基于單片機計數(shù)器課程設(shè)計

1、湖湖 南南 科科 技技 大大 學學單單 片片 機機 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計題題 目：目： 基于單片機秒表設(shè)計基于單片機秒表設(shè)計 姓姓 名：名： 學學 院：院： 機機 電電 工工 程程 學學 院院 專專 業(yè)：業(yè)： 測控技術(shù)與儀器測控技術(shù)與儀器 學學 號：號： 指導老師：指導老師： 戴戴 巨巨 川川 成成 績：績： 二零一四年六月六日二零一四年六月六日湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文）- -I摘摘 要要本設(shè)計是根據(jù)我們所學習的單片機課程，按照課程要求進行的課程檢驗。單片機技術(shù)是一個不可或缺的技術(shù)，尤其是對于我們測控技術(shù)與儀器專業(yè)來說它是我們必須要掌握的技能之一，使我們未來工作和生活的根本?，F(xiàn)在的社

2、會是一個信息科技高速發(fā)展的社會，也是一個電子技術(shù)和微機計算機迅速發(fā)展的時代，單片機的檔次和水平在不斷的提高，其應用的領(lǐng)域和范圍也越來越廣，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化核心部分。 隨著計數(shù)器技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，計數(shù)器的種類越來越多，應用的范圍越來越廣，隨之而來的競爭也越來越激烈。過硬的技術(shù)也成為眾多生產(chǎn)廠商競爭的焦點之一。廠商為了在競爭中處于不敗之地，從而不斷地改進技術(shù)，增加產(chǎn)品的種類。現(xiàn)計數(shù)器的種類以增加到：電磁計數(shù)器、電子計數(shù)器、機械計數(shù)器（拉動機械計數(shù)器、轉(zhuǎn)動機械計數(shù)器、按動機械計數(shù)器、測長機械計數(shù)器） 、液晶計數(shù)器等。 計數(shù)器的應用范圍也遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工

3、、輕工、機械、開關(guān)、斷路器、礦山、實行多班制的紡織行業(yè)的織布機、織帶機、制線、制帶、造紙、制革、薄膜、高壓開關(guān)電器產(chǎn)品、試驗設(shè)備，印刷設(shè)備、短路器、醫(yī)療、紡織、機械、倉庫和碼頭的貨運、行人及車輛過往的數(shù)量計數(shù)、冶金、食品、國防、包裝、配料、石油、化工、發(fā)電、機床、儀表、自動化控制等行業(yè)。湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文）- -II目目 錄錄第一章第一章 系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的功能要要11.1 系統(tǒng)設(shè)計的要求及主要內(nèi)容應解決的問題1第二章第二章 方案論方案論證證22.1 設(shè)計方案選擇22.2 設(shè)計原理2第三章第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計計43.1 最小系統(tǒng)設(shè)計43.2 原理圖63.3 電路仿

4、湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文）- -III真8第四章第四章 系統(tǒng)程序設(shè)系統(tǒng)程序設(shè)計計94.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖94.2 程序9第五章第五章 調(diào)試及性能分析調(diào)試及性能分析 135.1 系統(tǒng)性能測試與功能說明135.2 軟件調(diào)試問題及解決13參參 考考 文文 獻獻14附錄附錄 A A 仿真電仿真電路路湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文）- -IV 15附錄附錄 B B 原理電原理電路路 16附錄附錄 C C 實物照實物照片片 17湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 1 -第一章第一章 系統(tǒng)的功能要系統(tǒng)的功能要1.11.1 系統(tǒng)設(shè)計的要求及主要內(nèi)容應解決的問題系統(tǒng)設(shè)計的要求及主要內(nèi)容應解決的

5、問題要求：1.整個系統(tǒng)有較強的抗干擾能力2.計數(shù)范圍：000099993.將計數(shù)值準確顯示出來4.實現(xiàn)計數(shù)器的循環(huán)技術(shù)應解決問題：基于單片機構(gòu)成的產(chǎn)品自動計數(shù)器研究的主要內(nèi)容包括：如果構(gòu)成檢測電路、AT89S52 單片機用何種方式對外部計數(shù)脈沖進行計數(shù)顯示控制、LED 顯示驅(qū)動模塊的選擇、AT89S52 單片機的擴展。湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 2 -第二章第二章 方案論證方案論證2.12.1 設(shè)計方案選擇設(shè)計方案選擇方案一：采用多種數(shù)字邏輯電路來實現(xiàn)邏輯控制、主門、門控、計數(shù)單元的設(shè)計要求，這樣設(shè)計的電路整體比較復雜，而且不宜完成發(fā)揮部分的功能要求。所以方案一不采用。方案二：可以

6、采用 FPGA 來實現(xiàn)邏輯控制、主門、門控、計數(shù)單元的設(shè)計要求，并且設(shè)計方便，但由于對 FPGA 的技術(shù)原理掌握不夠熟練，所以放棄方案二。方案三：系統(tǒng)采用 AT89S52 為核心的單片機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)原理圖中的邏輯控制、主門、門控、計數(shù)的設(shè)計要求單片機計數(shù)器的方式控制寄存器 TMOD 中的 GATE 位=1 時，可以很方便的進行 INT0引腳的外部輸入信號的時間間隔測量。且單片機的控制電路很容易實現(xiàn)擴展，比如語音模塊、測溫 I2C 模塊、時鐘模塊、A/D 模塊等。故采用方案三。2.22.2 設(shè)計原理設(shè)計原理利用 AT89S52 單片機來制作一個手動計數(shù)器，在 AT89S52 單片機的 P3.7

7、 管腳接一個輕觸開關(guān)，作為手動計數(shù)的按鈕，用單片機的 P3.4-3.7 接一個四位共陰數(shù)碼管，作為位數(shù)選擇，P0 作為 000-255 計數(shù)的顯示。圖 2.1 硬件電路圖湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 3 -系統(tǒng)板上硬件連線：1）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的 P0.0/AD0P0.7/AD7 端口用排線連接到“四路靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中的任一個 ah 端口上；要求：P0.0/AD0 對應著 a，P0.1/AD1對應著 b，P0.7/AD7 對應著 h。2）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的 P3.4-3.7 端口接到三極管上，通過三極管來對數(shù)碼管進行位選。3）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的 P3.2/I

8、NT0 和 P3.3/INT1 端口用導線分別連接到兩個獨立按鍵上。湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 4 -第三章第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.13.1 最小系統(tǒng)設(shè)計最小系統(tǒng)設(shè)計圖 3.1 單片機最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖單片機的最小系統(tǒng)是由電源、復位、晶振、/EA=1 組成，下面介紹一下每一個組成部分。1.電源引腳：Vcc40電源端； GND20接地端； 工作電壓為 5V；2.外接晶體引腳湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 5 -XTAL218XTAL119U1X2CRYSTALC130pFC230pFC3 圖 3-2 晶振連接圖XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XT

9、AL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz-24MHz 內(nèi)選擇。電容取 30PF 左右。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值

10、雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30pF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。3.復位 RST9在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24 個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51 芯片便循環(huán)復位。復位后 P0P3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為

11、ROM 的 00H 處開始運行程序。復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復位電路是復位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的 S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路。當時鐘頻率選用 6MHz 時，C 取 22F，Rs 約為 200，Rk 約為 1K。復位操作不會對內(nèi)部 RAM 有所影響。湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 6 -圖 3-3 復位電路圖4.輸入輸出引腳(1) P0 端口P0.0-P0.7 P0 是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口，端

12、口置 1（對端口寫 1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅(qū)動 8 個 TTL。對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收指令字節(jié);校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低 8 位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。(2) P1 端口P1.0P1.7 P1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收低 8 位地址信息。(3) P2 端口P2.0P2.7 P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8

13、位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收高 8 位地址和控制信息。在訪問外部程序和 16 位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口送出高 8 位地址。而在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。P3 端口P3.0P3.7P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向端口。輸出時可驅(qū)動4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。3.23.2 原理圖原理圖湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 7 -圖 3-4 電路總圖數(shù)碼管的介紹在本任務中用四位數(shù)碼管

14、顯示當前數(shù)值的千。百，十，個，采用動態(tài)顯示方式。四位數(shù)碼管由一個 8 位 I/O（P0 口）輸出字形碼控制顯示某一字形，每個數(shù)碼管的公共端由另外一個 I/O 口（P0 口)輸出的字位碼控制，即數(shù)碼管顯示的字形是由單片機I/O 口輸出的字形碼確定，而哪個數(shù)碼管點亮是由單片機 I/O 口輸出的字位碼確定的。數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種，對于共陽數(shù)碼管，字形驅(qū)動輸出 0 有效，字位驅(qū)動輸出 1 有效；而對于共陰數(shù)碼管則相反，即：字形驅(qū)動輸出 1 有效，字位驅(qū)動輸出 0 有效數(shù)碼管使用條件:對于共陽數(shù)碼管，字形驅(qū)動輸出 0 有效，字位驅(qū)動輸出 1 有效；而對于共陰數(shù)碼管則相反，即：字形驅(qū)動輸出 1 有效

15、，字位驅(qū)動輸出 0 有效數(shù)碼管使用條件：a、使用電壓段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；b、小數(shù)點：根據(jù)發(fā)光顏色決定c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA） ；動態(tài)：平均電流 4-5mA 峰值電流 100mA數(shù)碼管使用注意事項說明：（）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 8 -（）焊接溫度：度；焊接時間：1s3.33.3 電路仿真電路仿真 在 PROTEUS 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS 的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。 用 PROTUES 軟件，畫出 M=99 的計數(shù)器仿真圖，得到的圖如下所

16、示湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 9 -第四章第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計系統(tǒng)程序設(shè)計程序設(shè)計內(nèi)容程序設(shè)計內(nèi)容1.單片機對按鍵的識別的過程處理2.單片機對正確識別的按鍵進行計數(shù)，計數(shù)滿時，又從零開始計數(shù)；3.單片機對計的數(shù)值要進行數(shù)碼顯示，計得的數(shù)是十進數(shù)，含有十位和個位，我們要把十位和個位拆開分別送出這樣的十位和個位數(shù)值到對應的數(shù)碼管上顯示。如何拆開十位和個位我們可以把所計得的數(shù)值對 10 求余，即可個位數(shù)字，對 10 整除，即可得到十位數(shù)字了。4.通過查表方式，分別顯示出個位和十位數(shù)字。4.14.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖主程序先是開始，然后賦初值，本設(shè)計采用的是動態(tài)顯示，所

17、以在賦玩初值后顯示程序不斷被調(diào)用。圖 4-1 主程序流程圖4.24.2 程序程序#include /包含 51 單片機寄存器定義的頭文件unsigned char Tab =0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90; /段碼表unsigned char y. x;湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 10 -int i,j,d,a,b,t;sbit fmq=P36;void delay(void) unsigned char j;for(j=0;j200;j+) void delay1(void) unsigned

18、 char j; for(j=0;j200;j+) for(i=0;i200;i+) void delay500us()for(d=0;d57;d+) void beep()/產(chǎn)生 1kHz 聲音for(t=0;t100;t+)fmq=0;delay500us();fmq=1;delay500us();void Display(unsigned char x) a=y; b=x; P2=0 xef; /P2.4 引腳輸出低電平，DS4 點亮 x=a; P0=Tabx/10; /顯示千位 delay(); delay(); delay();湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 11 - del

19、ay(); P2=0 xdf; /P2.5 引腳輸出低電平，DS5 點亮 P0=Tabx%10; /顯示百位 delay(); delay(); delay(); delay(); x=b;P2=0 xbf; /P2.6 引腳輸出低電平，DS6 點亮P0=Tabx/10; /顯示十位 delay();delay();delay();delay(); P2=0 x7f; /P2.7 引腳輸出低電平，DS7 點亮P0=Tabx%10; /顯示個位 delay();delay();delay();delay();P2=0 xff;P0=0 xff;delay();delay();delay();de

20、lay(); void main(void) EA=1; /開放總中斷 EX0=1; /允許使用外中斷 0 IT0=1; /選擇負跳變來觸發(fā)外中斷 EX1=1; /外中斷 1 IT1=1; / 選擇負跳變來觸發(fā)外中斷x=0;湖南科技大學本科生課程設(shè)計（論文） - 12 -y=0; delay1(); while(1) Display(x); void int0(void) interrupt 0 /外中斷 0 的中斷編號為 0 x+; beep(); if(x=100) y+; if(y=100) y=0; x=0; void int1(void) interrupt 2 /外中斷 1 的中斷編號為 2 beep(); if(x=0) if(y