百位（开关）计数器课程设计报告.doc

课 程 设 计 任 务 书学 院信息科学与工程专 业测控技术与仪器学生姓名李晗学 号1003020107设计题目百位（开关）计数器内容及要求：keil c程序设计是测控技术与仪器专业的专业基础课。本设计是对该课程综合应用能力的检验，在鼓励学生熟悉基本原理的前提下，注重与实际应用相联系，提出自己的方案，完善设计。1、熟悉单片机及被控对象的工作原理； 2、提出可行设计方案；3、根据方案设计硬件电路、绘制电路原理图；4、软件编程并调试；5、系统调试；5、完成课程设计报告。进度安排：第18周（2012年12月29日-2013年1月7日）：布置设计任务，查资料，完成总体方案设计，系统硬件电路设计，系统软件编写并调试，验收答辩。指导教师（签字）2012年11月24日学院院长（签字）2012年11月24日摘 要 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本课程设计报告主要介绍了一个基于89C51单片机的开关计数的设计，详细描述了利用开关计数系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统实现计数和显示，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点。关键词：单片机89C51;开关;开关计数器。目录1.设计背景41.1课题背景41.2设计内容52系统总体设计53.硬件系统介绍53.1 80C51单片机的介绍53.1.1 80C51单片机主要特性73.1.2 80C51单片机管脚图73.1.3 80C51单片机的中断系统104硬件电路设计114.1开关计数电路硬件设计114.1.1晶振电路114.1.2显示器124.1.3操作电路124.1.4总电路图135.主要元器件136软件编程137调试178设计总结179.参考文献18引言计数是一种最简单的基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量，计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制中对指令的地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算中做乘法，除法运算时记下加法，减法的次数。计数器可以用来显示产品的工作状态，计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频，定时，产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等，但是并无法显示计算结果，一般是通过外接LED或LCD才能显示，随着科学技术的不断提高，计数器的计数范围也越来越大。计数器的产生意义重大，在人类文明的进步过程中是不可缺少的。1.设计背景1.1课题背景 随着计数器技术的不断发展与进步，计数器的种类越来越多，应用的范围越来越广，随之而来的竞争也越来越激烈。过硬的技术也成为众多生产厂商竞争的焦点之一。厂商为了在竞争中处于不败之地，从而不断地改进技术，增加产品的种类。现计数器的种类以增加到：电磁计数器、电子计数器、机械计数器（拉动机械计数器、转动机械计数器、按动机械计数器、测长机械计数器）、液晶计数器等。 计数器的应用范围也遍布印刷、纺织、印染、针织、电缆、电讯、军工、轻工、机械、开关、断路器、矿山、实行多班制的纺织行业的织布机、织带机、制线、制带、造纸、制革、薄膜、高压开关电器产品、试验设备，印刷设备、短路器、医疗、纺织、机械、仓库和码头的货运、行人及车辆过往的数量计数、冶金、食品、国防、包装、配料、石油、化工、发电、机床、仪表、自动化控制等行业。1.2设计内容 1.利用开关的闭合和断开进行计数（计数范围：0-99），将计数值准确显示出来 2.用光电管用来检测是否有物体经过，数码管显示光电管检测到物体的数量，数值可设置，本设计设定为09999，上电显示初始值0000，计数上限为9999。用显示屏准确记录数值的变化。2系统总体设计 主电源数值显示89C51主控制器根据设计内容，开关计数器系统可以分为手动对信号输入端的输入，数码管显示和清零模块。具体模块有主电源模块，手动操作模块，计数值显示，晶振模块。系统总体设计框图如图所示晶振电路手动操作开关计数系统框图3.硬件系统介绍3.1 80C51单片机的介绍80C51单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是Intel 公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的。80C51有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。80C51的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。【3】 80C51单片机的基本组成框图见图3-1。【3】图3-1 80C51单片机结构由图3-1可见，8051单片机主要由以下几部分组成：cpu系统 8位cpu，含布尔处理器； 时钟电路； 总线控制逻辑。存储器系统 4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可外扩至64KB）； 128字节的数据存储器（RAM，可再外扩64KB）； 特殊功能寄存器SFR。I/O口和其他功能单元 4个并行I/O口； 2个16位定时计数器； 1个全双工异步串行口； 中断系统（5个中断源，2个优先级）。3.1.1 80C51单片机主要特性1. 一个8 位的微处理器(CPU)。2. 片内数据存储器RAM(128B)，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。3. 片内程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。4. 四个8 位并行IO 接口P0P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。5. 两个定时器计数器，每个定时器计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。7. 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行IO 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。3.1.2 80C51单片机管脚图图3-2 80C51单片机管脚图部分引脚说明：时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2：XTAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；在8051 片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。要检查8051/8031 的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脉冲信号输出。XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。控制信号引脚RST,ALE,PSEN 和EA：RST/VPD(9 脚)：RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将5V 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fOSC 的1/6。CPU 访问片外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。平时不访问片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲，因而ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。此引脚的第二功能PROG 在对片内带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出EPROMROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROMROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。EA/Vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA 引脚接地。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12V21V)的输入端。输入/输出端口P0/P1/P2/P3：P0口(P0.0P0.7，3932 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 访问片外存储器时，P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。P1口(P1.0P1.7，18 脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。P2口(P2.0P2.7，2128 脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。P3口(P3.0P3.7，1017 脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：P3.0：(RXD)串行数据接收。P3.1：(RXD)串行数据发送。P3.2：(INT0#)外部中断0输入。P3.3：(INT1#)外部中断1输入。P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。P3.6：(WR#)外部数据存储器写选通。P3.7：(RD#)外部数据存储器读选通。3.1.3 80C51单片机的中断系统80C51系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应中断请求；由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。3.1.4 80C51单片机的定时/计数器在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。80C51单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：T0和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，T1还4硬件电路设计4.1开关计数电路硬件设计4.1.1晶振电路晶振电路由2个电容，1个晶振组成，如下图所示。 晶振电路单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。单片机晶振有2个电容的作用：这2个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的2个脚上和对地的电容，一般在几十皮法。它会影响到晶振的振谐频率和输出幅度。晶振的负载电容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C。4.1.2显示器显示电路图4.1.3操作电路 操作电路图4.1.4总电路图开关计数总电路图5.主要元器件表1元件清单元件序号型号主要参数数量备注芯片U1AT89C5112MHz1晶振CRYSTAL12MHz1电阻阻排R1DIGITAL10KRESPACK-81/1电容CAP1030PF3开关BUTTON无3清零，计数电源，地POWER,GND1/1显示器LCD1.5V,10MA26软件编程#include <reg51.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbitSEG_1=P20; sbitSEG_2=P21;sbitSEG_3=P22;sbitSEG_4=P23;sbit t0=P34;ucharCount_TAB=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66, 0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F, 0x77,0x7b,0x39,0x5e,0x79,0x73;int count=0;void delay(int n)uchar j=0;uint k=0;for(j=0;j<100;j+)for(k=n;k>0;k-);void display(uint temp)/4位数码管循环显示 int ge,shi,bai,qian;qian=temp/1000;bai=temp%1000/100;shi=temp%100/10;ge=temp%10;SEG_1=0;SEG_2=0;SEG_3=0;SEG_4=0;SEG_1=1;P0=Count_TABqian;delay(10);SEG_1=0;SEG_2=1;P0=Count_TABbai;delay(10);SEG_2=0;SEG_3=1;P0=Count_TABshi;delay(10);SEG_3=0;SEG_4=1;P0=Count_TABge;delay(10);SEG_4=0;void main() P0 = 0x00;P2 = 0x00;P3=0xff;t0=1; TMOD = 0x06;TH0 = TL0 = 256 - 1 ;ET0 = 1;EX0 = 1;EX1 = 1;EA = 1;IP = 0x02;IT0 = 1;IT1 = 1;TR0 = 1; while(1)display(count); void Key_Counter() interrupt 1 EA=0;TR0=0; count =(count + 1 ); if(count=9999)count=0; TH0=0XFF;TL0=0XFf;TR0=1;EA=1; 7调试在keilc文件中输入软件程序，编译看程序是否出错，一般可出现语句，逻辑，时序等常见错误，待修改编译成功后，生成hex文件。在proteus界面中双击AT89C51单片机将生成的hex文件导入，编译，仿真。8设计总结开关计数器，是我做出的第一个具有实际功能的系统，刚拿到题目是感觉系统很复杂，很难入手。我们从功能出发，由简到繁，逐渐增加功能，确定实际方案。然后利用软件Proteus进行电路仿真，调试。总结本文的研究工作，主要做了下面几点较突出的工作：一、通过查阅大量的相关资料，大体了解了开关计数原理，明确了研究目标。二、文章给出了系统具体的硬件设计方案,硬件结构电路图。四、在这次课程设计的过程中学会了 Protel 99se 的基本使用，感到Protel 99se 对本专业的同学来说是一门很有用的课程。五、通过这次课程设计，让我进一步学习了MCS-51；熟练掌握了WORD软件的使用。9.参考文献1.51单片机C语言应用开发技术大全龙脉工作室刘坤、宋戈、赵红波、张宪栋编著，人民邮电出版社2.51单片机应用设计与仿真基于Keil与Proteus丁明亮、唐前辉 主编，北京航空航天大学出版社3.单片机原理与应用及C51程序设计唐颖主编，北京大学出版社黄正谨 综合电子设计与实践.东南大学出版社2002