基于單片機的精確正反計數(shù)工程文檔

1、項 目 設 計 報 告課程名稱 單片機基礎 題 目 基于單片機的精確正反計數(shù) 計時系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 學 院 信息科學與技術學院 專 業(yè) 計算機科學與技術(物聯(lián)網方向)學生姓名 王朋 學 號 201110411122 班級 1 任課教師 游 磊 2013 年 12 月 19 日 【摘要】單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有三十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機的應用領域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費產品、辦公

2、自動化、汽車電子、PC機外圍以及網絡通訊等廣大領域。目前，各個行業(yè)，各個領域，在新產品的設計中，都盡可能的應用單片機技術，來提高產品的智能化程度，增強產品的競爭力，適應技術的進步。電子鐘已成為人們日常生活中的必需品，廣泛應用于家庭、車站、碼頭、劇院、辦公室等場所。本系統(tǒng)采用本系統(tǒng)以AT89C52為主控芯片，設計并實現(xiàn)一個正計時和倒計時的秒表，并考慮節(jié)約系統(tǒng)的硬件，能用軟件實現(xiàn)的功能盡量都用軟件實現(xiàn)。這款秒表能按人們預定的時刻蜂鳴器發(fā)出音響信號來起到提醒的作用。這款秒表，不僅功能齊全，系統(tǒng)穩(wěn)定度高，顯示數(shù)據(jù)準確而且成本低，能夠廣泛應用于各種場合。 【關鍵詞】單片機、秒表、AT89C52。 目錄一

3、、設計目的4二、實現(xiàn)環(huán)境41.上位機環(huán)境42. 下位機環(huán)境4三、 設計思路61.中斷的概念 62.中斷源63.中斷寄存器74.寄存器功能與賦值說明75.中斷結構圖：96.C51單片機定時器簡介97.定時器/計數(shù)器詳細說明108. 實驗步驟119. 實驗流程圖1210. 實驗誤差處理12四、 設計代碼12五、 運行結果15六、 總結16七、參考文獻17附錄1.(元件清單)17附錄2.(51_4原理圖)19一、設計目的單片機的優(yōu)點：u 體積小巧，攜帶方便。USB接口通訊及供電，通訊速度快，無須外接電源,活動自鎖40Pin鎖緊座有電源和燒寫狀態(tài)指示燈，可直觀了解編程器當前狀態(tài),只需要USB供電，無需

4、使用外部電源。周密的自保護方式，有效保證不損毀用戶器件或編程器本身。u USB供電系統(tǒng)，直接插接到電腦。USB口即可提供電源，不需另接直流電源。u 8位數(shù)碼管（可做數(shù)碼管的靜態(tài)掃描以及動態(tài)掃描顯示實驗如:0-999 計數(shù)器實驗,溫度檢測實驗,遙控解碼實驗等都可以用數(shù)碼管顯示）。u 8位LED發(fā)光二極管（做跑馬燈實驗,交通燈實驗）。u 一路繼電器控制（通過繼電器可以控制其他電器設備的工作低壓控制高壓等實驗,不過為了安全, 建議不要控制電壓超過30V的設備）u 蜂鳴器（做單片機發(fā)聲實驗,播放音樂實驗,報警實驗等聲響實驗）u DS18B20 溫度傳感器，（初步掌握單片機操作后即可親自編寫程序獲知當時

5、的溫度）u MAX232芯片RS232通訊接口（可以做為與計算機通迅的接口同時也可做為STC單片機下載程序的接口及仿真調試的接口）u 設計布局優(yōu)勢,4個按鍵位于左邊，操作更方便。1所以選擇單片機作為項目開發(fā)工具。 通過項目實踐，進一步學習和掌握單片機應用系統(tǒng)的有關知識，加深了解單片機的工作原理。初步掌握單片機應用系統(tǒng)設計，制作和調試的方法。提高動手實踐能力，提高科學的思維能力。二、實現(xiàn)環(huán)境 1.上位機環(huán)境 硬件環(huán)境： 電腦型號 華碩 K43SJ 筆記本電腦 操作系統(tǒng) Windows 8 64位 ( DirectX 11 ) 處理器 英特爾 第二代酷睿 i5-2410M 2.30GHz 雙核 主

6、板 華碩 K43SJ (英特爾 HM65 芯片組) 內存 6 GB ( 金士頓 DDR3 1333MHz / 昱聯(lián) DDR3 1333MHz ) 主硬盤 日立 HTS723232A7A364 ( 320 GB / 7200 轉/分 ) 顯卡 Nvidia GeForce GT 520M ( 1 GB / 華碩 ) 顯示器 LG LGD02F8 ( 14 英寸 ) 光驅 松下 DVD-RAM UJ8A0ASW DVD刻錄機 聲卡 瑞昱 ALC269 英特爾 6 Series Chipset 高保真音頻 網卡 瑞昱 RTL8168E PCI-E Gigabit Ethernet NIC / 華碩

7、軟件環(huán)境： 本設計采用VC6.0+來實現(xiàn)編程，VC6.0+是一種功能強大的面向對象的Windows編程開發(fā)平臺。VC6.0的優(yōu)點是界面簡潔，占用資源少，操作方便。所以本設計采用VC作為串口編程工具。2. 下位機環(huán)境 硬件環(huán)境：cdu51-4單片機開發(fā)板，采用STC89C52單片機，（它具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/

8、計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構，全雙工串行口。）8位數(shù)碼管6個，8位LED發(fā)光二極管，它采用一種以MAX232為核心的通信接口電路。該接口電路適用于由一臺PC機與多個8051單片機串行通信的設計,其原理和方法同樣適用于PC機與其它單片機之間的串行數(shù)據(jù)通信。2-3 軟件環(huán)境： 本實驗采用Keil uVision3編程軟件，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合

9、在一起Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP，WIN7/WIN8等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選。4-5 Keil編程軟件圖2-1 圖2-1 Keil編程軟件頁面STC_ISP_V480燒錄軟件圖2-2 圖2-2 STC_ISP_V480燒錄軟件頁面3、 設計思路1.中斷的概念 CPU在處理某一事件A時，發(fā)生了另一事件B請求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）； CPU暫時中斷當前的工作，轉去處理事件B（

10、中斷響應和中斷服務）； 待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷 2.中斷源 在51單片機中有5個中斷源 中斷號 優(yōu)先級 中斷源 中斷入口地址 0 1（最高） 外部中斷0 0003H 1 2 定時器0 000BH 2 3 外部中斷1 0013H 3 4 定時器1 0018H 4 5 串口總段 0023H 3.中斷寄存器 單片機有10個寄存器主要與中斷程序的書寫控制有關 1).中斷允許控制寄存器IE 2).定時器控制寄存器TCON 3).串口控制寄存器SCON 4).中斷優(yōu)先控制寄存器IP 5).定時器工作方式控制寄存器TMOD 6).

11、定時器初值賦予寄存器（TH0/TH1，TL0/TL1） 4.寄存器功能與賦值說明6-7 注：在用到中斷時，必須要開總中斷EA,即EA=1。 /開總中斷 1).中斷允許控制寄存器IE EX0(EX1):外部中斷允許控制位 EX0=1 外部中斷0開關閉合 /開外部0中斷 EX0=0 外部中斷0開關斷開 ET0(ET1):定時中斷允許控制位 ET0=1 定時器中斷0開關閉合 /開內部中斷0 ET0=0 定時器中斷0開關斷開 ES: 串口中斷允許控制位 ES=1 串口中斷開關閉合 /開串口中斷 ES=0 串口中斷開關斷開 2).定時器控制寄存器 TCON /控制外部中斷和定時器中斷 外部中斷： IE0

12、(IE1)：外部中斷請求標志位 當INT0(INT1)引腳出現(xiàn)有效的請求信號，此位由單片機自動置1，cpu開始響應，處理終端，而當入 中斷程序后由單片機自動置0. /外部中斷，即外部中斷相應的引腳接入低電平或下降沿信號時，中斷開始響應。 IT0(IT1):外部中斷觸發(fā)方式控制位 /選擇有效信號 IT0(IT1)=1:脈沖觸發(fā)方式,下降沿有效。 IT0(IT1)=0:電平觸發(fā)方式,低電平有效。 內部中斷： TF0(TF1):內部定時器/計數(shù)器溢出中斷標志位 當定時器、計數(shù)器計數(shù)溢出的時候，此位由單片機自動置1，cup開始響應，處理中斷，而當進入中 斷程序后由單片機自動置0. /內部中斷實際上就是

13、利用內部的計數(shù)器，只不過提供計數(shù)的脈沖來自單片機自身。 TRO(TR1)：定時器/計數(shù)器啟動位 /啟動定時器 TRO(TR1)=1; 啟動定時器/計數(shù)器0 TR0(TR1)=0; 關閉定時器/計數(shù)器0 3).串口控制寄存器SCON TI:串行口發(fā)送中斷標志位 當單片機串口發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，此位由單片機自動置1，而當進入中斷服務程序后是不會自動清0的， 必須由用戶在中斷服務中用軟件清0. RI：串行口接收中斷標志位 當單片機串口接收完一幀數(shù)據(jù)后，此位由單片機自動置1，而當進入中斷服務程序后是不會自動清0的， 必須由用戶在中斷服務軟件中用軟件清0. （IP以后補上，TMOD，TL0/TH0 在定時

14、器/計數(shù)器中講） 5.中斷結構圖： 6. C51單片機定時器簡介本課程設計是利用MCS-51單片機內部的定時計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、以及行列鍵盤和LED顯示器等部件，設計一個單片機秒表計時器。設計的計時器通過數(shù)碼管顯示，并能通過按鍵實現(xiàn)設置暫停、復位等。4-6正計時和倒計時分別使用兩個定時器T0/T1，采用方式1，對12MHZ的系統(tǒng)時鐘進行定時計數(shù)，初值設為XXYY（自己計算）。形成定時時間為50ms。用片內RAM的7BH單元對50ms計數(shù)，計920次產生秒計數(shù)器78H單元加1，正秒計數(shù)器加到999則復位，倒秒表計時減到000則復位。然后通過數(shù)碼管顯示出來。在處理過程中加上了按鍵判斷程序，能對按鍵處

15、理。7-87.定時器/計數(shù)器詳細說明 1).計數(shù)的定義： 計數(shù)是指對外部事件進行計數(shù)，外部事件的發(fā)生以輸入脈沖的形式表示，因此計數(shù)功能的實質就是對外來 的脈沖進行計數(shù)，在單片機中對應引腳T0和T1，兩個脈沖輸入端。 外部輸入的脈沖在負跳變時有效（即外部脈沖由1變化到0），計數(shù)器加1. 2).定時器： 定時器是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，不過此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內部，因此定時器的實質是對內 部脈沖的計數(shù)，在單片機中，每個機器周期產生一次計數(shù)脈沖，計數(shù)器加1. 3).工作方式控制寄存器TMOD：9 TMOD的低半字節(jié)（D0,D1,D2,D3）用來控制定時器/計數(shù)器0 TMOD的高半字節(jié)（D4，

16、D5，D6，D7）用來控制定時器/計數(shù)器1 對TMOD中的內容說明： GATE門控制。 GATE=1時，由外部中斷引腳INT0、INT1來啟動定時器T0、T1。 當INT0引腳為高電平時TR0置位，啟動定時器T0； 當INT1引腳為高電平時TR1置位，啟動定時器T1。 GATE=0時，僅由TR0,TR1置位分別啟動定時器T0、T1。 C/T功能選擇位 C/T=0時為定時功能,C/T=1時為計數(shù)功能。 M0、M1方式選擇功能 由于有2位，因此有4種工作方式 4).根據(jù)單片機晶振，所選TMOD的的工作方式，所要定的時間，來確定THO和TLO所要賦予的初值10-11 （以12M晶振，工作方式1,16

17、位計數(shù)器為例，設所定時間為Xus（16為計數(shù)器最大數(shù)65536，即65536us，若所 定時間大于65535，則要用if語句控制，現(xiàn)假設X<65535） 1.時鐘周期的時間t=1/12M=1/12 us 2.機器周期的時間T=12*1/12=1 us 3.因為每經過一個機器周期計數(shù)器+1，所以，計數(shù)器+1，經過的時間為 1 us。 若所定時間為X,則要求經過Xus，中斷響應，又因為16為計數(shù)器要全部置1（即達到65535）+1后，中斷才會 響應，所以，初值=（65536-X） 4.將初值轉化為16進制碼，分別付給THO和TLO eg：所定時間50ms 初值=（65536-50000）=1

18、5536=3CB0H TH0=0X3C; TL0=0XB0; （當工作方式不同時，TH0/TL0的賦值也不同，個人覺得有了16位計數(shù)器了，其余的沒什么用，不介紹了）8. 實驗步驟 1)啟動Keil uVision3 2)新建項目“秒表”，并新建文件“正計時與倒計時7.c” 3）在“正計時與倒計時7.c”中寫入代碼，選擇創(chuàng)建hex文件，編輯運行產生hex文件 4）使用STC_ISP_V480軟件將產生的hex燒錄到開發(fā)板中（注意com號的選擇，在設備管理器中查看com號）。 9. 實驗流程圖 10. 實驗誤差處理 由于中斷溢出，晶振和其他硬件原因造成單片機秒表時間可能不準確，那么我們可以使用軟件

19、來修正，使其計時更加精準。正常情況下：TC = M - T/T計數(shù) = 65536 - 50ms/1us = 15536 = 3CB0H但是我們在16位計數(shù)機使用3CB0時存在誤差，和標準時間比較5min慢1s，那么就應該修改TC：N = 20 * 50ms * 5 *60，T計數(shù) = N/299;TC = M - T/T計數(shù) = 3D574、 設計核心代碼19#include<reg52.h>typedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;code uint8 number= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,

20、0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9sbit D0 = P00;sbit D1 = P01;sbit D2 = P02;sbit Key1 = P30; sbit Key2 = P31; uint8 a6;uint8 b6;uint16 time;uint8 counter0=0; /容器uint8 counter1=0;void delay(uint8 z);void timer0_init();void timer1_init();void interrupt1_init();void interrupt0_init();v

21、oid refresh0();void refresh1(uint8 data1,uint8 data2,uint8 data3);void delay(uint8 z)/延遲函數(shù) uint8 i;while(z-) for(i=0;i<120;i+); void timer0_init()TMOD|= 0x01;/M0位置1， /M1位置0TMOD&= 0xfd;TH0 = 0x3D; TL0 = 0x57; /修正成3D57/TL0 = 0xB0; /TR0 = 1;/TO開始計數(shù) void timer1_init()TMOD |=0x10;TMOD &=0xdf;

22、/TH1 = 0x3D; TL1 = 0x57; /修正成3D57/TL1 = 0xB0; /TR1 = 1; /T1開始計數(shù) void interrupt0_init()/中斷響應函數(shù) ET0=1;/響應tiemer0的中斷 就是打開TF0的中斷功能EA =1;/中斷請求被開放 void interrupt1_init() /中斷響應函數(shù) ET1=1;/響應tiemer1的中斷 就是打開TF1的中斷功能EA =1;/中斷請求被開放 void main() time=999;timer0_init(); timer1_init(); interrupt0_init(); interrupt1_

23、init(); while(1) uint16 ge,shi,bai;ge=time%10; /通過取余的方法把時間的個位取出來shi = (time/10)%10; /通過取整的方法把時間的十位取出來bai = (time/100)%10; /通過取整的方法把時間的百位取出來 refresh0(); /刷新低3位delay(2);/調用延遲函數(shù)refresh1(bai,shi,ge);/刷新高3位delay(2);/調用延遲函數(shù) if(Key1 = 0) delay(2);if(Key1 = 0)while(!Key1);D0 = 0;D1 = 0;D2 = 0; if(Key2 = 0)

24、delay(2);if(Key2 = 0)while(!Key1);D0 = 0;D1 = 0;D2 = 0; time =999;ge=time%10; /通過取余的方法把時間的個位取出來shi=(time/10)%10; /通過取整的方法把時間的十位取出來bai=(time/100)%10; /通過取整的方法把時間的百位取出來 refresh0(); /刷新低3位delay(2);/調用延遲函數(shù)refresh1(bai,shi,ge);/刷新高3位delay(2);/調用延遲函數(shù) void refresh0() static uint8 j = 0;switch(j) case0:P0=0

25、xff; P2&=0xDF;P2|=0x1F;j+;P0=numbera0; break; /?xcase1:P0=0xff; P2&=0xEF;P2|=0x2F; j+;P0=numbera1; break; /?x? case2:P0=0xff; P2&=0xF7;P2|=0x37; j=0;P0=numbera2; break; /x? default:break;void refresh1(uint8 data1,uint8 data2,uint8 data3) P0 = numberdata1;P2&=0xFE;P2|=0x3E; /最高位delay(

26、1);P0 = 0xff;P0 = numberdata2;P2&=0xFD;P2|=0x3D;delay(1);P0 = 0xff;P0 = numberdata3;P2&=0xFB;P2|=0x3B;delay(1);P0 = 0xff; void interrupt_timer0() interrupt 1 /定時器0溢出中斷 static uint16 sec=0; TH0 =0x3D; /重新對計數(shù)器進行賦值 TL0 = 0x57; /修正成3D57 / TL0 = 0xB0; / counter0+; if(20=counter0) /表示記滿20次 ，即為1S s

27、ec+; counter0=0; a0=sec%10; /個位 a1=sec/10%10; /十位 a2=sec/100%10; /百位 void interrupt_timer1() interrupt 3 /定時器1溢出中斷 高3位中斷 TH1 =0x3D;/重新對計數(shù)器進行賦值 TL1 = 0x57; /修正成3D57/TL1 = 0xB0; / counter1+; if(20=counter1)/表示記滿20次 ，即為1S time-; counter1=0; if(time=65536) time=999; 5、 運行結果計時器運行結果如圖：6、 總結 單片機是我所學專業(yè)的主要課程

28、之一，因此我認為單片機課程設計是十分必要而且十分重要的。盡管剛剛拿到課程設計題目時有點迷惘，不知道如何著手，但通過上網和圖書館查閱相關資料，自己認真鉆研以及虛心詢問同學，終于解決了一個又一個的困難和障礙，成功完成了任務。通過本次的單片機課程設計，不僅大大地豐富了我的理論知識，而且在實踐過程中更令我學會了堅持、耐心和努力。此次單片機課程設計需要運用到許多之前所學過的知識，令我認識到自己以前學習的一些不足之處，例如對以前所學知識的理解不夠深刻，掌握得不夠牢固，運用不夠靈活。這讓我懂得了認真學習的重要性，以及要孜孜不倦地鉆研所學過的知識，做得融會貫通，不能一覽而過，不求甚解。在邊學習邊動手的過程中，

29、我對電子時鐘的構造以及原理有了進一步的了解，同時也加深和鞏固了我對單片機C語言的認識。除此之外，由于是第一次做單片機，因此在此次課程設計的過程中，無論是電路繪制還是C語言編寫都難免遇到了不少困難和障礙，例如C語言編寫出錯、電路元件無從入手等。在面對困難和障礙時，我慶幸自己沒有退縮和逃避，而是通過各種方法，迎難而上，以堅持、耐心和努力勇敢無畏地面對困難，克服困難，解決困難。讓我發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題以及動手實踐的能力都有了很大的提高，并了解到理論知識與實踐相結合的重要意義。從這次的課程設計中，我們真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片

30、機更是如此，程序只有在經常的練習的過程中才能提高。本次課程設計盡管時間不長，但從中所獲，將令我受益終生。七、參考文獻1 劉守義,單片機應用技術M 成都：西安電子科技大學出版,20022 Victor P. Nelson ,Digital Logical Circuits Analysis & Design J, Prentice Hall.2003年6月出版, P40-94 3 萬勝前. 基于KeilC51軟件的電子鐘設計與制作J，鄂州大學學報，2

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