基于單片機(jī)的計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 PAGE- 17 - / NUMPAGES17 湖 南 科 技 大 學(xué)單 片 機(jī) 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目 基于單片機(jī)的計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì) 姓 名 建 雄 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 學(xué) 號(hào) 09030303 指導(dǎo)教師 戴 巨 川 成 績(jī) 二一二年六月二日摘要本設(shè)計(jì)是根據(jù)我們所學(xué)習(xí)的單片機(jī)課程，按照課程要求進(jìn)行的課程檢驗(yàn)。單片機(jī)技術(shù)是一個(gè)不可或缺的技術(shù)，尤其是對(duì)于我們測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)它是我們必須要掌握的技能之一，使我們未來(lái)工作和生活的根本?，F(xiàn)在的社會(huì)是一個(gè)信息科技高速發(fā)展的社會(huì)，也是一個(gè)電子技術(shù)和微機(jī)計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展的時(shí)代，單片機(jī)的檔次和水平在不斷的提高，其應(yīng)用的領(lǐng)域和圍也越來(lái)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(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(lèi)越來(lái)越多，應(yīng)用的圍越來(lái)越廣，隨之而來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。過(guò)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(lèi)?，F(xiàn)計(jì)數(shù)器的種類(lèi)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)用圍也遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機(jī)械、開(kāi)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(kāi)關(guān)電器產(chǎn)品、試驗(yàn)設(shè)備，印刷設(shè)備、短路

3、器、醫(yī)療、紡織、機(jī)械、倉(cāng)庫(kù)和碼頭的貨運(yùn)、行人與車(chē)輛過(guò)往的數(shù)量計(jì)數(shù)、冶金、食品、國(guó)防、包裝、配料、石油、化工、發(fā)電、機(jī)床、儀表、自動(dòng)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(shè)計(jì)的要求與主要容應(yīng)解決的問(wèn)題4HYPERLINK l _Toc293582140第二章方案論證4HYPERLINK l _Toc2935821412.1 設(shè)計(jì)方案選擇4HYPERLINK l _Toc2935821422.2 設(shè)計(jì)原理5HYPERLINK l _Toc293582143

4、第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)6HYPERLINK l _Toc2935821443.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)12HYPERLINK l _Toc2935821544.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖12HYPERLINK l _Toc2935821564.2程序13HYPERLINK l _Toc293582161第五章調(diào)試與性能分析14HYPERLINK l _Toc2935821625.1 系統(tǒng)性能測(cè)試與功能說(shuō)明

5、14HYPERLINK l _Toc2935821635.2 軟件調(diào)試問(wèn)題與解決14HYPERLINK l _Toc293582165參考文獻(xiàn)14附件 計(jì)數(shù)器程序15 實(shí)物電路圖16 第一章 系統(tǒng)的功能要求要求：1.整個(gè)系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力.2.計(jì)數(shù)圍：0099.3.將計(jì)數(shù)值準(zhǔn)確顯示出來(lái).應(yīng)解決問(wèn)題：基于單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器研究的主要容包括：如果構(gòu)成檢測(cè)電路、MCS-51單片機(jī)用何種方式對(duì)外部計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示控制、LED顯示驅(qū)動(dòng)模塊的選擇、MCS-51單片機(jī)的擴(kuò)展。在這個(gè)設(shè)計(jì)中主要需要解決的問(wèn)題便是如何提高M(jìn)CS-51單片機(jī)的抗干擾能力以與穩(wěn)定性。 方案論證2.1設(shè)計(jì)方案選擇方案一

6、：采用多種數(shù)字邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制、主門(mén)、門(mén)控、計(jì)數(shù)單元的設(shè)計(jì)要求，這樣設(shè)計(jì)的電路整體比較復(fù)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(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制、主門(mén)、門(mén)控、計(jì)數(shù)單元的設(shè)計(jì)要求，并且設(shè)計(jì)方便，但由于對(duì)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8051為核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原理圖中的邏輯控制、主門(mén)、門(mén)控、計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì)要求單片機(jī)計(jì)數(shù)器的方式控制寄存器TMOD中的GATE位=1時(shí)，可以很方便的進(jìn)行INT0引腳的外部輸入信號(hào)的時(shí)間間隔測(cè)量。且單片機(jī)的控制電路很容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，比如語(yǔ)音模塊、測(cè)溫I2C模塊、時(shí)鐘模塊、A/D模塊等。故采用方

7、案三。2.2 設(shè)計(jì)原理利用AT89S52單片機(jī)來(lái)制作一個(gè)手動(dòng)計(jì)數(shù)器，在AT89S52單片機(jī)的P3.7管腳接一個(gè)輕觸開(kāi)關(guān)，作為手動(dòng)計(jì)數(shù)的按鈕，用單片機(jī)的P2.0P2.7接一個(gè)共陰數(shù)碼管，作為0099計(jì)數(shù)的個(gè)位數(shù)顯示，用單片機(jī)的P0.0P0.7接一個(gè)共陰數(shù)碼管，作為0099計(jì)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(jī)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(gè)ah端口上；要求：P0.0/AD0對(duì)應(yīng)著a，P0.1/AD1對(duì)應(yīng)著b，P0.7/AD7對(duì)應(yīng)著h。2）把“單片機(jī)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(gè)數(shù)碼管的ah端口上；3）把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.7/RD端口用導(dǎo)線連接到“獨(dú)立式鍵盤(pán)”區(qū)域中的SP1端口上. 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、/EA=1組成，下面介紹一下每一個(gè)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(hào)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(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直

9、接加到XTAL1，而XTAL2懸空。部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)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(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的部方式，即利用芯片部的振蕩電路。AT89單片機(jī)部有一個(gè)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(gè)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(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以與電容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(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)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(yīng)盡可能的選擇瓷電容，電容值約為22F。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)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(fù)位RST9在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為ROM的00H處開(kāi)始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，

11、斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C取22F，Rs約為200，Rk約為1K。復(fù)位操作不會(huì)對(duì)部RAM有所影響。圖3-3 常用復(fù)位電路圖4.輸入輸出引腳(1) P0端口P0.0-P0.7 P0是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O端口，端口置1（對(duì)端口寫(xiě)1）時(shí)作高阻抗輸入端。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL。對(duì)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié);校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。在訪問(wèn)外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址(低

12、8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問(wèn)期間部的上拉電阻起作用。(2) P1端口P1.0P1.7 P1是一個(gè)帶有部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對(duì)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息。(3) P2端口P2.0P2.7 P2是一個(gè)帶有部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對(duì)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息。在訪問(wèn)外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址。而在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的容在此期間不會(huì)改變。P3端口P

13、3.0P3.7P2是一個(gè)帶有部上拉電阻的8位雙向端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，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(wù)中用兩位數(shù)碼管顯示當(dāng)前數(shù)值的十，個(gè)，采用動(dòng)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(gè)6位I/O（P1口）輸出字形碼控制顯示某一字形，每個(gè)數(shù)碼管的公共端由另外一個(gè)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(jī)I/O口輸出的字形碼確定，而哪個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮是由單片機(jī)I/O口輸出的字位碼確定的。數(shù)碼管有共陰極和共陽(yáng)極兩種，對(duì)于共陽(yáng)數(shù)碼管，字形驅(qū)動(dòng)輸出0有效，字位驅(qū)動(dòng)輸出1有效；而對(duì)于共陰數(shù)碼管則相反，即

14、：字形驅(qū)動(dòng)輸出1有效，字位驅(qū)動(dòng)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(diǎn)：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(dòng)態(tài)：平均電流 4-5mA 峰值電流100mA數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說(shuō)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(shí)間：1s（）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來(lái)。3.3 電路仿真在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。 用PROTUES軟件，畫(huà)出M=99的計(jì)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(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)容單片機(jī)對(duì)按鍵的識(shí)別的過(guò)程處理單片機(jī)對(duì)正確識(shí)別的按鍵進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)滿(mǎn)時(shí)，又從零開(kāi)始計(jì)數(shù)；單片機(jī)對(duì)計(jì)的數(shù)值要進(jìn)行數(shù)碼顯示，計(jì)得的數(shù)是十進(jìn)數(shù)，含有十位和個(gè)位，我們要把十位和個(gè)位拆開(kāi)分別送出這樣的十位和個(gè)位數(shù)值到對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管上顯示。如何拆開(kāi)十位和個(gè)位我們可以把所計(jì)得的數(shù)值對(duì)10求余，即可個(gè)位數(shù)字，對(duì)10整除，即可得到十位數(shù)字了。通過(guò)查表方式，分別顯示出個(gè)位和十位數(shù)字。4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖主程序先是開(kāi)始，然后賦初值，本設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示，所以在賦玩初值后顯示程序不斷被調(diào)用。開(kāi)始初始化 計(jì)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(diào)試與性能分析5.1 系統(tǒng)性能測(cè)試與功能說(shuō)明走時(shí)：默認(rèn)為計(jì)數(shù)狀態(tài)，顯示兩位數(shù)，時(shí)間會(huì)按實(shí)際時(shí)間以秒為最小單位變化，從0099的計(jì)數(shù)，按復(fù)位鍵，重00開(kāi)始，重新計(jì)數(shù)。5.2 軟件調(diào)試問(wèn)題與解決軟件程序的調(diào)試一般可以將重點(diǎn)放在分模塊調(diào)試上，統(tǒng)調(diào)是最后一環(huán)。軟件調(diào)試可以采取離線調(diào)試和在線調(diào)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(lái)調(diào)試程序，通過(guò)各個(gè)模塊程序的單步或跟蹤調(diào)試，使程序逐漸趨于正確，最后統(tǒng)調(diào)程序。仿真部分

18、采用protus 6 professional軟件，此軟件功能強(qiáng)大且操作較為簡(jiǎn)單，可以很容易的實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。首先打開(kāi)protus 6 professional軟件，在元件庫(kù)中找到要選用的所有元件，然后進(jìn)行原理圖的繪制；繪制好后再選擇wave6000已經(jīng)編譯好的*.hex文件，選擇運(yùn)行，觀察顯示結(jié)果，根據(jù)顯示的結(jié)果和課題的要求再修改程序，再運(yùn)行查，直到滿(mǎn)足要求。參 考 文 獻(xiàn)1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用 雷思孝等 電子科技大學(xué) 2 電路基礎(chǔ) 吳大正 電子科技大學(xué) 3 c+程序與設(shè)計(jì)語(yǔ)言 揣錦華等 電子科技大學(xué) 4 MCS51/96系列單片機(jī)原理與應(yīng)用 涵芳航空航天大學(xué)計(jì)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