六位脉冲计数器.doc

塔里木大学信息工程学院塔里木大学信息工程学院 单片机原理与外围电路单片机原理与外围电路 课程论文课程论文 题目 题目 六位脉冲计数器六位脉冲计数器 姓名 姓名 学号 学号 班级 班级 计算机计算机 15 2 摘要 单片机是一种集成在电路芯片 是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能 力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 多种 I O 口和中断系统 定时器 计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统 本课程设计 采用的是 AT89C51 单片机 指导思想是控制单片机实现从 000000 到 999999 的计数功能 其结果显示在六位共阳极 LED 数码管上 关键词关键词 脉冲计数器 六位共阳极 LED 数码管 单片机 AT89C51 Abstract SCM is an integrated circuit chips is to use very large scale integrated circuit technology with data processing ability of the central processor CPU RAM RAM read only memory ROM a variety of I O mouth and interrupt system timer timer function integration to a piece of silicon consisting of a small and perfect computer system This course design USES AT89C51 the guiding ideology is to control the microcomputer count from 000000 to 999999 the result shows that on the six common anode LED digital tube Keywords pulse counter t 7SEG MPX6 CA SCM AT89C51 II 目目 录录 1 1 绪论绪论 4 4 1 1 课题背景及研究意义 4 1 2 国内外现状 4 1 3 课题的设计目的 4 2 2 系统概述系统概述 5 5 2 1 方案论证 5 2 2 系统设计原理 5 3 3 系统硬件设计系统硬件设计 6 6 3 1 硬件原理图 6 3 2 主控电路设计 6 3 3 开关量功率接口应用技术 8 4 4 系统软件设计系统软件设计 1010 4 1 主程序设计 10 4 2 仿真结果 11 结论 12 参考文献 13 附录 A 系统整体电路 14 附录 B PCB 图和 3D 预览图 15 附录 C 全部程序清单 17 1 1 绪论绪论 1 11 1 课题背景及研究意义课题背景及研究意义 近年来单片机发展十分迅速 单片机的应用已经渗透到电力 冶金 化工 建材 机械 食品 石油等各个行业 本设计使用单片机作为核心进行控制 单片机具有集成度高 通用性好 功能强 特别是体积小 重量轻 耗能低 可靠性高 抗干扰能力强和使用方便等独特优点 在 数字 智能化方面有广泛的用途 1 21 2 国内外现状国内外现状 1971 年 intel 公司研制出世界上第一个 4 位的微处理器 Intel 公司的霍夫研制成 功世界上第一块 4 位微处理器芯片 Intel 4004 标志着第一代微处理器问世 微处理器 和微机时代从此开始 因发明微处理器 霍夫被英国 经济学家 杂志列为 二战以来 最有影响力的 7 位科学家 之一 1971 年 11 月 Intel 推出 MCS 4 微型计算机系统 包括 4001 ROM 芯片 4002 RAM 芯片 4003 移位寄存器芯片和 4004 微处理器 其中 4004 下图 包含 2300 个晶体管 尺寸规格为 3mm 4mm 计算性能远远超过当年的 ENIAC 最初售价为 200 美元 1972 年 4 月 霍夫等人开发出第一个 8 位微处理器 Intel 8008 由于 8008 采用的是 P 沟道 MOS 微处理器 因此仍属第一代微处理器 1973 年 intel 公司研制出 8 位的微处理器 8080 1973 年 8 月 霍夫等人研制出 8 位微处理器 Intel 8080 以 N 沟道 MOS 电路取代了 P 沟道 第二代微处理器就此诞生 主频 2MHz 的 8080 芯片运算速度比 8008 快 10 倍 可存取 64KB 存储器 使用了基于 6 微米技术的 6000 个晶体管 处理速度为 0 64MIPS Million Instructions Per Second 1975 年 4 月 MITS 发布第一个通用型 Altair 8800 售价 375 美元 带有 1KB 存储器 这是世 界上第一台微型计算机 1976 年 intel 公司研制出 MCS 48 系列 8 位的单片机 这也是 单片机的问世 Zilog 公司于 1976 年开发的 Z80 微处理器 广泛用于微型计算机和工业 自动控制设备 当时 Zilog Motorola 和 Intel 在微处理器领域三足鼎立 20 世 纪 80 年代初 Intel 公司在 MCS 48 系列单片机的基础上 推出了 MCS 51 系列 8 位高档 单片机 MCS 51 系列单片机无论是片内 RAM 容量 I O 口功能 系统扩展方面都有了很 大的提高 1 31 3 课题的设计目的课题的设计目的 1 巩固 加深和扩大单片机应用的知识面 提高综合及灵活运用所学知识解决工业 控制的能力 2 培养针对课题需要 选择和查阅有关手册 图表及文献资料的自学能力 提高组 成系统 编程 调试的动手能力 3 通过对课题设计方案的分析 选择 比较 熟悉单片机用系统开发 研制的过程 软硬件设计的方法 内容及步骤 课题的主要工作 本课题的研究重点是设计一种基于单片机的 6 位计数器 能够显示计数 主要工作如下 5 1 计数测试基本范围 000000 999999 2 LCD 液晶显示 2 2 系统概述系统概述 2 12 1 方案方案论证论证 方案一 采用多种数字逻辑电路来实现逻辑控制 主门 门控 计数单元的设计要求 这样设计 的电路整体比较复杂 而且不宜完成发挥部分的功能要求 所以方案一不采用 方案二 可以采用 FPGA 来实现逻辑控制 主门 门控 计数单元的设计要求 并且设计方便 但由于对 FPGA 的技术原理掌握不够熟练 所以放弃方案二 方案三 系统采用 AT89C51 为核心的单片机控制系统 实现原理图中的逻辑控制 主门 门控 计数的设计要求 单片机计数器的方式控制寄存器 TMOD 中的 GATE 位 1 时 可以很方便的进行 INT0 引 脚的外部输入信号的时间间隔测量 且单片机的控制电路很容易实现扩展 比如语音模 块 测温 I2C 模块 时钟模块 A D 模块等 故采用方案三 2 22 2 系统设计原理系统设计原理 本次课程设计采用一个可扩展芯片 AT89C51 六位共阳极 7 段 LED 数码管显示器 经过电阻连接而组成 并具有开关复位等功能 首先在 keil 软件中输入计数器程序 在 生成以 hex 为后缀名的文件 拷贝添加到芯片 AT89C51 中以实现其功能 其中芯片的 P2 0 到 P2 6 和 P1 0 到 P1 6 分别和六位共阳极 7 段 LED 数码管显示器相连接 作为 000000 999999 计数的十位数显示 在练习使用译码器驱动 7 段 LED 数码管显示器的同 时 芯片 AT89C51 的由 12MHZ 的晶振提供脉冲支持芯片工作 可将 T0 引脚传入的脉冲信号以十进制数形式显示出来 即使得计数器的初始状态为 000000 当第 1 个计数脉冲来到后 其状态为 000001 以后来一个脉冲计一次数 依次 可计数到 999999 后清零 计数器是采用数字电路实现的对个 十 百 千位的数字显示 技术装置 能广泛应用于实验室 公共场合 以及实际生活中的一些应用 是人们日常 生活中不可少的必需品 由于数字集成电路以及 555 振荡器的广泛应用 使得计数器的 精度大大的提高 给人们的生活带来了极大的方便 计数器是一个将 千百十个位 显示 于人的视觉器官的技术装置 它的计数周期为 999999 显示的满刻度为 999999 6 3 3 系统硬件设计系统硬件设计 3 13 1 硬件原理图硬件原理图 此硬件原理图由 AT89C51 7 段 LED 数码管显示器 电阻 电容等相互连接而成 是本 次单片机课程设计脉冲计数的基本硬件原理框图 利用 89C51 芯片的 P0 和 P1 口分别与 四个 7 段数码显示管连接实现数码显示功能 3 23 2 主控电路设计主控电路设计 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压 高性能 CMOS8 位微处理器 俗称单片机 1 主要特性 与 MCS 51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命 1000 写 擦循环 数据保留时间 10 年 全静态工作 0Hz 24Hz 三级程序存储器锁定 128 8 位内部 RAM 32 可编程 I O 线 两个 16 位定时器 计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2 管脚说明 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 口 每脚可吸收 8TTL 门电流 当 P1 口的 管脚第一次写 1 时 被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程序数据存储器 它可以被定 义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 进行校验 时 P0 输出原码 此时 P0 外部必须被拉高 7 89C51 引脚图 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输入 P1 口被外部下拉为 低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在 FLASH 编程和校验时 P1 口作 为第八位地址接收 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 并因此作 为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 P2 口当用 于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时 P2 口输出地址的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地址数据存储器进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器的内容 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和 控制信号 P3 口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门电流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由于外部下拉 为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口 如下表所示 端口管脚 备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 8 P3 5 T1 记时器 1 外部输入 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 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地 址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引 脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器周期两 次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管 是否有内部程序存储器 注意加密方式 1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持 高电平时 此间内部程序存储器 在 FLASH 编程期间 此引脚也用于施加 12V 编程电 源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 3 振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出 该反向放大器可以配置为片内振 荡器 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用 如采用外部时钟源驱动器件 XTAL2 应不接 有 余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器 因此对外部时钟信号的脉宽无任何要 求 但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 3 33 3 开关量功率接口应用技术开关量功率接口应用技术 在微机测控系统中 有许多驱动电流大 驱动电压高 甚至需要在交流电下工作的 外部设备 如电机 继电器 交流接触器 电磁阀等 而单片机输出的是 TTL 电平信号 驱动能力非常有限 单片机端口本身的驱动能力有限 其中 P0 口输出驱动能力最强 在输出高电平时 可提供 800uA 的电流 输出低电平 0 45V 时 吸电流能够达到 3 2mA 而 P1 P2 P3 可提供的驱动电流只有 P0 的一半 所以任何一个口要想获得较 大的驱动力 只能用低电平输出 当 P0 和 P2 口作为总线方式使用时 只有 P1 和 P3 口 可以用作输出口 可见其驱动能力是极其有限的 在单片机测控系统中 根据驱动电流 和驱动功率的要求 可以分别采用三态门或 OC 门驱动电路 小功率晶体管驱动电路 达林顿驱动电路等 7SEG MPX6 CA 的结构及功能 123456 是位码输入 abcdefg dp 就是数码管的段码输入 例如给管教 1 加 5V 电压 在管 脚 abcdefg 输入 1001111 最左边数码管的就会显示 排列顺序由高到底依次是 abcdefg dp 共阳数码管共阳端直接接电源 不用接上拉电阻 而共阴的则要 如此一来共阳数 码管亮度较高 如果使用共阴数码管通过单片机控制时 单片机上电和复位后所有的 I O 口都是高电位 这样只要单片机一上电 电流经过数码管的位流向共阴至地 数码 管就会亮 耗电大 不节能 所以又每次编程序时都得把位控制端赋予低电平 太过麻 烦 9 7SEG MPX6 CA 液晶模块的引脚图如图 3 1 所示 图 3 1 7SEG MPX6 CA引脚图 驱动数码管采用动态显示 动态驱动是将所有的数码管的 8 个显示笔画 a b c d e f g dp 的同名端连在一起 另外每个数码管中的公共极 COM 增加位选通控制 电路 位选通由各自的 I O 线控制 通过分时轮流控制各个数码管的 COM 端 就使各个 数码管轮流受控制显示 图 3 2 数码管与 AT89C51 的接口 10 4 4 系统软件设计系统软件设计 4 14 1 主程序设计主程序设计 在原理图中将 P3 2 和 P3 4 相连 即实现外部中断与计数的连接 当外部来一个脉冲 即实现一次加一计数 因为中断程序完成后转到跳转程序 送六位共阳极 7 段 LED 数码 管显示器显示 当按下暂停开关后 只有再按启动开关才可以实现脉冲计数 可以通过 硬件实现复位 即接 AT89C51 的引脚上的 RST 实现手动复位 六位共阳极 7 段 LED 数 码管与单片机的 P0 和 P1 相连接 从而实现了数码显示功能 图 4 1 主程序流程图 11 4 2 仿真结果仿真结果 图 4 2 仿真 1 图 4 3 仿真 2 12 图 4 4 仿真 3 结论结论 本文介绍了基于 AT89C51 单片机的脉冲计数器设计 对整个硬件电路和软件程序设计做 了分析 文中介绍了单片机的现状及发展 介绍了仿真软件 proteus 及 keil 的基本知识 学习了 proteus 的仿真方法和步骤 介绍了 6 位脉冲计数器的设计方案选择及原理介绍 加深了 51 单片机的知识了解 介绍 51 单片机的结构 特点等 本文对其中的一些基本 原理也做了简要的概述 其实写完了本篇论文 也仅仅是对脉冲计数器做出了一个简单 的设计方案 数字温度计科利用在很多领域 在一些人不能直接进入的场所 利用单片 机控制的脉冲计数器 通过这次毕业设计我发现 只有理论水平提高了 才能够将课本 知识与实践相整合 理论知识服务于教学实践 以增强自己的动手能力 这个设计十分 有意义 我获得很深刻的经验 通过这次毕业设计 我们知道了理论和实际的距离 也知 道了理论和实际想结合的重要性 也从中得知了很多书本上无法得知的知识 我们的学习不但要立足于书本 以解决理论和实际教学中的实际问题为目的 还要以实 践相结合 理论问题即实践课题 解决问题即课程研究 学生自己就是一个专家 通过 自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻 学习就应该采取理论与实践结合的方 式 理论的问题 也就是实践性的课题 这种做法既有助于完成理论知识的巩固 又有 助于带动实践 解决实际问题 加强我们的动手能力和解决问题的能力 13 参考文献参考文献 1 杨加国 谢维成 单片机原理与应用及 C51 程序设计 北京 清华大学出版社 2009 2 张靖武 单片机系统的 PROTUSE 设计与仿真 北京 电子工业出版社 2007 3 刘雨棣 傅骞 单片机原理及接口技术 西安 西安电子科技大学出版社 2008 4 何立明 单片机应用程序设计 北京 北京航空航天大学出版社 2004 5 朱定华 单片机课程设计 实例指导 北京 北京航空航天大学出版社 2004 6 臧京 燃油加油机的自动检定系统设计与实现 D 吉林大学 2012 7 杨承帅 蒸化工艺中温湿度测量装置的研制 D 苏州大学 2012 8 杨沉陈 基于 AVR 单片机农产品害虫耐热特性测试系统的研制 D 西北农林科技大学 2012 9 陈世夏 高玉章 丁国臣 基于 SPCE061A 的温度控制器设计 J 国外电子测量技术 2012 08 51 53 11 E Balagurusamy 编 Programming in ANSI C Fourth Edition 清华大学出版社 2009 05 23 美 约翰夏普 Content Master Microsoft Visual C 2008 Step by Step 上海世界图书出版公司 2009 01 12 美 Y DANIEL LIANG 著 INTRODUCTINON TO PROGRAMMING WITH C 机械工业出 版社 2008 05 13 H M DEITEL