《單片機原理與應用》課程設(shè)計-可編程定時計數(shù)器

1前言在測量控制系統(tǒng)中，常常要求有一些實時時鐘，以實現(xiàn)定時控制、定時測量或延遲動作，也往往要求有計數(shù)器能對外部事件計數(shù)，如測電機轉(zhuǎn)速、頻率、工件個數(shù)等。實現(xiàn)定時/計數(shù)，有軟件、數(shù)字電路和可編程定時/計數(shù)器3種主要方法。軟件定時，即讓機器執(zhí)行一個程序段，這個程序段本身沒有具體的執(zhí)行目的，通過正確地挑選指令和安排循環(huán)次數(shù)實現(xiàn)軟件延時，由于執(zhí)行每條指令都需要時間，執(zhí)行這一程序段所需要的時間就是延時時間。這種軟件定時占用CPU的執(zhí)行時間，降低了CPU利用率。數(shù)字電路硬件定時采用如小規(guī)模集成電路器件555，外接定時部件〔電阻和電容〕構(gòu)成。這樣的定時電路簡單，但要改變定時范圍，必須改變電阻和電容，這種定時電路在硬件連接好以后，修改不方便?？删幊潭〞r/計數(shù)器是為了方便微型計算機系統(tǒng)的設(shè)計和應用而研制的，它是硬件定時，又能很容易地通過軟件來確定和改變它的定時值，通過初始化編程，能夠滿足各種不同的定時和計數(shù)要求，因而在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計和應用中得到了廣泛的應用。

2定時器的工作原理8XX51單片機的定時/計數(shù)器T1由存放器TH1,TL1組成，定時/計數(shù)器T0由存放器TH0,TL0組成，它們均為8位存放器，在特殊功能存放器中占地址8AH～8DH。它們用于存放定時或計數(shù)的初始值。此外，內(nèi)部還有一個8位的方式存放器TMOD和一個8位的控制存放器TCON，用于選擇和控制定時/計數(shù)器的工作。定時/計數(shù)器實質(zhì)上是一個加1計數(shù)器，它可以工作于定時方式，也可以工作于計數(shù)方式，兩種工作方式實際都是對脈沖計數(shù)，只不過所計脈沖的來源不同。本次課程設(shè)計主要用到定時功能，在此只介紹定時方式。在定時方式下，C/=0，開關(guān)打向上，計數(shù)器TH0、TL0的計數(shù)脈沖來自振蕩器的12分頻后的脈沖〔〕，即對系統(tǒng)的機器周期計數(shù)，當開關(guān)受控合上時，每過一個機器周期，計數(shù)器TH0,TL0加1，當計滿了預設(shè)的個數(shù)。TH0,TL0回零，置位定時/計數(shù)器溢出中斷標志位TF0〔或TF1〕，產(chǎn)生溢出中斷。

3與定時/計數(shù)器有關(guān)的特殊功能存放器51系列單片機的定時/計數(shù)器為可編程定時/計數(shù)器，在定時/計數(shù)器工作之前，必須將控制命令寫入定時/計數(shù)器的控制存放器，即進行初始化。下面介紹定時/計數(shù)器的方式存放器TMOD及控制存放器TCON。3.1工作方式控制存放器TMOD表3.1定時/計數(shù)器方式控制存放器TMODT1T0TMODGATEC/M1M0GATEC/M1M0GATE為門控位，當GATE=0啟動不受或的控制，當GATE=1啟動受或的控制。C/為外部計數(shù)器/定時器方式選擇位，當C/=0為定時方式，當C/=1為計數(shù)方式。M1M0為工作模式選擇位，其模式與說明如下：M1M0模式說明00013位定時/計數(shù)器高八位TH〔7~0〕+低五位TL〔4~0〕01116位定時/計數(shù)器TH〔7~0〕+TL〔7~0〕1028位計數(shù)初值自動重裝TL〔7~0〕TH〔7~0〕113T0運行，而T1停止工作，8位定時/計數(shù)。3.2定時/計數(shù)器控制存放器TCON表3.2定時/計數(shù)器控制存放器TCONTCONTR1TR0TR0為定時/計數(shù)器0運行控制位，分兩種情況。當GATE=0時，假設(shè)TR0=1，開啟T0計數(shù)工作，假設(shè)TR0=0，停止T0計數(shù)；當GATE=1時，假設(shè)TR0=1且=1時，開啟T0計數(shù)。

4定時/計數(shù)器的工作方式根據(jù)對TMOD存放器中M1和M0的設(shè)定，T0可選擇四種不同的工作方式，而T1只具有三種工作方式〔即方式0、方式1和方式2〕。本次課程設(shè)計采用方式0，即13位定時/計數(shù)器。當TMOD中的M1＝0、M0＝0時，選定方式0工作。方式0時，計數(shù)存放器由13位組成，即THx高八位(作計數(shù)器)和TLx的低5位(32分頻的定標器)構(gòu)成。TLx的高3位未用。計數(shù)時，TLx的低5位溢出后向THx進位，THx溢出后將TFx置位，并向CPU申請中斷。

5程序設(shè)計在原根底上，擴展了開關(guān)控制和頻率選擇功能，程序如下：ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVTMOD,#00H;初始化定時器SETBTR1;啟動定時器SW1:JBP1.1,SW2;檢測開關(guān)是否開啟，開啟那么跳轉(zhuǎn)到SW2CLRP1.0;開關(guān)關(guān)閉，P1.0口輸出低電平WAIT:JNBP1.1,WAIT;等待開關(guān)翻開SW2:JNBP1.2,K1;檢測開關(guān)是否撥到500Hz檔SW3:JNBP1.3,K2;檢測開關(guān)是否撥到1KHz檔SW4:JNBP1.4,K3;檢測開關(guān)是否撥到2KHz檔K1:MOVTH1,#0E0H;裝入500Hz方波的時間常數(shù)MOVTL1,#18HAJMPLOOPK2:MOVTH1,#0F0H;裝入1KHz方波的時間常數(shù)MOVTL1,#0CHAJMPLOOPK3:MOVTH1,#0F8H;裝入2KHz方波的時間常數(shù)MOVTL1,#06HAJMPLOOPLOOP:JNBTF1,LOOP;檢測溢出標記CLRTF1;溢出標記清零CPLP1.0;P1.0端口輸出電平取反AJMPSW1END程序全部編譯后，得到.HEX文件，作為仿真芯片的燒錄文件。

6Proteus仿真本次仿真選用AT89C51單片機，選取單刀多擲開關(guān)和示波器制作仿真。由于在Proteus中，單片機的一些端口已設(shè)置默認值，故無需再外加其他元件。仿真電路如下列圖所示：圖6.1仿真電路當開關(guān)撥到下檔，即程序設(shè)計中的關(guān)閉檔，示波器輸出波形如下列圖所示：圖6.2關(guān)閉檔示波器波形當開關(guān)撥到左下檔，即程序設(shè)計中的500Hz檔，示波器輸出波形如下列圖所示：圖6.3500Hz檔示波器波形當開關(guān)撥到左上檔，即程序設(shè)計中的1KHz檔，示波器輸出波形如下列圖所示：圖6.41KHz檔示波器波形當開關(guān)撥到上檔，即程序設(shè)計中的2KHz檔，示波器輸出波形如下列圖所示：圖6.52KHz檔示波器波形

7心得體會這次單片機原理與應用的課程設(shè)計，題目是單片機產(chǎn)生一個500Hz方波的設(shè)計，經(jīng)過翻閱?單片微型計算機與接口技術(shù)?的課本，以及相關(guān)資料，我確定了程序設(shè)計思路和電路原理圖。這個設(shè)計主要采用AT89C51芯片。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。利用WAVE軟件，通過匯編語言實現(xiàn)對其功能的控制。我再次的翻閱課本及相關(guān)功能的實現(xiàn)程序，最后我寫出了產(chǎn)生500Hz方波的匯編程序，并對其做了功能擴展。接下來就是運行，修改調(diào)試以及Proteus仿真。在程序編譯過程中也出現(xiàn)了些小問題，如漏掉“，〞，指令鍵入錯誤等，但經(jīng)過檢查和修改，終于編譯成功了。在閱讀及學習了Proteus軟件的用法及實例的相關(guān)資料后，通過設(shè)計電路和程序的設(shè)計思路，我做出了仿真電路，經(jīng)仿真后得出了500Hz的方波，在此過程中還擴展了開關(guān)控制及頻率選擇功能，我從中感悟到了擴展的一般思路。通過這次?單片機原理與應用?的課程設(shè)計，我從中不僅學到了生成方波信號的程序設(shè)計原理和根本思路，并且深入了解了AT89C51芯片的編程控制，而且也加深了對理論的認識，進一步理解了匯編語言的指令功能和用法，了解了如何通過程序去控制硬件，通過硬件測試如何發(fā)現(xiàn)問題并通過修改程序而解決問題，更學會了如何通過各種途徑收集資料，從中獲取需要的信息，并為我所用，成為自己的能力，這對于今后的學習還是工作都有著積極的影響。

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