嵌入式课程设计报告 基于AT89S52单片机的中断定时器时钟设计

电子设备检测与维修课程设计任务书《嵌入式系统综合设计》课程设计题目：基于AT89S52单片机的中断定时器时钟设计嵌入式系统应用综合实践课程设计（报告）的两大分支都得到了迅猛的发展。1.2PLC210简介LPC2106带有一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-SCPU,是由ARM公司所设计，飞利浦公司所生产的。ARM(AdvancedRISCMachines)是微处理器行业的--家知名企业，成立于1990年。他们所设计的技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。随着嵌入式系统处理器的不断发展，典型的32位RISC芯片一-ARM处理器，不论是在PDA，STB,DVD等消费类电子产品中，还是在GPS，航空，勘探，测量等军方产品中都得到了广泛的应用，超过85%的无线设备(手机等)都采用了ARM技术，ARM公司并不自己生产芯片，也不参与芯片的销售，而是出售知识产权。越来越多的芯片厂商早已看好ARM的前景，比如Intel,NS,Atmel,Philips,NEC,CirrusLogic等公司都有相应的产品。ARM芯片在国内外都占据了巨大的产品市场，目前已经占据了75%的32位RISC嵌入式产品市场，生产ARM芯片的公司也超过70家。随着国内嵌入式领用领域的发展，ARM芯片会得到更加广泛的应用。带有一个支持实时仿真和跟踪的ARMI7TDMI-sCPU，并嵌入了128kb的高速Flash存储器。128位的储存器接口和特别的允许在最高时钟周期执行32位代码的加速体系。在代码长度起关键作用的程序中，可选的16位的Thumb模式在最少的代价下能够减少了超过30%的代码。因为LPC2106很小，省电，在小型化非常重要的场合，比如访问控制中，它是非常理想的选择。而且，它内部Ram达到64k大小，以及各种接口的提供，使得LPC2106在很多行业有着广泛的应用。它的主要的应用领域有:Internet网关、串行通信协议转换器、访问控制、工业控制、三相分时复费电度表、MP3等音频产品及医疗设备。1.3性能参数1.16/32位ARM7TDMI-S处理器2.16/32/64KB片内静态RAM3.128KB片内Flash程序存储器128位接口/加速器使其实现了60MHz的高速操作4.通过片内Boot-loader软件实现在系统编程ISP和在应用编程IAPFlash编程时间Ims可编程512字节单扇区擦除和正片擦除只需400ms5.向量中断控制器可配置优先级和向量地址6.EmbeddeDICE-RT接口使能断点和观察点当前台任务使用片内RwalMonitor软件调试时中断服务程序可继续执行7.嵌入式跟踪宏单元对指令的执行实现了非插入的高速实时跟踪8.多个串行接口包括双UART16C550高速I2C400kbits/s和SPI9.两个32位定时器7路捕获/比较通道PWM单元6路输出实时时钟和看门狗定时器10.小型的LQFP封装7X7mm有多达32个可承受5v的通用I/0口11.通过可编程的片内锁相环可实现最大为60MHz的CPU操作频率12.片内晶振的操作频率范围10MHz-25MHz13.两个低功耗模式空闲和掉电14.通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒15.外设功能可单独使能/禁止实现功耗最优化16.双电源CPU操作电压范围1.65V-1.95V(1.8V+8.3%)I/0电源电压范围3.0V-3.6V(3.3V+10%)1/0可承受5V电压

第2章总体设计方案2.1单片机的选择单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域,故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为-一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强1/0功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下几个方面:1、多功能单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/0口都集成在-一块芯片上,使得单片机可以实现更多的功能。比如A/D、PWM、PCA(可编程计数器阵列)、WDT(监视定时器看家狗)、高速I/0口及计数器的捕获/比较逻辑等。有的单片机针对某一个应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量。2、高效率和高性能为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为:单片机的时钟频率得到提高;同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升;由于集成度的提高，单片机的寻址能力、片内ROM(FLASH)和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言(如C语言)来开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改通和护充切能。3、低电压和低功耗单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作(1.2V或0.9V)，功耗已经降低到uA级。这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。4、低价格单片机应用面广，使用数量大,带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低其产品的价格。2.2设计原理(1)寄存器PINSELO和PINSEL1的设置。LPC2106的I/0口全都是3功能服用端口，也就是说即可用作普通输入输出端口，又用作第2或第3种功能。设计人员可根据需要设置两个32位特殊功能寄存器PINSELO和PINSEL1。PINSELO对应引脚P0.0~P0.15,PINSEL1对应引脚PO.16~P0.31。都是寄存器中用两位来完成1根引脚的功能设置。(2)GPI0方向寄存器设置当管脚配置为GPI0模式时，可使用该寄存器控制管脚的方向。任意管脚的方向位的设置必须与管脚功能一致。(3)输出置1寄存器IOSET当管脚配置为GPI0输出模式时，可使用该寄存器从管脚输出高电平。写入1使对应管脚输出高电平。写入0无效。如果一个管脚被配置为输入或第二功能，写IOSET无效。(4)输出清零寄存器IOCLR当管脚配置为GPIO输出模式时，可使用该寄存器从管脚输出低电平。写入1使对应管脚输出低电平。写入0无效。如果--个管脚被配置为输入或第二功能，写IOCLR无效。第3章硬件设计3.1LED显示电路显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据,按照材料及

产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有:发光

二二极管LED显示器、液晶

LCD显示器、CRT显示器等。LED

显示器是现在最常用的显示器之-一，发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)。分段式显示器(LED

数码管)由7条线段围成8字型，每一-

段包含-

.个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种

字形或符号。LED

数码管有共阳、共阴之分。3.2电路设计（1）晶振电路是最小系统中的时钟电路,给单片机提供时间基准。单片机在工作时,是一条一条地从ROM中取指令,然后一步一步地执行。每隔多久执行一条指令,这就需要有一个时间基准,来让单片机的程序的基本功能得到实现。而晶振电路就是用来提供这个时间基准的。晶振电路如图3.1所示：图3.1晶振电路（2）单片机最小系统其系统资源完全开放，配合其它模块板或自行搭建用户电路可实现任意实验功能。接口设计灵活，使用方便（适合创新实践活动）。板上电路简洁实用，除最小系统和在线下载电路外，还有1个LED、1个按键、1个蜂鸣器、1片EEPROM存储器AT24C04（使用时只需设置相关调线），单片机引脚全部可引出使用，并留有专用LED显示接口方便与串行静态LED显示板连接。单片机最小系统如图3.2所示：图3.2单片机最小系统图（3）74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。74LS244没有锁存的功能。地址锁存器就是一个暂存器，它根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。8086/8088数据和地址总线采用分时复用操作方法，即用同一总线既传输数据又传输地址。（4）LED显示器LED显示器如图3.3所示：图3.3LED显示器（5）整体电路整体电路3.4所示：图3.4整体电路图第4章软件调试本部分详细介绍了基于AT89S52单片机的光强检测器的软件设计。根据系统功能，可以将系统设计分为若干个子程序进行设计，如光强采集子程序，数据处理子程序、显示子程序、执行子程序。采用KeiluVision3集成编译环境和汇编语言来进行系统软件的设计。本章从设计思路、软件系统框图出发，先介绍整体的思路后，再逐一分析各模块程序算法的实现，最终编写出满足任务需求的程序。4.1调试及处理（1）系统测试说明走时:默认为走时状态，按24小时制分别显示“时时分分秒秒”，有2个“一”动态显示，时间会按实际时间以秒为最小单位变化。(2)系统时钟误差分析时间是一个基本物理量，具有连续、自动流逝、不重复等特性。我国时间基准来自国家授时中心，人们日常使用的时钟就是以一-定的精度与该基准保持同步的。结合时间概念和误差理论，可以定义电子钟的走时误差S=S1--S2,S1表示程序实际运行计算所得的秒;S2表示客观时间的标准秒。s>0时表示电子钟秒单元数值刷新滞后，即走时误差为“慢”;反之，S<0表示秒单元数值的刷新超前，即走时误差为“快”。本次设计的单片机电子钟系统中，其误差主要来源包括晶体频率误差，定时器溢出误差，延迟误差。晶体频率产生震荡，容易产生走时误差;定时器溢出的时间误差，本应这一秒溢出，但却在下一秒溢出，造成走时误差:延迟时间过长或过短，都会造成与基准时间产生偏差，造成走时误差。(3)软件调试问题及解决软件程序的调试一般可以将重点放在分模块调试上，统调是最后一环。软件调试可以采取离线调试和在线调试两种方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于软件仿真器即可;后者一般需要仿真系统的支持。本次课题，Keil软件来调试程序，通过各个模块程序的单步或跟踪调试，使程序逐渐趋于正确，最后统调程仿真部分采用proteus软件，此软件功能强大且操作较为简单，可以很容易的实现各种系统的仿真。首先打开proteus软件，在元件库中找到要选用的所有元件，然后进行原理图的绘制;绘制好后再选择已经编译好的*.hex文件，选择运行，观察显示结果，根据显示的结果和课题的要求再修改程序，再运行查，直到满足要求。4.2仿真结果图4.1仿真结果结论课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机C语言掌握得不好-通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师那里我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢!同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢!参考文献[1]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京:航空航天大学出版社，2010.[2]刘守义.单片机技术基础[M].西安:电子科技大学出版社,2017.[3]朱正伟.数字电路逻辑设计（第2版）[M].北京：清华大学出版社,2018.[4]韩学涛.电子元器件自学宝典[M]。北京：电子工业出版社,2020.[5]阎石.数字电子技术基础（第5版）[M].北京：高等教育出版社,2016.[6]蔡良伟.数字电路设计（第2版）[M].陕西：西安电子大学出版社,2015.[7]曾文兵.基于STM32F407的视频采集与传输系统设计[D].武汉:华中师范大学,2019.[8]边树海.表具数字图像的处理与识别系统的研究[D].沈阳建筑大学,2018.[9]郑辉.基于MSP430单片机的智能小车寻迹模块研究[J].黑龙江大学电子工程学院,2019(13):105-107[10]LafuenteMaríaT.,BallesterAna-Rosa,HollandNely,CerveróJordi,RomeroPaco.InterrelationbetweenABAandphospholipasesD,CandA2inearlyresponsesofcitrusfruittoPenicilliumdigitatuminfection[J].PostharvestBiologyandTechnology,2021,175.附录程序清单*文件名:时钟.c*功能:数码管显示控制。通过GPI0直接控制数码管显示#include"LPC21xx.H"#include"CONFIG.H"#includeIOSETIOOSET#defineIOCLRIOOCLR#defineIODIRIOODIRvoiddelay(intZ){inti,j;for(i=0;i<j;i++){for(j=0;j<110;j++){}}}inth,s,min,tb,ka//数字显示代码inttab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//片选(扫描)代码inttabw[]={0xfe,Oxfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};voidjia(){s++if(s==60).{s=(0)min++;if(min==60){min=0；h++if(h==24){h=0;}}}}voidDispChar(p_Code,p_Addr){IOCL==Offff;IOSET|=tabw[p_Addr]<<8;IOSET=tab[p_Code];}voidDispTimeStr(inth0,intmin0,ints0