《單片機原理與應用》課程設計---可編程定時計數(shù)器

1、<p><b>　　1 前言</b></p><p>　　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)，如測電機轉速、頻率、工件個數(shù)等。</p><p>　　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。</p><p>　　軟件定時，即讓機器執(zhí)行

2、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。</p><p>　　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。

3、</p><p>　　可編程定時/計數(shù)器是為了方便微型計算機系統(tǒng)的設計和應用而研制的，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)的設計和應用中得到了廣泛的應用。</p><p>　　2 定時器的工作原理</p><p>　　8XX51單片機的定時/計數(shù)器T1由寄存器TH1,TL1組成，

4、定時/計數(shù)器T0由寄存器TH0,TL0組成，它們均為8位寄存器，在特殊功能寄存器中占地址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位的方式寄存器TMOD和一個8位的控制寄存器TCON，用于選擇和控制定時/計數(shù)器的工作。</p><p>　　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。</p

5、><p>　　本次課程設計主要用到定時功能，在此只介紹定時方式。</p><p>　　在定時方式下，C/=0，開關打向上，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。</p>

6、<p>　　3 與定時/計數(shù)器有關的特殊功能寄存器</p><p>　　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)器的控制寄存器，即進行初始化。下面介紹定時/計數(shù)器的方式寄存器TMOD及控制寄存器TCON。</p><p>　　3.1工作方式控制寄存器TMOD</p><p>　　表3.1 定

7、時/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD</p><p>　　T1 T0</p><p>　　TMOD GATE C/ M1 M0 GATE C/ M1 M0</p><p>　　GATE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。</p>

8、<p>　　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。</p><p>　　M1M0為工作模式選擇位，其模式與說明如下：</p><p>　　M1 M0 模式 說明</p><p>　　0 0 0 13位定時/計數(shù)器</p><p>　　高八位TH（7

9、 ~ 0）+ 低五位TL（4 ~ 0）</p><p>　　0 1 1 16位定時/計數(shù)器</p><p>　　TH（7 ~ 0）+ TL（7 ~ 0）</p><p>　　1 0 2 8位計數(shù)初值自動重裝</p><p>　　TL（7 ~ 0） TH（7 ~ 0）</p><

10、p>　　1 1 3 T0運行，而T1停止工作，8位定時/計數(shù)。</p><p>　　3.2 定時/計數(shù)器控制寄存器TCON</p><p>　　表3.2 定時/計數(shù)器控制寄存器TCON</p><p>　　TCON TR1 TR0 </p>

11、<p>　　TR0為定時/計數(shù)器0運行控制位，分兩種情況。當GATE = 0 時，若TR0 = 1，開啟T0計數(shù)工作，若TR0 = 0，停止T0計數(shù)；當GATE = 1 時，若TR0 = 1 且= 1時，開啟T0計數(shù)。</p><p>　　4 定時/計數(shù)器的工作方式</p><p>　　根據(jù)對TMOD寄存器中M1和M0的設定，T0可選擇四種不同的工作方式，而T1只具有三種工作方式

12、（即方式0、方式1和方式2）。</p><p>　　本次課程設計采用方式0，即13位定時/計數(shù)器。</p><p>　　當TMOD中的M1＝0、M0＝0時，選定方式0工作。方式0時，計數(shù)寄存器由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)構成。TLx的高3位未用。</p><p>　　計數(shù)時，TLx的低5位溢出后向THx進位，THx溢出

13、后將TFx置位，并向CPU申請中斷。</p><p><b>　　5 程序設計</b></p><p>　　在原基礎上，擴展了開關控制和頻率選擇功能，程序如下：</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　LJMP MAIN</p><p>　　ORG 0100H</p

14、><p>　　MAIN: MOV TMOD,#00H ;初始化定時器</p><p>　　SETB TR1 ;啟動定時器</p><p>　　SW1: JB P1.1,SW2 ;檢測開關是否開啟，開啟則跳轉到SW2</p><p>　　CLR P1.0 ;開關關閉，P1.0口輸出低電平&l

15、t;/p><p>　　WAIT: JNB P1.1,WAIT ;等待開關打開</p><p>　　SW2: JNB P1.2,K1 ;檢測開關是否撥到500Hz檔</p><p>　　SW3: JNB P1.3,K2 ;檢測開關是否撥到1KHz檔</p><p>　　SW4: JNB P1.4,K

16、3 ;檢測開關是否撥到2KHz檔 </p><p>　　K1: MOV TH1,#0E0H ;裝入500Hz方波的時間常數(shù)</p><p>　　MOV TL1,#18H</p><p>　　AJMP LOOP</p><p>　　K2: MOV TH1,#0F0H ;裝入1KHz方波的時間常數(shù)<

17、;/p><p>　　MOV TL1,#0CH</p><p>　　AJMP LOOP</p><p>　　K3: MOV TH1,#0F8H ;裝入2KHz方波的時間常數(shù)</p><p>　　MOV TL1,#06H</p><p>　　AJMP LOOP</p><p>　

18、　LOOP: JNB TF1,LOOP ;檢測溢出標記</p><p>　　CLR TF1 ;溢出標記清零</p><p>　　CPL P1.0 ;P1.0端口輸出電平取反</p><p><b>　　AJMP SW1</b></p><p><b>　　END&l

19、t;/b></p><p>　　程序全部編譯后，得到.HEX文件，作為仿真芯片的燒錄文件。</p><p>　　6 Proteus仿真</p><p>　　本次仿真選用AT89C51單片機，選取單刀多擲開關和示波器制作仿真。由于在Proteus中，單片機的一些端口已設置默認值，故無需再外加其他元件。仿真電路如下圖所示：</p><p>

20、<b>　　圖6.1 仿真電路</b></p><p>　　當開關撥到下檔，即程序設計中的關閉檔，示波器輸出波形如下圖所示：</p><p>　　圖6.2 關閉檔示波器波形</p><p>　　當開關撥到左下檔，即程序設計中的500Hz檔，示波器輸出波形如下圖所示：</p><p>　　圖6.3 500Hz檔示波器波形&

21、lt;/p><p>　　當開關撥到左上檔，即程序設計中的1KHz檔，示波器輸出波形如下圖所示：</p><p>　　圖6.4 1KHz檔示波器波形</p><p>　　當開關撥到上檔，即程序設計中的2KHz檔，示波器輸出波形如下圖所示：</p><p>　　圖6.5 2KHz檔示波器波形</p><p><b>

22、　　7 心得體會</b></p><p>　　這次單片機原理與應用的課程設計，題目是單片機產(chǎn)生一個500Hz方波的設計，經(jīng)過翻閱《單片微型計算機與接口技術》的課本，以及相關資料，我確定了程序設計思路和電路原理圖。這個設計主要采用AT89C51芯片。</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable

23、and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器。</p><p>　　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。</p><p>　　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“，” ，

24、指令鍵入錯誤等，但經(jīng)過檢查和修改，終于編譯成功了。</p><p>　　在閱讀及學習了Proteus軟件的用法及實例的相關資料后，通過設計電路和程序的設計思路，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控制及頻率選擇功能，我從中感悟到了擴展的一般思路。</p><p>　　通過這次《單片機原理與應用》的課程設計，我從中不僅學到了生成方波信號的程序設計原理和基本

25、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。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><

26、;p>　　[1] 李群芳，張士軍，黃建.單片微型計算機與接口技術（第2版）.北京：電子工業(yè)出版社，2005.1.</p><p>　　[2] 周潤景，張麗娜，劉印群.PROTEUS入門實用教程.北京：機械工業(yè)出版社，2007.9.</p><p>　　[3] 姚燕南，薛鈞義.微型計算機原理與接口技術.北京：高等教育出版社，2004.11.</p><p>　　

27、[4] 朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩，王志奎.Proteus教程—電子線路設計、制版與仿真.北京：清華大學出版社，2008.9.</p><p>　　[5] 毛敏.MCS51系列單片機系統(tǒng)及應用實踐教程.北京：高等教育出版社，2006.7.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本次課程設計中，我從中學到了不少東西，不僅加強