单片机及应用课程设计报告定时器实验.doc
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1、摘要单片机,一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机89C52中有两个16位定时器/计数器,分别为定时器/计数器0和定时器/计数器1,简称为定时器0(T0)和定时器1(T1)。定时器/计数器具有计数和定时功能,拥有4种工作方式,即工作方式03。本次课程设计采用的是定时器0的工作方式2来实现定时功能。利用工作方式2的区
2、别于定时工作方式0和1的自动重新加载功能,循环定时,通过软件和硬件的结合达到定时2秒的目的。在单片机外部接连适当的电路,通过开关按键启停定时功能,通过蜂鸣器响与否判断定时时间到。其中涉及按键的去抖动问题,通过编程实现适当的延时可有效减轻抖动的影响以使观察效果更加明显。关键词 单片机 ,89C52 ,定时器0 ,工作方式2 目 录1 引言11.1 课题意义11.2 设计目的11.3 设计内容11.4 设计方法12 课程设计题目描述和要求22.1 微处理器AT89S52单片机22.2 AT89S52各引脚及功能2 2.3 课题概述8 2.4 系统主要功能83 方案的论证与比较93.1 控制部分的设
3、计方案论证与选择93.2 键盘设计方案与选择103.3 数字显示设计方案与选择104 课程设计报告内容10 4.1 背景知识10 4.1.1相关控制寄存器10 4.1.2 定时器工作方式210 4.2 总体设计 4.3 详细设计 4.3.1 硬件设计 4.3.2 软件设计4.4结果分析总 结11参考文献13附录A:定时器protell DXP原理图附录B:Protues 仿真效果图致谢1 引言1.1课题意义在我们平时的生活中,有许多地方可以看到定时的影子,如手表定时、电脑电视定时、工厂车间零件制作定时等等。定时不仅让我们的生活变得时间化和规律化,也从一定程度上提高了生产力,提高了人民的生活水平
4、。基于单片机的定时,轻巧简便,利于携带和操作,在当今物质文化飞速发展的今天更是必不可少的。所以研究基于单片机的定时器设计很有意义。1.2设计目的通过本次课题设计,应用单片机原理及应用等所学相关知识及查阅资料,完成简易30S定时器的设计,以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。通过本次设计的训练,可以使我在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性和理性上的认识,并具备一定程度的设计能力,分析和解决具体问题的能力,把理论和时间结合起来,也让我感觉到理论也是相当重要,实践总是建立在理论的基础上的;但也是我看到了理论和实践的一些差距,
5、有些东西在实际中不需要考虑,但有的时候也不得不考虑。1.3设计内容(1)本课题以单片机为核心,设计出定时器,具有以下功能:(2)具有30秒定时功能;(3)做时钟时在2位LED 显示器上显示30-00秒,实现到时报警的功能;(4)当按下清零按钮跑表开始倒计时,按下停止按钮停止计时;(5)完成Proteus中的仿真和程序的调试,实现定时功能。1.4设计方法电路采用动态显示,由八位共阳极数码管通过P0口,P2口与单片机分别相连,且数码管A,B,C,D,E,F,G分别依次与单片机的P2口相连,P2口做为字码控制端,数码管的1,2各引脚分别与单片机的P0.0P0.1相连,P0口做为数码管的位控制端,动态
6、显示是每次数码管只显示一位,由于人的视觉停留是0.05到0.2秒之间,当数码管依次点亮各个位时,使循环的频率高于人的视觉停留时间,人们就会认为数码管是同时点亮的,就可以达到动态显示的效果。输入键盘采用独立键盘。采用软件识别键值并执行相应的操作,程序运行时依次扫描各行,查询是否有键按下,如果有则进入键盘识别处理程序,实现相应的运算,然后通过数码管输出结果,如果没有按键就调用显示程序显示一个0,等待按键按下,在进入按键扫描程序。这样循环执行。2 课程设计题目描述和要求2.1微处理器AT89S52单片机AT89S52单片机是低功耗,高性能,采用COMS工艺的8位单片机。其片内具有8KB的可在线编程的
7、Flash存储器。该单片机采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存储器技术,与工业标准型80C51单片机的指令系统和引脚完全兼容;片内的Flash存储器可在线重新编程,或使用通用的非易失性存储器编程器;通用的8位CPU与在线可编程Flash集成在一块芯片上,从而是AT89S52功能更加完善,应用更加灵活;具有较高的性能价格比,使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景。AT89S52单片机具有如下的特征:l 片内存储器包含8KB的Flash,可在线编程,擦写次数不少于1000次;l 具有256字节的片内RAM,具有可编程的32根I/O口线(P0,P1,P2和P3);l 具有3个可编程定时器T0、
8、T1和T2,内含2个数据指针TPTR0和TPTR1;l 中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的中断结构;l 串行通信是一个全双工的UART串行口;l 2个低功耗节电工作方式为空闲模式和掉电模式;l 具有3级程序锁定位,含有1个看门狗定时器,具有断电标志POF;l 工作电源电压为4.0-5.5V,全静态工作模式为0-3MHz2.2 AT89S52各引脚及功能AT89S52具有PDIP,PLCC和TQFP3种封装形式。该设计使用的是PDIP封装,其引脚功能如图3.1所示:图3.1 AT89S52单片机引脚图l VCC:芯片主电源,外接DC5V。GND:芯片地,外接电源地。(1) P0
9、口8位、开漏极、双向I/O口。当用做通用I/O口是,每个引脚可驱动8个TTL负载;当用作输入口时,每个端口首先置1。P0口也可用做访问片外数据存储器和程序存储器时的地8位地址/数据总线的复用口。这种情况下,P0口内含上拉电阻。l P1口8位、双向I/O口,内含上拉电阻。P1口为用户使用的通用I/O口,每个引脚可驱动4个TTL负载。当用做输入时,每个端口首先置1。P1.0和P1.1也用做定时器2的外部计数输入(P1.0/T2)和触发器输入(P1.1/T2EX)。在编程时可作为低字节地址。l P2口8位、双向I/O口,内部具有上拉电阻。P2口可用做通用I/O口,可以驱动4个TTL负载。对P2口各位
10、写入1,可以做位输入。P2口可作为访问外部程序和数据存储器的高8位地址。l P3口8位、双向I/O口,内部含有上拉电阻。P3口用做通用I/O口时,可以驱动4个TTL负载。当用做输入时,要现将P3口各位置1。若外部负载将P3口拉低,则经过上拉电阻向外输出电流。P3口也具有第二功能。如表3.1所示:表3.1 P3口的第二功能引 脚第二功能 功能含义 P3.0 RXD串行数据发送 P3.1 TXD串行数据接受 P3.2 INT0外部中断0申请 P3.3 INT1外部中断1申请 P3.4 T0定时器/计数器0计数输入 P3.5 T1定时器/计数器1计数输入 P3.6 WR外部RAM写选通 P3.7 R
11、D外部RAM读选通l ALE/PROG地址锁存允许/编程脉冲输入在访问外部程序存储器和外部数据存储器时,该引脚输出一个地址锁存脉冲ALE,其下降沿可将低8位地址锁存于片外地址锁存器中,在编程时,向该引脚输入一个编程负脉冲PROG。l PSEN外部程序存储器读选通,低电平有效。当AT89S52执行片外程序存储器的指令代码时,PSEN在每个机器周期内两次有效。在访问外部数据存储器时无效。l EA/Vpp片外程序存储器访问允许。如果EA接地,则单片机只有执行外部程序存储器的指令,地址 0000H-FFFFH。如果EA接Vcc,则单片机执行片内程序存储器的指令(0000H-1FFFH);如果需要,可自
12、动转到执行片外程序存储器的、中的指令(2000H-FFFFH)。l XTAL1和XTAL2XTAL1是片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端,XTAL2是片内振荡器反相放大器的输出端。单片机内部结构图如图3.2所示:图 3.2 AT89S52单片机内部结构框图由图3.2可知,AT89S52单片机由运算器和控制器组成的微处理器、片内存储器RAM/ROM、P0P3组成的I/O端口以及各种存储器组成的特殊功能寄存器SFR和串行接口、定时/计数器、中断系统、振荡器构成。要使单片机转入程序后能够正常工作,单片机外围必须要接相应电路,以构成单片机最小系统。构成单片机最小系统的必备条件为:电源、EA引脚、
13、晶体振荡电路和复位电路。最小系统如图3.3所示:图3.3 单片机最小系统2.3 课题概述在单片机控制应用的定时和计数的需求很多,为此在单片机中都有定时器/计数器。89C52的两个定时器/计数器都是16位加法计数结构。由于在89C52中只能使用8为字节寄存器,所以把两个16位定时器分解为4个8位定时器,依次为TL0、TL1、TH0和TH1。它们均属于专用寄存器之列。单片机的定时功能是通过计数器的计数来实现的,不过此时的计数脉冲来自单片机芯片内部,每个机器周期有一个计数脉冲,即每个机器周期计数器加1。由于一个机器周期等于12个振荡脉冲周期,因此,计数频率为振荡频率的1/12。如果单片机采用12MH
14、z晶振,则计数频率为1MHz,即每微妙计数器加1。这样,在使用定时器是既可以根据计数值计算出定时时间,也可以通过定时时间的要求算出计数器的预置值。要实现定时器的功能,需要用到与定时器/计数器应用有关的控制寄存器,它们分别是:定时器控制寄存器(TCON)、定时器方式选择寄存器(TMOD)、中断允许控制寄存器(IE)。2.4系统主要功能此课题所要设计的系统比较简易,其主要功能是:利用定时器/计数器定时50ms,每到50ms定时计数器变量加1,当变量的值等于20时,定时1S,按下去开始键开始计时,再按下停止则停止计时。另外当定时时间到,蜂鸣器响:本次课程设计设计的是30秒定时器实验,当定时时间到30
15、S蜂鸣器响,能达到定时器实验的目的。3 方案论证与比较3.1控制部分的设计方案论证与选择根据设计要求,控制器主要用于数码管显示的控制和定时时间的处理。对于控制器的选择有以下三种方案。方案一:定时器芯片实现。这种设计方案计算效率高、速度快、而且成本也相对较低,但是元器件难找,显示和键盘部分比较难实现。所以对实现我所要的功能比较麻烦,所以舍弃这个方案。方案二:采用FPGA(现场可编程门阵列)作为系统的控制器。FPGA将所有器件集成到一块芯片上,体积小,节省空间,提高了稳定性;直接面向用户,具有极大的灵活性和通用性,使用方便,硬件测试和实现快捷,开发效率高,工作可靠性好。可以实现各种复杂的逻辑功能,
16、规模大,密度高,采用并行的输入输出方式,系统处理速度高,适合作为大规模实时系统的控制核心。由FPGA本设计对数据处理速度的要求不是很高,FPGA的高速处理的优势得不到充分的体现,由于其集成度高,使其成本偏高,同时由于芯片的引脚较多,实物电路板布线复杂,加重了电路设计和实际焊接的工作。并且FPGA的价格相对较高,性价比太低。方案三、用AT89s52单片机实现。由于单片机集成了运算器电路、控制电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等,所以用单片机设计控制电路省去了很多分立元器件。由于单片机是可编程芯片,并且它可以运用C语言编写,对于一些复杂的计算功能,可以调用C语言库函数。使编
17、写程序变得非常简单。所以该课题用单片机实现,不仅功能易于实现,而且精确度高,稳定性好,抗干扰能力强。并且由于其成本低、体积小、技术成熟和功耗小等优点,且技术比较成熟。性价比也相当高。更重要的是本人经过两年年的学习,对单片机已有深刻的理解,并且可以灵活运用。综上所述,并通过各个方面综合比较为达到最佳效果。我们采用方案三利用单片机控制器。3.2键盘设计方案与选择 方案一:独立键盘。独立键盘为一端接地,另一端接I/O口,并且要接上拉电阻。这种键盘的硬件都很容易实现,但每一个按键就要用一个I/O口,非常的浪费单片机的I/O口资源。方案二:自制编码键盘。这个得使用编码器,译码器,元器件也很难找,且增加了
18、不必要的麻烦,舍弃这个方案; 方案三:4*4矩阵式键盘。这种键盘的硬件简单,使用的I/O口也不多,而且这种键盘的编程方法已很成熟。所以本次设计所需要的键盘比较少,所以采用这种独立式键盘。3.3数字显示设计方案与选择方案一:采用数码管显示:数码管价格便宜,适合于比较单一的数值显示,对于比较简单的数值显示可以采用此方案;方案二:LCD显示:LCD显示占用的I/O口比较少,能显示的内容比较丰富,且耗能能比较少,但是价格比较贵,对一般的设计没有太大的必要。由于本次设计的显示部分比较单一,且显示的数值比较少,所以选择方案一。4 课程设计报告内容4.1 背景知识4.1.1 相关控制寄存器在89C52中,与
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