定時與計數(shù)演示燈課程設計

1、<p>　　課 程 設 計 說 明 書</p><p>　　課程名稱： 《單片機技術》 </p><p>　　設計題目： 定時與計數(shù)演示燈設計 </p><p>　　院 系： 電子信息與電氣工程學院 </p><p>　　學生姓名：

2、 </p><p>　　學 號： </p><p>　　專業(yè)班級：電氣工程及其自動化2010級 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2013 年 05 月 17 日</p>&l

3、t;p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p>　　定時與計數(shù)演示燈設計</p><p>　　摘 要：本系統(tǒng)以AT89S52為核心，由時鐘電路，復位電路，電源電路等組成，實現(xiàn)了定時與計數(shù)的功能，其中電源電路由一個橋堆2W10，一個穩(wěn)壓管7805，若干電容，一個發(fā)光二極管等組成，它位單片機提供正常工作所需要的5伏電壓；復位電路由一個按鍵，一個1K的電阻和電容組成，它主要是系統(tǒng)

4、進入正常的初始化，時鐘電路有兩個33pF的電容和一個頻率為11.0952MHz的晶振組成，它主要用于產生單片機工作室所必須的控制信號。軟件部分主要是控制單片機工作的程序，它是由匯編語言編寫，由keil軟件編譯,最后將程序導入單片機，由proteus仿真。該演示燈顯示了定時與計數(shù)的功能。</p><p>　　關鍵詞： 定時器；計數(shù)器；電源電路；時鐘電路；復位電路 </p><p><

5、b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設計背景……………………………………………………………………1</p><p>　　2.設計方案……………………………………………………………………2</p><p>　　2.1整體方案的選擇…………………………………………………………2</p><p>　　2.2總體設

6、計框圖……………………………………………………………2</p><p>　　3.方案實施………………………………………………………………………3</p><p>　　3.1硬件設計………………………………………………………………3</p><p>　　3.2軟件設計…………………………………………………………………5</p><p>　　3.

7、3電路仿真…………………………………………………………………8</p><p>　　3.4實物制作…………………………………………………………………9</p><p>　　4.結果與結論…………………………………………………………………10</p><p>　　4.1結果………………………………………………………………………10</p><p&g

8、t;　　4.2結論………………………………………………………………………10</p><p>　　5.收獲與致謝…………………………………………………………………11</p><p>　　6.參考文獻……………………………………………………………………12</p><p>　　附錄1……………………………………………………………………………13</p>

9、<p>　　附錄2……………………………………………………………………………14</p><p>　　附錄3……………………………………………………………………………15 </p><p><b>　　1.設計背景</b></p><p>　　在當今社會飛速發(fā)展的格局下，廠家基本采用流水線技術進行產品生產作業(yè)，而怎

10、樣對其線上的產品進行實時的，有效率的，精確地的自動定時計數(shù)成為各大廠家十分關注的問題。傳統(tǒng)的機械式或電子式定時計數(shù)器（主要是用數(shù)字電路集成組件組成）電路比較復雜，元器件數(shù)量較多，故障率較高，維修比較困難，而且設置預定數(shù)值比較方便，功能不易修改且功能過于單一，適用范圍較窄。而基于單片機為核心控制的定時計數(shù)器有著能準確，實時,可靠，穩(wěn)定等技術優(yōu)點已成為廣大廠家的首選自動計數(shù)裝置。</p><p>　　單片機又稱單片微

11、控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。 單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等。只有在單片機（Microcontroller)出現(xiàn)后，計算機才真

12、正地從科學的神圣殿堂走入尋常百姓家，成為廣大工程技術人員現(xiàn)代 化技術革新，技術革命的有利武器。目前，單片機在民用和工業(yè)測控領域得到最廣泛的應用。彩電，冰箱，空調，錄像機，VCD，遙控器，游戲機,電飯煲等無處不見單片機的影子，單片機早已深深地溶入我們每個人的生活之中。單片機能大大地提高這些產品的智能性，易用性及節(jié)能性等主要性能指標，給我們的生活帶來舒適和方便的同時，在工農業(yè)生產上也極大地提高了生產效率和產品質量。單片機按用途大體上可分為兩

13、大類：1.通用型單機 2.專用型單片機專用型單片機是指用途比較專一，出廠時程序已經一次性固化好，不能再修</p><p>　　基于上述因素本設計完成了一種以單片機為核心的一款的定時與計數(shù)的設計，它能實現(xiàn)定時與計數(shù)的功能。</p><p><b>　　2.設計方案</b></p><p>　　2.1 整體方案的設計</p><

14、p>　　方案一:利用單片機內部定時計數(shù)器 。AT89S52定時計數(shù)的工作方式有四種，方式0最長的可定時16.384ms,方式1可定時的最長時間為131.072ms,方式3最長定時時間為512us,由于T0設定為定時方式，且定時時間為50ms，綜合比較，T0工作在方式1，由于T1初始值為100，故其工作在方式2比較合適。</p><p>　　方案二：軟時鐘程序設計方法1——0.05s計數(shù)法。0.05s計數(shù)法的

15、基本原理如下，通過設置定時計數(shù)器1每經過0.05s請求一次中斷，中斷處理程序會令軟時鐘的基準0.05s單元增加1，而該單元每增加200次，再令軟時鐘的秒單元增加1。</p><p>　　方案三：中斷周期累加法。方案三和方案二的程序結構是完全相同的，只是在對秒以下時間的處理上有所不同。</p><p>　　以上三個方案均可，但由于方案二和方案三軟件設計過于復雜，而方案一軟件較為設計簡單，原理

16、易懂，故選擇方案一。</p><p>　　2.2 總體設計框圖</p><p>　　圖2.1 總體設計框圖</p><p>　　該方案由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件包括電源電路，復位電路，時鐘電路，發(fā)光二極管組四部分組成，如上圖所示。</p><p><b>　　3.方案實施</b></p><p

17、>　　3.1 硬件設計 </p><p><b>　　1.時鐘電路</b></p><p>　　單片機時鐘電路有兩種方式，一種為內部時鐘方式，一種為外部時鐘方式。本電路采內部時鐘方式。</p><p>　　AT89S52內部有一個用于構成振蕩器的

18、增益反響放大器，它的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為XTAL2，這兩個引腳接石英晶體和微調電容，構成一個穩(wěn)定的自己振蕩器，電路中的電容C1和C2典型值通常選用33PF，該電容會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定和起陣的快速性，晶體振蕩器的范圍通常是在1.2到12MHz,晶體的頻率越高，系統(tǒng)時鐘頻率越高，單片機的運行速度越快，晶體和電容應盡可能安裝的靠近些，以減少寄生電容，更好的保證震蕩期穩(wěn)定，可靠地工作，為了提高溫度穩(wěn)定性，應采用溫

19、度性能好的電容，該電路的晶振大小為11.0592MHz，時鐘電路圖如下：</p><p>　　圖3.1 時鐘電路圖</p><p><b>　　2.復位電路</b></p><p>　　AT89S52的復位由外部的復位電路實現(xiàn)的，復位電路通常采用自動復位和手動復位兩種方式。本電路為按鍵手動復位，按鍵手動復位是通過RST端京電阻與電源VCC接通

20、來實現(xiàn)，具體圖如下所示，其中R為1K歐，電容大小為22uf。</p><p>　　圖3.2 復位電路圖</p><p>　　由于6MHz晶振的機器周期是2us，要想復位成功，至少要提供兩個周期也就是4us的高電平。要用到的11.0592MHz晶振的機器周期約為1us，要想在此晶振下正常復位，需提供至少兩個機器周期，也就是約2us的高電平，由于4us>2us故6MHz的晶振復位電路各

21、參數(shù)肯定能在11.0592MHz下使用，故上面的參數(shù)也適合于11.0592MHz的晶振電路。</p><p><b>　　3.電源電路</b></p><p>　　電源電路為電路的工作提供合適的電源。經過變壓器降壓后的交流電通過橋堆2W10的整流變?yōu)橹绷麟?，電容C3起到濾掉諧波分量、改善穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應的作用,前級輸入通過三端穩(wěn)壓器7805后輸出+5伏電壓，D2(LE

22、D)作為電源的指示燈，R3作為限流電阻防止發(fā)光二極管電流過大被燒壞。此電源電路為電路提供+5伏的工作的電壓。電源電路圖如下：</p><p>　　圖3.3 電源電路圖</p><p><b>　　4.LED電路</b></p><p>　　T0設置為定時方式，T1設置為計數(shù)方式。T0定時時間為50ms，計滿產生的輸出信號由P1.7口LED顯示

23、,P1.7端口的燈點亮熄滅交替，周期為10s,同時，P1.7口信號輸入到T1作為T1的計數(shù)輸入脈沖。計滿輸出信號由P1.0口LED顯示，因此P1.0端口的燈點亮熄滅交替。 LED電路圖如下： </p><p>　　圖3.4 LED電路圖</p><p><b>　　3.2 軟件設計</b></p><p>　　1.Keil軟件介紹</p

24、><p>　　Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫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）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系

25、統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。 </p><p><b>　　2.軟件設計分析</b></p><p>　　AT89S52定時計數(shù)的工作方式有四種，方式0最長的定時16.384ms,方式1可定時的最長時間為131.072ms,方式3最長定時時

26、間為512us,由于T0設定為定時方式，且定時時間為50ms，綜合比較，T0工作在方式1，由于T1初始值為100，故其工作在方式2比較合適。T0定時時間為50ms，計滿產生的輸出信號由P1.7口LED顯示。同時，將該信號輸入到T1作為T1的計數(shù)輸入脈沖T1初始值為100，則計滿所需時間為50msX2X100，即10s，計滿輸出信號由P1.0口LED顯示，因此P1.0端口的燈點亮熄交替。</p><p><b

27、>　　3.局部流程圖</b></p><p>　　圖3.5 局部流程圖</p><p>　　4.總程序流程圖 </p><p>　　圖3.6 程序流程圖</p><p><b>　　5.程序</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b>

28、;</p><p><b>　　LJMP MAIN</b></p><p><b>　　ORG 000BH</b></p><p>　　LJMP ITOP0</p><p><b>　　ORG 001BH</b></p><p>　　LJMP ITOP1

29、</p><p><b>　　ORG 0100H</b></p><p>　　MAIN:MOV SP,#60H</p><p>　　LCALL PTOM</p><p>　　HERE:LJMP HERE</p><p>　　PTOM:MOV TMOD,#61H ；T1為方式2計數(shù)器，T0為方

30、式1定時器</p><p>　　MOV TL0,#0B0H ；T0置初值</p><p>　　MOV TH0,#3CH</p><p>　　SETB TR0 ；啟動T0</p><p>　　SETB ET0 ；允許T0</p><p>

31、　　SETB TR1 ；啟動T1</p><p>　　SETB ET1 ；允許T1</p><p>　　MOV TH1,#9CH ；T1置初值</p><p>　　MOV TL1,#9CH</p><p><b>　　CLR P1.0</b&

32、gt;</p><p><b>　　SETB P1.7</b></p><p>　　SETB EA ；CPU開放中斷</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　ITOP0:MOV TL0,#0B0H ；重新給T0置初值</p>

33、;<p>　　MOV TH0,#3CH</p><p>　　SETB P1.7 ；產生下降沿，為T1提供計數(shù)輸入脈沖</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR p

34、1.7</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　ITOP1:CPL P1.0</p><p><b>　　RETI</b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　3

35、.3 電路仿真</b></p><p>　　在硬件電路和軟件程序設計好后，需要對其進行軟件仿真，仿真需要proteus和keil兩個軟件，由于之前沒用過這兩個軟件，剛開始不知道如何運用，之后在網上下載了這兩個軟件，并且下載了相關的教學視頻，經過仔細的學習之后，終于學會了如何運用軟件，在仿真過程中proteus和keil 這兩個軟件的作用是不同的，其中硬件電路是畫在proteus中的，在該軟件中按照設計

36、的硬件電路找到相應的元件并按照硬件電路連接起來，連接完后，向單片機導入設計的軟件電路，這就需要利用keil軟件對設計的程序進行編譯，剛開始利用keil進行編譯后，發(fā)現(xiàn)有許多錯誤，經過仔細檢查后終于修改正確，并導入到了單片機，并得到了正確的仿真。電路仿真圖如下：</p><p>　　圖3.7 電路仿真圖</p><p>　　3.4 實物制作 </

37、p><p>　　通過系統(tǒng)的軟件和硬件的調試，排除了軟件中部分不正確的程序，為后面硬件的連接奠定了基礎，仿真調試完成后，在仿真軟件上實現(xiàn)了所需的設計要求后，之后進行硬件調試，實現(xiàn)了設計要求。在電路焊接的過程中應注意以下事項：</p><p>　　1.焊接時，要使焊點周圍都有錫，將其牢牢焊住防止虛焊。</p><p>　　2.焊接時，注意極性電容的極性。</p>

38、<p>　　3.在焊接時，不要把芯片插入底座中焊，防止燒壞。</p><p>　　4.晶振在焊接時應盡量與單片機靠近。</p><p><b>　　4. 結果與結論</b></p><p><b>　　4.1 結果</b></p><p>　　經過兩個星期的努力，終于完成了定時與計數(shù)顯

39、示燈的設計，當接好電源后，與相連的發(fā)光二極管以五十秒的間隔不停地閃爍，與相連的的發(fā)光二極管每隔十秒交替閃爍，在此過程中其余六個燈一直保持點亮，當按下復位鍵后，八個燈全部點亮，故其實現(xiàn)了定時與計數(shù)的功能，如附錄2所示。</p><p><b>　　4.2 結論</b></p><p>　　本設計采用所選用的硬件和軟件方案，設計了一款定時與計數(shù)顯示燈，它能完成定時與計數(shù)的

40、功能，單片機P1端口接8只LED，T0設置為定時方式，T1設置為計數(shù)方式。T0定時時間為50ms，計滿產生的輸出信號由P1.7口LED顯示。同時，將該信號輸入到T1作為T1的計數(shù)輸入脈沖。T1初始值為100，則計滿所需時間為50ms×2×100，即10s，計滿輸出信號由P1.0口LED顯示，因此P1.0端口的點亮熄滅交替。</p><p><b>　　5. 收獲與致謝 </b&

41、gt;</p><p>　　通過本次為期兩周的課程設計，使我收獲頗豐，首先我對單片機的中斷以及定時都有了更深的理解，同時還學會了proteus和keil的運用，為以后的學習也奠定了一個良好的基礎，當然我也學會了團隊協(xié)作的精神，這對以后的工作也有很大的幫助，這次課程設計是本科階段一個非常重要的鍛煉機會，獲益匪淺。</p><p>　　在這次課程設計中非常感謝李紅安和段德功老師的悉心指導，在x

42、x老師的指導下我們遇到的難題都一一解決，最終課程設計非常順利的完成。</p><p><b>　　6. 參考文獻</b></p><p>　　[1] 張毅剛. 單片機原理及應用.北京：高等教育出版社，2009.1</p><p>　　[2] 徐愛鈞. 智能化測量控制儀表原理與設計.北京：北京航空航天大學出版社，2007.8</p>

43、<p>　　[3] 于永，戴佳，常江. 51單片機實例精講.北京：電子工業(yè)出版社，2006.4</p><p>　　[4] 趙亮，侯國瑞. 單片機C語言編程與實例.西安：人民郵電出版社，2003.</p><p>　　[5] 朱宇光. 單片機應用新技術教程.西安：電子工業(yè)出版社，2004. </p><p>　　[6] 李華. MCS-51系列單片機實

44、用接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1993</p><p>　　[7] 胡漢才. 單片機原理及接口技術[M].北京：清華大學出版社，1996</p><p>　　[8] 張毅剛. 單片機與應用技術[M].北京：高等教育出版社，2004</p><p>　　[9] 張毅剛. 8089單片機應用設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，1993</p>

45、<p>　　[10] 何為民. 低功耗單片微機系統(tǒng)設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1994</p><p><b>　　附錄1 </b></p><p>　　電路原理圖 </p><p>　　附圖1.1 電路原理圖</p><p><b>　　附錄2

46、 </b></p><p><b>　　系統(tǒng)實物圖</b></p><p>　　附圖2.1 定時工作模式圖 </p><p>　　附圖2.2 計數(shù)工作模式圖 </p><p><b>　　附錄3 </b>