路的8 位準(zhǔn)雙向i/o口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng)8 個(gè)ls 型ttl 負(fù)載。當(dāng)p0 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器(地址80h)寫入全1,此時(shí)p0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時(shí)要先寫1,這就是準(zhǔn)雙向

16、口的含義。在cpu 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，p0口分時(shí)提供低8 位地址和8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間，p0口內(nèi)部上拉電阻有效。p1口(p1.0p1.7，18 腳)：p1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向i/o口。p1口每位能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)ls 型ttl 負(fù)載。在p1口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向p1口鎖存地址(90h)寫入全1,此時(shí)p1口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。p2口(p2.0p2.7，2128 腳)：p2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向i/o口。p口每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls 型ttl 負(fù)載。在訪問片外eprom/ram 時(shí)，它輸出高8 位地址。p3口(p3.0p3.7，1017 腳)：p3口是一個(gè)

17、帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向i/o口。p3口每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls型ttl負(fù)載。p3口與其它i/o 端口有很大的區(qū)別，它的每個(gè)引腳都有第二功能，如下：p3.0：(rxd)串行數(shù)據(jù)接收。p3.1：(rxd)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。p3.2：(int0#)外部中斷0輸入。p3.3：(int1#)外部中斷1輸入。p3.4：(t0)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的外部計(jì)數(shù)輸入。p3.5：(t1)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的外部計(jì)數(shù)輸入。p3.6：(wr#)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通。p3.7：(rd#)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。3.1.3 80c51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)80c51系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)

18、特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器ie控制cpu是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器ip安排各中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各中斷同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。3.1.4 80c51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會(huì)有定時(shí)控制需求，如定時(shí)輸出、定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)掃描等；也經(jīng)常要對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。80c51單片機(jī)內(nèi)集成有兩個(gè)可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器：t0和t1，它們既可以工作于定時(shí)模式，也可以工作于外部事件計(jì)數(shù)模式，此外，t1還4硬件電路設(shè)計(jì)4.1開關(guān)計(jì)數(shù)電路硬件設(shè)計(jì)4.1.1晶振電路晶振電路由2個(gè)電容，1個(gè)晶振組成，如下圖所示。 晶振電路單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本

19、的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。單片機(jī)晶振有2個(gè)電容的作用：這2個(gè)電容叫晶振的負(fù)載電容，分別接在晶振的2個(gè)腳上和對(duì)地的電容，一般在幾十皮法。它會(huì)影響到晶振的振諧頻率和輸出幅度。晶振的負(fù)載電容=(cd*cg)/(cd+cg)+cic+c。4.1.2顯示器顯示電路圖4.1.3操作電路 操作電路圖4.1.4總電路圖開關(guān)計(jì)數(shù)總電路圖5.主要元器件表1元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注芯片u1at89c5112mhz1晶振crystal12mhz1電阻阻排r1digital10krespack-81/1

20、電容cap1030pf3開關(guān)button無3清零，計(jì)數(shù)電源，地power,gnd1/1顯示器lcd1.5v,10ma26軟件編程#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbitseg_1=p20; sbitseg_2=p21;sbitseg_3=p22;sbitseg_4=p23;sbit t0=p34;ucharcount_tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, 0x77,0x7b,0x39,0x5e,0x79,0x73;int coun

21、t=0;void delay(int n)uchar j=0;uint k=0;for(j=0;j0;k-);void display(uint temp)/4位數(shù)碼管循環(huán)顯示 int ge,shi,bai,qian;qian=temp/1000;bai=temp%1000/100;shi=temp%100/10;ge=temp%10;seg_1=0;seg_2=0;seg_3=0;seg_4=0;seg_1=1;p0=count_tabqian;delay(10);seg_1=0;seg_2=1;p0=count_tabbai;delay(10);seg_2=0;seg_3=1;p0=count_tabshi;delay(10);seg_3=0;seg_4=1;p0=count_tabge;delay(10);seg_4=0;void main() p0 = 0x00;p2 = 0x00;p3=0xff;t0=1; tmod = 0x06;th0 = tl0 = 256 - 1 ;et0 = 1;ex0 = 1;ex1 = 1;ea = 1;ip = 0x02;i