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哈尔滨华德学院毕业设计(论文)-摘 要在当今社会飞速发展的格局下,越来越多的流水线上的产品和各种商业场合的人员需要进行计数。基于单片机构成的计数器有直观和计数精确等优点,目前已在各种行业中普遍使用。计数器是一个用以实现计数功能的时序部件,它不仅可用来计数,还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。本设计采用AT89C52单片机为核心,阐述了系统工作原理,给出了软件流程。关键词:计数器;单片机;工作原理;流程 哈尔滨华德学院毕业设计(论文)-I-AbstractIn todays society under the pattern of rapid development, more and more on the lines of products and various business settings need to automatically count. MCU-based products pose a direct and automatic counters have the advantage of accurate count, is already in the Species commonly used in industry.To counter is a function of the temporal component count, it not only can be used to count, also used as digital system, frequency and execution timing digital computing, and other special logic function. Have designed that the monolithic machine is core originally adopt AT89C51. Keywords: Counting; SCM;Working principle;Technological process 哈尔滨华德学院毕业设计(论文)-II-目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景及目的和意义 .11.1.1 课题背景 .11.1.2 课题的目的和意义 .11.2 数字单片机技术的发展 .21.2.1 内部结构的进步 .21.2.2 功耗、封装及电源电压的进步 .21.2.3 工艺上的进步 .31.3 课题研究的主要工作 .3第 2 章 89C51 单片机及芯片介绍 .42.1 MCS-51 系列单片机简介 .42.2 单片机组成 .52.2.1 运算器(ALU)的主要功能 .52.2.2 控制器 .52.2.3 存储器 .62.3 单片机指令系统 .62.4 单片机定时系统 .72.5 时钟电路与复位电路 .72.5.1 时钟电路 .72.5.2 基本时序单位 .82.5.3 复位电路 .82.6 单片机中断系统 .82.7 AT24C02 芯片介绍 .92.7.1 管脚配置 .92.7.2 功能描述 .92.7.3 管脚描述 .102.7.4 存储结构与寻址 .11本章小结 .11第 3 章 89C51 单片机及芯片介绍 .12哈尔滨华德学院毕业设计(论文)-III-3.1 最小系统设计 .123.2 LED 显示电路 .153.3 电路总图 .17本章小结 .18第 4 章 计数器的软件设计 .194.1 系统软件流程图设计 .194.2 程序设计 .20本章小结 .27第 5 章 软件介绍 .285.1 keil 软件介绍 .285.2 protel 软件简介 .29本章小结 .30结 论 .31致 谢 .32参考文献 .33附录 1 译文 .34附录 2 英文参考资料 .36哈尔滨华德学院毕业设计(论文)-0-第 1 章 绪论1.1 课题背景及目的和意义1.1.1 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。 1.1.2 课题的目的和意义这次毕业设计通过对相关知识的学习、应用,学习时序电路的设计、仿真和硬件测试。整个系统用 MCS-51 系列单片机作为控制器,设计一个双向计数与显示系统,计数后能将计数值准确显示出来,并且有记忆数值和清零功能,技术范围:-999999。目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能 IC 卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此,单片机的学习、开发哈尔滨华德学院毕业设计(论文)-1-与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。它的应用,首先应是它的控制功能,即在于实现计算机控制。在线控制应用方面,因单片机有体积小、功耗小、成本低、价格低廉以及控制功能强等特点,可以满足大多数应用系统的要求。本课题的意义在于通过设计和制作本课题把在学校学习到的知识融会贯通并应用到实际当中,做到学有所成,学有所用。1.2 数字单片机技术的发展1.2.1 内部结构的进步单片机在内部已集成了越来越多的部件,这些部件包括一般常用的电路,例如:定时器,比较器,A/D 转换器,D/A 转换器,串行通信接口,Watchdog电路,LCD 控制器等。有的单片机为了构成控制网络或形成局部网,内部含有局部网络控制模块CAN。例如,Infineon 公司的 C 505C,C515C,C167CR,C167CS-32FM,81C90。因此,这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制,系统较为复杂时,构成一个控制网络十分有用。 为了能在变频控制中方便使用单片机,形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路,这些单片机有 Fujitsu 公司的 MB89850 系列、MB89860 系列;Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24 等。在这些单片机中,脉宽调制电路有 6 个通道输出,可产生三相脉宽调制交流电压,并内部含死区控制等功能。特别引人注目的是:现在有的单片机已采用所谓的三核(TrCore)结构。这是一种建立在系统级芯片(System on a chip)概念上的结构。这种单片机由三个核组成:一个是微控制器和 DSP 核,一个是数据和程序存储器核,最后一个是外围专用集成电路(ASIC)。这种单片机的最大特点在于把 DSP 和微控制器同时做在一个片上。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有 Infineon 公司的TC10GP;Hitachi 公司的 SH7410,SH7612 等。1.2.2 功耗、封装及电源电压的进步哈尔滨华德学院毕业设计(论文)-2-现在新的单片机的功耗越来越小,特别是很多单片机都设置了多种工作方式,这些工作方式包括等待,暂停,睡眠,空闲,节电等工作方式。现在单片机的封装水平已大大提高,随着贴片工艺的出现,单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现,以大量减少体积。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前,一般单片机都可以在 3.35.5V 的条件下工作。而一些厂家,则生产出可以在2.26V 的条件下工作的单片机。1.2.3 工艺上的进步现在的单片机基本上采用 CMOS 技术,但已经大多数采用了 0.6?m 以上的光刻工艺,有个别的公司,如 Motorola 公司则已采用 0.35?m 甚至是 0.25?m技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。1.3 课题研究的主要工作要求:1.整个系统有较强的抗干扰能力。2.计数范围:-999999。3.将计数值准确显示出来。应解决的问题:基于单片机构成的产品自动计数器研究的主要内容包括:如果构成检测电路、MCS-51 单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、LED 显示驱动模块的选择、MCS-51 单片机的扩展。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高 MCS-51 单片机的抗干扰能力以及稳定性。第 2 章 89C51 单片机及芯片介绍哈尔滨华德学院毕业设计(论文)-3-2.1 MCS-51系列单片机简介8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品,以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是 8 位数据宽度的处理器,能处理 8 位二进制数据或代码,CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的 RAM 只有 128 个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。图 2-1 8051 内部结构图8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格;有两个 16 位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3),用于对外部数据的传输;内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。哈尔滨华德学院毕业设计(论文)-4-图 2-2 MCS-51 结构图2.2 单片机组成51 单片机内部有一个 8 位的 CPU,同时 CPU 内部包含了运算器,控制器及若干寄存器。2.2.1 运算器(ALU)的主要功能运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作的。主要包括算术逻辑运算单元 ALU、累加器 A、寄存器 B、位处理器、程序状态字寄器器 PSW 以及 BCD 码修正电路等。算术逻辑运算单元 ALU 的功能十分强,不仅可对 8 位变量进行循环、逻辑“与”、“或”、“异或”、求补和清零等基本操作,还可以进行加、减、乘、除等基本算术运算。2.2.2 控制器控制器是 CPU 的神经中枢,它包括程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器 IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及时序控制逻辑电路。哈尔滨华德学院毕业设计(论文)-5-程序计数器 PC 是由 16 位寄存器构成的计数器,是一个独立的计数器,存放着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。当单片机开始执行程序时,给 PC 装入第一条指令所在地址,它每取出一条指令(如为多字节指令,则每取出一个指令字节),PC 的内容就自动加 1,以指向下一条指令的地址,使指令能顺序执行。只有当程序遇到转移指令、子程序调用指令,或遇到中断时(后面将介绍),PC 才转到所需要的地方去。指令寄存器 IR 用来存放指令操作码的专用寄存器。执行程序时,首先进行程序存储器的读指令操作,也就是根据 PC 给出的地址从程序存储器中取出指令,并送指令寄存器 IR,IR 的输出送指令译码器;然后由指令译码器对该指令进行译码,译码结果送定时控制逻辑电路。定时控制逻辑电路根据指令的性质发出一系列的定时控制信号,控制单片机的各组成部件进行相应的工作,执行指令。条件转移逻辑电路主要用来控制程序的分支转移。2.2.3 存储器存储器是单片机的又一个重要组成部分,存储器中每个存储单元可存放一个八位二进制信息,通常用两位 16 进制数来表示,这就是存储器的内容。分为程序存储器数据、数据存储器、特殊功能寄存器。2.3 单片机指令系统单片机之所以能自动地进行运算和控制,正是由于人把实现计算和控制的步骤一步步地用命令的形式,即一条条指令预先存入到存贮器中,单片机在CPU 的控制下,将指令一条条地取出

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