基于單片機的計數(shù)器設計說明

1、 PAGE- 17 - / NUMPAGES17 湖 南 科 技 大 學單 片 機 課 程 設 計 題 目 基于單片機的計數(shù)器設計 姓 名 建 雄 學 院 機電工程學院 專 業(yè) 測控技術與儀器 學 號 09030303 指導教師 戴 巨 川 成 績 二一二年六月二日摘要本設計是根據(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。單片機技術是一個不可或缺的技術，尤其是對于我們測控技術與儀器專業(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)在的社會是一個信息科技高速發(fā)展的社會，也是一個電子技術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，其應用的領域和圍也越來越

2、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)器技術的不斷發(fā)展與進步，計數(shù)器的種類越來越多，應用的圍越來越廣，隨之而來的競爭也越來越激烈。過硬的技術也成為眾多生產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，增加產品的種類。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)器的應用圍也遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機械、開關、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、高壓開關電器產品、試驗設備，印刷設備、短路

3、器、醫(yī)療、紡織、機械、倉庫和碼頭的貨運、行人與車輛過往的數(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)。目 錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc293582134第一章系統(tǒng)的功能要求4HYPERLINK l _Toc2935821391.1系統(tǒng)設計的要求與主要容應解決的問題4HYPERLINK l _Toc293582140第二章方案論證4HYPERLINK l _Toc2935821412.1 設計方案選擇4HYPERLINK l _Toc2935821422.2 設計原理5HYPERLINK l _Toc293582143

4、第三章系統(tǒng)硬件電路設計6HYPERLINK l _Toc2935821443.1 最小系統(tǒng)設計6HYPERLINK l _Toc2935821453.2 原理圖9HYPERLINK l _Toc2935821513.3電路仿真10HYPERLINK l _Toc293582153第四章系統(tǒng)程序設計12HYPERLINK l _Toc2935821544.1 系統(tǒng)軟件設計流程圖12HYPERLINK l _Toc2935821564.2程序13HYPERLINK l _Toc293582161第五章調試與性能分析14HYPERLINK l _Toc2935821625.1 系統(tǒng)性能測試與功能說明

5、14HYPERLINK l _Toc2935821635.2 軟件調試問題與解決14HYPERLINK l _Toc293582165參考文獻14附件 計數(shù)器程序15 實物電路圖16 第一章 系統(tǒng)的功能要求要求：1.整個系統(tǒng)有較強的抗干擾能力.2.計數(shù)圍：0099.3.將計數(shù)值準確顯示出來.應解決問題：基于單片機構成的產品自動計數(shù)器研究的主要容包括：如果構成檢測電路、MCS-51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顯示驅動模塊的選擇、MCS-51單片機的擴展。在這個設計中主要需要解決的問題便是如何提高MCS-51單片機的抗干擾能力以與穩(wěn)定性。 方案論證2.1設計方案選擇方案一

6、：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)單元的設計要求，這樣設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：可以采用FPGA來實現(xiàn)邏輯控制、主門、門控、計數(shù)單元的設計要求，并且設計方便，但由于對FPGA的技術原理掌握不夠熟練，所以放棄方案二。方案三：系統(tǒng)采用8051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

7、案三。2.2 設計原理利用AT89S52單片機來制作一個手動計數(shù)器，在AT89S52單片機的P3.7管腳接一個輕觸開關，作為手動計數(shù)的按鈕，用單片機的P2.0P2.7接一個共陰數(shù)碼管，作為0099計數(shù)的個位數(shù)顯示，用單片機的P0.0P0.7接一個共陰數(shù)碼管，作為0099計數(shù)的十位數(shù)顯示；硬件電路圖如圖2-1所示：圖 2-1 硬件電路圖系統(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8芯排線連接到“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P2.

8、0/A8P2.7/A15端口用8芯排線連接到“四路靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中的任一個數(shù)碼管的ah端口上；3）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.7/RD端口用導線連接到“獨立式鍵盤”區(qū)域中的SP1端口上. 系統(tǒng)硬件電路的設計 3.1 最小系統(tǒng)設計圖3-1 單片機最小系統(tǒng)的結構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5V2.外接晶體引腳 19腳懸空，18腳為外部振蕩信號圖3-2 晶振連接的部、外部方式圖 XTAL1是片振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直

9、接加到XTAL1，而XTAL2懸空。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選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的部方式，即利用芯片部的振蕩電路。AT89單片機部有一個用于構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成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以與電容C1和C2構成并聯(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

10、。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瓷電容，電容值約為22F。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，

11、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。復位操作不會對部RAM有所影響。圖3-3 常用復位電路圖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，端口置1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅動8個TTL。對部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口是分時轉換的地址(低

12、8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間部的上拉電阻起作用。(2) P1端口P1.0P1.7 P1是一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅動4個TTL。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對部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是一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅動4個TTL。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對部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容在此期間不會改變。P3端口P

13、3.0P3.7P2是一個帶有部上拉電阻的8位雙向端口。輸出時可驅動4個TTL。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。3.2 原理圖圖3-4 電路總圖數(shù)碼管的介紹在本任務中用兩位數(shù)碼管顯示當前數(shù)值的十，個，采用動態(tài)顯示方式。兩位數(shù)碼管的一樣段并聯(lián)在一起，由一個6位I/O（P1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，字形驅動輸出0有效，字位驅動輸出1有效；而對于共陰數(shù)碼管則相反，即

14、：字形驅動輸出1有效，字位驅動輸出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；（）焊接溫度：度；焊接時間：1s（）表面有保護膜的產品,可以在使用前撕下來。3.3 電路仿真在PROTEUS繪制好原理圖后，調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，得到的圖如下所示圖3-11 仿真圖

15、第四章 軟件設計程序設計容單片機對按鍵的識別的過程處理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)；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。通過查表方式，分別顯示出個位和十位數(shù)字。4.1 系統(tǒng)軟件設計流程圖主程序先是開始，然后賦初值，本設計采用的是動態(tài)顯示，所以在賦玩初值后顯示程序不斷被調用。開始初始化 計數(shù)（按鍵）顯示圖4-1主程序流程圖4.2 程序#include unsigned c

16、har code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66, 0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;unsigned char Count;void delay10ms(void) unsigned char i,j; for(i=20;i0;i-) for(j=248;j0;j-);void main(void) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(1) if(P3_7=0) delay10ms(); if(P3_7=0) Count+; if(Count=100) Coun

17、t=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(P3_7=0); 第五章 調試與性能分析5.1 系統(tǒng)性能測試與功能說明走時：默認為計數(shù)狀態(tài)，顯示兩位數(shù)，時間會按實際時間以秒為最小單位變化，從0099的計數(shù)，按復位鍵，重00開始，重新計數(shù)。5.2 軟件調試問題與解決軟件程序的調試一般可以將重點放在分模塊調試上，統(tǒng)調是最后一環(huán)。軟件調試可以采取離線調試和在線調試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于軟件仿真器即可；后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次課題，keil軟件來調試程序，通過各個模塊程序的單步或跟蹤調試，使程序逐漸趨于正確，最后統(tǒng)調程序。仿真部分

18、采用protus 6 professional軟件，此軟件功能強大且操作較為簡單，可以很容易的實現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。首先打開protus 6 professional軟件，在元件庫中找到要選用的所有元件，然后進行原理圖的繪制；繪制好后再選擇wave6000已經編譯好的*.hex文件，選擇運行，觀察顯示結果，根據(jù)顯示的結果和課題的要求再修改程序，再運行查，直到滿足要求。參 考 文 獻1 單片機系統(tǒng)設計與工程應用 雷思孝等 電子科技大學 2 電路基礎 吳大正 電子科技大學 3 c+程序與設計語言 揣錦華等 電子科技大學 4 MCS51/96系列單片機原理與應用 涵芳航空航天大學計數(shù)器程序#include unsigned char code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66, 0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x