硬件實(shí)習(xí)報(bào)告定時(shí)器

1、淮陰工學(xué)院硬件實(shí)習(xí)報(bào)告硬件實(shí)習(xí)報(bào)告選題名稱選題名稱: 定 時(shí) 器 系（院）系（院）: 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè): 通信專業(yè) 班班 級級: 姓姓 名名: 學(xué)學(xué) 號號: 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師: 學(xué)年學(xué)期學(xué)年學(xué)期: 2010 2011 學(xué)年 第 2 學(xué)期2011年 6 月 10 日摘要： 隨著時(shí)代的進(jìn)步，電子行業(yè)的發(fā)展，定時(shí)器的應(yīng)用也越來越廣泛。傳統(tǒng)的定時(shí)器絕大多數(shù)都是發(fā)條驅(qū)動(dòng)式、電機(jī)傳動(dòng)式或電鐘式等機(jī)械定時(shí)器。相對于傳統(tǒng)的定時(shí)器，電子定時(shí)器體積小、重量輕、造價(jià)低、精度高、壽命長而且安全可靠、調(diào)整方便、適于頻繁使用。本設(shè)計(jì)利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí) 2s，某鍵按下去開始計(jì)時(shí)，定時(shí)時(shí)間到紅燈亮，再按一下停止

2、計(jì)時(shí)。利用單片機(jī) 80C51 實(shí)現(xiàn)定時(shí) 2s 的功能。采用按鍵方式控制定時(shí)器工作及 LED。復(fù)位電路選用上電自動(dòng)復(fù)位方式。本文詳細(xì)闡述了系統(tǒng)工作原理，并給出了硬件連接圖，軟件流程及代碼分析。關(guān)鍵詞：80C51；定時(shí)器；LED；復(fù)位電路；振蕩電路；按鍵電路設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)任務(wù)書課題課題名稱名稱定 時(shí) 器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的目的1.掌握 PROTEL 的使用；2.掌握電路設(shè)計(jì)的一般方法；3.掌握電路仿真的過程；4.掌握硬件設(shè)計(jì)及焊接方法；5.提高查閱資料的能力和撰寫論文報(bào)告的能力；6.提高分析問題、解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境環(huán)境1.微型電子計(jì)算機(jī)（PC） ；2.安裝 Windows XP 操作系統(tǒng)，Pro

3、tel 99 SE 軟件3.安裝 Proteus、Multisim 等硬件仿真軟件任務(wù)任務(wù)要求要求1.查閱有關(guān)資料；2.使用 PROTEL 繪制電路原理圖；3.在實(shí)驗(yàn)電路板上焊接電路；4.編程、調(diào)試；5.撰寫 2000 字的實(shí)踐報(bào)告，并附電路原理圖、軟件流程圖以及軟件。工作進(jìn)度計(jì)劃工作進(jìn)度計(jì)劃序號序號起止日期起止日期工工 作作 內(nèi)內(nèi) 容容12011.06.72011.06.7查找資料，繪制 protel 原理圖22011.06.82011.06.8學(xué)習(xí)使用 protues，編寫代碼，用 protues 進(jìn)行電路仿真32011.06.92011.06.9調(diào)試42011.06.102011.06.

4、10焊接電路板指導(dǎo)教師（簽章）：指導(dǎo)教師（簽章）： 2011 年年 5 月月 6 日日 目目錄錄1 課題綜述. 11.1 課題來源和意義.11.2 預(yù)期目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法.12 系統(tǒng)分析 12.1 涉及的基礎(chǔ)知識.12.2 總體方案.53 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 53.1 硬件連接. 53.2 軟件設(shè)計(jì).6總 結(jié). 9致 謝. .10參考文獻(xiàn). .11Linux System Administration 課程設(shè)計(jì)報(bào)告01 課題綜述課題綜述傳統(tǒng)的定時(shí)器絕大多數(shù)都是發(fā)條驅(qū)動(dòng)式、電機(jī)傳動(dòng)式或電鐘式等機(jī)械定時(shí)器，部分電子器械中也有試用時(shí)間繼電器的。相對于傳統(tǒng)的定時(shí)器，電子定時(shí)器體積小、重量輕、造價(jià)低、精度高、壽命長而

5、且安全可靠、調(diào)整方便、適于頻繁使用。所以電子定時(shí)器的發(fā)展必定大有前途。同時(shí)隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，電子定時(shí)器也在不斷的進(jìn)步，朝著更多用途、更高精度、更小體積發(fā)展著。1.1 課題來源和意義課題來源和意義定時(shí)器是日常生活中用得最多的，例如，家用電器中的微波爐、洗衣機(jī)、電飯煲等內(nèi)部都含有不同形式的定時(shí)器。在工業(yè)控制中，也經(jīng)常遇到對某些物理量定時(shí)進(jìn)行采樣與控制的問題。在本設(shè)計(jì)中，定時(shí)器將利用單片機(jī) 80C51 實(shí)現(xiàn)簡單的定時(shí)器功能。 本課題的意義在于通過設(shè)計(jì)和制作本課題把學(xué)習(xí)到的知識融會貫通并應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中。做到學(xué)有所成，學(xué)有所用。1.2 預(yù)期目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法預(yù)期目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法定時(shí)器要求利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)

6、器定時(shí) 2s，某鍵按下去開始計(jì)時(shí)，定時(shí)時(shí)間到紅燈亮，再按一下停止計(jì)時(shí)。利用單片機(jī) 80C51 實(shí)現(xiàn)定時(shí) 2s 的功能。采用按鍵方式控制定時(shí)器工作及 LED。復(fù)位電路選用上電自動(dòng)復(fù)位方式。2 系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析單片機(jī)是集成在一個(gè)芯片上的計(jì)算機(jī)，是計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，融計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和控制功能于一體。本課程設(shè)計(jì)采用 8 位單片機(jī)中一個(gè)最基本、最典型的芯片型號 80C51。2.1 涉及的基礎(chǔ)知識涉及的基礎(chǔ)知識2.1.1 80C51 單片機(jī)的封裝與信號引腳80C51 有 40 引腳雙列直插式 DIP 和 44 引腳方形扁平式 QFP 共兩種封裝形式。常用雙列直插式封裝形式，如圖

7、 2-1 所示。Linux System Administration 課程設(shè)計(jì)報(bào)告1圖 2-1 8051 芯片引腳1. 輸入/輸出口線P0.0P0.7 P0 口 8 位雙向口線P1.0P1.7 P1 口 8 位雙向口線P2.0P2.7 P2 口 8 位雙向口線P3.0P3.7 P3 口 8 位雙向口線2. 訪問程序存儲器控制信號 EA當(dāng) EA 信號為低電平時(shí)，對 ROM 的讀操作是針對外部程序存儲器的；而當(dāng) EA信號為高電平時(shí)，對 ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 3. 復(fù)位信號 RST當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用于完成單片機(jī)

8、的復(fù)位操作。4. 外接晶體引線端 XTAL1 和 XTAL2當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，XTAL1 和 XTAL2 用于外接石英晶體諧振器和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接入外部時(shí)鐘脈沖信號。2.1.2 80C51 單片機(jī)的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容構(gòu)成，用于產(chǎn)生振蕩脈沖。而分頻電路則用于把振蕩脈沖分頻，以得到所需要的時(shí)鐘信號。1振蕩電路80C51 芯片中的高增益反相放大器，Linux System Administration 課程設(shè)計(jì)報(bào)告2其輸入端為引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。通過這兩個(gè)引腳在芯片外并接石英

9、晶體振蕩器和兩只電容器（電容 C1和 C2一般取 30pF） 。石英晶體為一感性元件與電容構(gòu)成振蕩回路，為片內(nèi)放大器提供正反饋和振蕩所需的相移條件，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。2分頻電路振蕩電路產(chǎn)生的振蕩信號并不直接為單片機(jī)所用，而要進(jìn)行分頻，經(jīng)分頻后才能得到單片機(jī)各種相關(guān)的時(shí)鐘信號。振蕩脈沖經(jīng)二分頻后作為系統(tǒng)的時(shí)鐘信號。2.1.3 80C51 單片機(jī)的系統(tǒng)復(fù)位復(fù)位是單片機(jī)的硬件初始化操作。經(jīng)復(fù)位操作后，單片機(jī)系統(tǒng)才能開始正常工作。復(fù)位操作有：為一些專用寄存器設(shè)置初始狀態(tài)、程序狀態(tài)字 PSW 清 0、程序計(jì)數(shù)器PC 被賦值為 0000H 以及為芯片的某些引腳設(shè)置電平狀態(tài)等內(nèi)容。復(fù)位操作有兩種

10、復(fù)位方式，即加電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。加電復(fù)位是指通過專用的復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號。它是系統(tǒng)的原始復(fù)位方式，發(fā)生在開機(jī)加電時(shí)，是系統(tǒng)自動(dòng)完成的。加電復(fù)位是基本的、任何單片機(jī)系統(tǒng)都具有的功能。手動(dòng)復(fù)位也應(yīng)通過專用的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號。80C51 基本復(fù)位電路共育上電復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位 3 種。其中上電自動(dòng)復(fù)位是通過電容充電來實(shí)現(xiàn)的，如圖 2-2 所示。只有電源 Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。圖 2-2 上電復(fù)位2.1.4 80C51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)1.中斷源與中斷向量80C51 的中斷系統(tǒng)具有 6 個(gè)中斷源：2 個(gè)外部中斷、2 個(gè)定時(shí)器中斷

11、和 2 個(gè)串行中斷。定時(shí)器中斷是為了滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)的需要而設(shè)置的。在單片機(jī)芯片內(nèi)部有 2 個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，所以定時(shí)器中斷也有 2 個(gè)：定時(shí)器 1 中斷和定時(shí)器 0 中斷。當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，表明定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)值滿，這時(shí)內(nèi)部電路就產(chǎn)生中斷請求。由于這種中斷請求是在芯片內(nèi)部發(fā)生，因此，在芯片上沒有對應(yīng)的中斷請求引入端。Linux System Administration 課程設(shè)計(jì)報(bào)告3中斷向量是程序存儲器的一個(gè)地址，表明一個(gè)中斷的服務(wù)程序從這里開始存放。中斷發(fā)生后要通過它引導(dǎo) CPU 轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷服務(wù)。表 2-1 80C51 的中斷 中斷名稱中斷向量外部中斷 00003H定時(shí)器 0 中斷000

12、BH外部中斷 10013H定時(shí)器 1 中斷001BH串行發(fā)送中斷0023H串行發(fā)送中斷0023H2.中斷控制中斷控制是通過硬件實(shí)現(xiàn)的，但須進(jìn)行軟件設(shè)置。中斷控制的內(nèi)容共有 4 項(xiàng)：中斷允許控制、中斷請求標(biāo)志、中斷優(yōu)先控制和外中斷觸發(fā)方式控制。這些控制內(nèi)容分布在 4 個(gè)控制寄存器中，包括：中斷允許寄存器、定時(shí)器控制寄存器、串行控制寄存器和中斷優(yōu)先級寄存器。其中，中斷允許寄存器 IE 用于控制是否允許使用中斷。80C51 通過中斷允許控制寄存器對中斷允許實(shí)行兩級控制：中斷系統(tǒng)總控制和各類中斷單個(gè)控制。當(dāng)總控制位EA=0 時(shí)，關(guān)閉中斷系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)處于中斷禁止?fàn)顟B(tài)，即使各分類中斷是允許的也不管用；只

13、有當(dāng) EA=1 時(shí)，開放中斷系統(tǒng)，這時(shí)才能由各分類中斷控制位控制分類中斷的允許與禁止。定時(shí)器中斷允許控制位為 ET0 和 ET1：當(dāng) ET0（ET1）=0 時(shí)，禁止定時(shí)器中斷；當(dāng) ET0（ET1）=1 時(shí)，允許定時(shí)器中斷。2.1.5 80C51 單片機(jī)的定時(shí)器80C51 的 CPU 內(nèi)部包含兩個(gè) 16 位定時(shí)器，分別是 Timer0 和 Timer1，這兩個(gè)Timer 統(tǒng)一由 TMOD 和 TCON 來掌握。寄存器 TMOD 控制 Timer 的定時(shí)器模式，該寄存器以 M1M0 工作方式選擇位指定 Timer0 或 Timer1 的工作模式。M1M0=00,工作方式 0；M1M0=01,工作方

14、式1；M1M0=10,工作方式 2；M1M0=11,工作方式 3。定時(shí)器工作方式 1 是 16 位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式，計(jì)數(shù)器由 THX 的全部 8 位和 TLX 的全部 9 位構(gòu)成，計(jì)數(shù)范圍最長為：165536，因而，本設(shè)計(jì)定時(shí)器采用工作方式 1。定時(shí)時(shí)間計(jì)算公式為： （65536-計(jì)數(shù)初值）晶振周期12 (2.1)Linux System Administration 課程設(shè)計(jì)報(bào)告4本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，使用的振蕩頻率是 12MHz，定時(shí)分辨率是 1us。TCON 寄存器內(nèi)部指示兩個(gè) Timer 的工作結(jié)果，通過設(shè)置 TCON 的狀態(tài)，來停止或啟動(dòng) Timer。運(yùn)行控制位 TR0（TR1）=0，停止

15、 Timer 工作；TR0（TR1）=1，啟動(dòng)Timer 工作。2.2 總體方案總體方案本課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)主體分硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件電路由 80C51、復(fù)位電路、振蕩電路、LED 電路及按鍵電路組成。以 80C51 單片機(jī)做為核心器件，振蕩電路用來產(chǎn)生時(shí)鐘信號，復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號，按鍵電路產(chǎn)生控制信號。軟件設(shè)計(jì)采用匯編語言。功能模塊圖，如圖 2-3 所示。圖 2-3 功能模塊圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 硬件連接硬件連接3.1.1 利用 protel 99SE 繪制電路原理圖和 PCB 圖繪制原理圖的步驟： a.新建一個(gè)原理圖文件 b.原理圖紙大小設(shè)置 c.從元件庫中選擇和放置元器件

16、 d.原理圖布線 e.ERC 檢測 f.編輯與調(diào)整 g.存盤打印。如圖 3-1 所示。繪制 PCB 制作步驟： a.準(zhǔn)備原理圖文件和網(wǎng)絡(luò)表文件 b.新建 PCB 文件 c.裝入網(wǎng)絡(luò)表 d.元器件布局 e.PCB 布線 f. DRC 檢測 g.編輯與調(diào)整。如圖 3-2 所示。Linux System Administration 課程設(shè)計(jì)報(bào)告5 圖 3-1 protel 原理圖 圖 3-2 PCB 圖3.1.2 利用 proteus 進(jìn)行電路仿真使用 proteus 仿真的基礎(chǔ)是要繪制準(zhǔn)確的原理圖并進(jìn)行合理的設(shè)置，繪制原理圖使用 ISIS 原理圖輸入系統(tǒng)。如圖 3-3 所示。具體步驟：（1） 啟

17、動(dòng) ISIS 原理圖工具，打開設(shè)計(jì)文檔。（2） 選擇模板，保存設(shè)計(jì)。（3） 放置元件并布線。（4） 添加目標(biāo)程序文件。（5） 進(jìn)行仿真與調(diào)試。圖 3-3 proteus 原理圖Linux System Administration 課程設(shè)計(jì)報(bào)告63.2 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)3.2.1 算法流程圖圖 3-4 流程圖3.2.2 代碼編寫代碼主要有三部分：控制定時(shí)器的啟動(dòng)與停止、控制 LED 亮與滅和按鍵狀態(tài)。1.單片機(jī)啟動(dòng)定時(shí)器的步驟：a. 設(shè)定 TMOD 的值，從而確定工作模式與啟動(dòng)方法。b. 設(shè)定 IE 的值：啟動(dòng)中斷。c. 設(shè)定 TLX、THX 的值：從而決定定時(shí)器的量。d. 啟動(dòng)定時(shí)器。2.

18、p1.1 端口控制 LED 亮與滅當(dāng) p1.1 端口輸出高電平，即 p1.1=1 時(shí)，根據(jù)發(fā)光二極管的單向?qū)щ娦钥芍?，這時(shí)發(fā)光二極管 D1 熄滅；當(dāng) p1.1 端口輸出低電平，即 p1.1=0 時(shí)，發(fā)光二極管 D1 亮。使用 SETB P1.1 指令使 p1.1 端口輸出高電平，使用 CLR P1.1 指令使 p1.1 端口輸出低電平。 3.按鍵狀態(tài) 開關(guān)狀態(tài)的檢測過程相對于單片機(jī)來說，是檢測 p1.6 端口輸入的信號，而輸入的信號只有高電平和低電平兩種。當(dāng)開關(guān)斷開，即輸入高電平 p1.6=1，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，即輸入低電平 p1.6=0。Linux System Administration 課

19、程設(shè)計(jì)報(bào)告7 ORG 00H LJMP START1 ORG 0BH;定時(shí)器 0 中斷向量 LJMP intt0 ORG 30HSTART1: SETB P1.1;LED 熄滅 MOV TMOD,#01H;設(shè)定定時(shí)器 0 工作在模式 1 下 ;在 12MHz 石英晶體，定時(shí)器通過 TH0 和 TL0 所存放的值用來改變定時(shí)長短，算法：66536-50000=15536=3CB0H，也就是定時(shí)器會從 15536 開始計(jì)算 50000 個(gè)機(jī)器周期，50000*1us=50msMOV TH0,#03CH MOV TL0,#0B0H MOV R1,#40;40*50ms=2sSETB EA;中斷允許總

20、控制位 SETB ET0;允許定時(shí)器中斷;若開關(guān)按下，啟動(dòng)定時(shí)器；否則，繼續(xù)判斷。START2: JB P1.6,START2 SETB TR0;啟動(dòng)定時(shí)器 0；若開關(guān)彈起，LED 滅，停止定時(shí)器；否則，繼續(xù)判斷。 START3: JNB P1.6,START3 SETB P1.1；LED 滅 CLR TR0；停止定時(shí)器 sjmp START1；跳到初始狀態(tài)，開始下一次工作intt0: MOV TH0,#03CH MOV TL0,#0B0H DJNZ R1,intt ;控制循環(huán)，R1=0 時(shí)，跳出循環(huán);2s 時(shí)間到 CLR P1.1;LED 亮intt: RETi;中斷返回 ENDLinux

21、System Administration 課程設(shè)計(jì)報(bào)告8總結(jié)為期一周的實(shí)習(xí)在匆忙中落下帷幕。可以說這次課程設(shè)計(jì)是我最用心也最成功的一次課程設(shè)計(jì)。從查閱資料，原理圖設(shè)計(jì)，電路仿真，代碼編寫到最后的電路焊接，都是我自己一步一步做下來的。唯一遺憾的是，電路板焊的不太美觀。原理圖的設(shè)計(jì)是本課程設(shè)計(jì)的核心。雖說，本原理圖較為簡單，但是從開始設(shè)計(jì)到最終確立，還是修改了兩三次。主要原因還是自己缺少實(shí)踐能力。代碼的編寫花費(fèi)的時(shí)間最久，二十行的代碼卻耗了近兩天的時(shí)間。代碼的初步編寫過程倒不算難，關(guān)鍵就是調(diào)試，很讓人糾結(jié)，經(jīng)過幾經(jīng)波折才調(diào)試成功。從紅燈不亮到紅燈亮，但不聽從按鍵指揮；再到按鍵按下去紅燈不亮，按鍵

22、彈起來，紅燈亮；最終才實(shí)現(xiàn)按鍵按下，2s 后紅燈亮，按鍵彈起，紅燈滅。電路板的焊接確實(shí)不難，關(guān)鍵在于美觀。因?yàn)槲业氖д`，未能把元器件及導(dǎo)線布局完美，導(dǎo)致電路板不太美觀。希望今后能有更多的機(jī)會可以焊接電路板，以此來提高自己的焊接技術(shù)。Linux System Administration 課程設(shè)計(jì)報(bào)告9經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，不僅使我對對單片機(jī) 80C51 芯片、相關(guān)電路有了進(jìn)一步深刻地了解，掌握利用 protel 99SE 繪制電路原理和用 proteus 進(jìn)行電路仿真的一般方法；也使我掌握硬件焊接的基礎(chǔ)技能，動(dòng)手能力有所增強(qiáng)。Linux System Administration 課程設(shè)計(jì)報(bào)告10致謝在此對給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示深深地感謝！感謝淮陰工學(xué)院、計(jì)算機(jī)工程系提供的實(shí)踐機(jī)會！感謝實(shí)驗(yàn)室人員提供的實(shí)驗(yàn)環(huán)境！感謝給與我參考文獻(xiàn)的這些作者們！謝謝你們！在指導(dǎo)老師和同學(xué)們的幫助下我學(xué)到了很多東西，