电子跑表单片机开发与设计工程师考试文档Word下载.doc
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目录
设计要求 1
1方案论证与对比 1
1.1方案一 1
1.2方案二 2
1.3方案对比与选择 2
2单元电路设计与计算 3
2.1按键电路的设计 3
2.2计时模块的设计 4
2.3可编程并行口I/O芯片扩展设计 4
2.4显示电路的设计 5
3系统软件设计流程图 6
3.1主函数设计 6
3.2时钟函数的设计 8
3.3秒表函数的设计 9
4详细仪器清单 11
参考文献 12
附录一:
程序 13
设计要求
利用单片机作为控制核心,设计一个电子跑表。
具体要求如下:
基本部分:
1、具有电时钟和跑表功能;
2、做时钟时在4位LED显示器上显示分、秒;
3、做跑表时显示范围000.0秒~999.9秒;
4、当按下启动按钮跑表开始计时,按下停止按钮停止计时,当按下复位按钮跑表回零。
1方案论证与对比
1.1方案一
此方案以MCS-51系列单片机为核心,计时单元由单片机内部的定时器/记数器来实现,时间显示功能通过LED数码管动态扫描来实现,表的模式转换、复位/清零功能由三个按键来实现。
原理框图如图1所示:
图1方案一系统方框图
1.2方案二
此方案也是以MCS-51系列单片机为核心,计时单元由单片机编程软件延时来实现,时间显示功能通过LED数码管动态扫描来实现,表的启动/复位/清零功能由PC机通过串口输入命令来实现。
原理框图如图2所示:
图2方案二系统方框图
该方案有以下两个缺点:
1.需要一个大型外部设备:
PC机。
2.软件延时计时不精确。
1.3方案对比与选择
以上方案大致思路是一样的,都是以MCS-51系列单片机为核心,加上计时模块、选择模块和显示模块。
方案一:
通过单片机内部的定时器/记数器来实现方案一的计时单元,外部中断0来实现方案一的选择单元,按键电路实现电子跑表的暂停、清零功能。
方案二:
通过单片机编程软件利用循环限时来实现方案二的计时单元,PC机由串口输出命令来实现方案二的选择单元。
显然由于方案一的计时模块相对于方案二计时模块更为精确,而选择方式更加灵活、方便。
故选用方案一作为本次设计的方案。
2单元电路设计与计算
2.1按键电路的设计
根据设计要求,采用矩阵式键盘,这样可以更合理地利用硬件资源。
矩阵式键盘是只有若干个按键组成的开关矩阵。
4行4列矩阵式键盘由图3所示。
这种键盘适合采取动态扫描的方式进行识别,即如果采取低电平扫描,回送线必须被上拉为高电平;
如果采取高电平扫描,回送线必须被下拉为低电平。
图3给出了低电平扫描的电路。
这种键盘的优点是使用较少的I/O口线可以实现对较多键的控制。
实际上,我们是利用此原理,但只是设置了3个开关,开始和暂停由一个开关控制。
当键盘上的某一键闭合时,则该键所对应的扫描线和回送线被短路。
若X0~X3均为高电平,说明无键闭合;
任一条回送线变为低电平,则说明该回送线上有键闭合。
与此键相连的扫描线也一定处于低电平(正在扫描)。
由此可以确定扫描线与回送线的编号,这样闭合按键的位置就确定了。
图34行4列矩阵式键盘的连接图
CPU对键盘扫描可以采用以下方式:
a)程序控制随机方式,CPU空闲时扫描键盘。
b)定时控制方式,每隔一段时间,CPU对键盘扫描一次,CPU可以定时响应键输入情况
c)中断方式,当键盘上有间闭合时,向CPU请求中断,CPU响应键盘输入中断,对键盘扫描,以识别哪一个键处于闭合状态,并对输入的信息的进行处理。
CPU对键盘上闭合键的键号的确定,可以根据扫描线和回送线的状态计算求得也可以根据行线和列线的状态查表求得。
2.2计时模块的设计
由单片机内部的定时器/记数器来实现。
若设单片机系统主频为12MHz,则各种工作防守定时器的最大定时时间为:
工作方式0:
Tmax=213×
1μs=8.192ms
工作方式1:
Tmax=216×
1μs=65.536ms
工作方式2和工作方式3:
Tmax=28×
1μs=0.256ms
本次设计使用了计时器T0、T1,工作方式为方式均为1,计时基本单位是50ms,其初始值的设定是:
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
TH1=(65536-50000)/256;
TL1=(65536-50000)%256;
2.3可编程并行口I/O芯片扩展设计
单片机系统常用的8255A芯片是一个典型的可编程通用并行接口芯片,用来扩展单片机的端口,它具有三个八位的并行口,有三种工作方式,可作为单片机与各种外部设备连接的接口电路。
在本次设计中,共阳极七段数码管和4行4列矩阵开关就是由这个芯片连接的。
其操作状态表如表1示:
表18255A的操作状态
A1
A0
操作
说明
1
A口数据总线
输入操作(读)
B口数据总线
C口数据总线
数据总线A口
输出操作(写)
数据总线B口
数据总线C口
数据总线控制寄存器
X
数据总线三态
禁止操作
非法操作
8255A有三种工作方式:
方式0(基本输入输出方式):
这种方式不需要任何选通信号,适合无条件传输数据的设备,数据输出有锁存功能,数据输入有缓冲功能。
方式1(选通输入/输出方式):
这种方式A组包括A口和C口的高四位(PC7~PC4),A口可由程序设定为输入口和输出口,C口的高四位则用来作为输入/输出操作的控制和同步信号;
B组包括B口和C口的第四位(PC3~PC0),功能和A组相同。
方式2(双向I/O口方式):
仅有A口有这种工作方式,B口无这种工作方式。
此方式下,A口为8位双向I/O口,C口的PC7~PC3用来作为输入输出的控制和同步信号。
此时B口可工作在方式0或方式1。
2.4显示电路的设计
在本次设计中,使用了6个共阳极八段数码管作为显示部分,每个数码管的八段是由芯片8255的PB口控制亮灭,每个数码管的公共脚是由8255的PA0~PA5经三极管扩流后进行控制。
采用动态扫描,可以同时显示多个数码管显示时钟和电子跑表中的不同部分。
使共阳极七段数码管时,要注意他的接法。
为了显示数字或字符,必须对数字或字符进行编码。
七段数码管加上一个小数点,共计8段。
以下是显示16进制数的编码:
30xA0,/*0*/;
0xBB,/*1*/;
0x62,/*2*/;
0x2A,/*3*/;
0x39,/*4*/
40x2C,/*5*/;
0x24,/*6*/;
0xBA,/*7*/;
0x20,/*8*/;
0x28,/*9*/
共阳极七段数码管原理图如图6示:
图3共阳极七段数码管原理图
动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起,由位选线控制是哪一位数码管有效。
所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选,利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用,使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。
动态显示的亮度比静态显示要差一些,所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。
在本次设计中我们选择了1K的限流电阻。
3系统软件设计流程图
3.1主函数设计
1.主程序开始后,经过一轮按键扫描,执行标志位flag判断,在返回到主程序,接着对flag进行一个判断,若flag=1,进入秒表模式;
若flag!
=1,则进入时钟模式。
其原理框图如图4所示。
图4主函数的原理框图
2.计时器初始化,先将计数器T0初始化:
TMOD|=0x01、EA=1、ET0=1,TR0=1,并设定计时器T0的初始值:
TH0=(65536-50000)/256、TL0=(65536-50000)%256。
计数器T1初始化:
TMOD|=0x10、EA=1、ET1=1,TR1=0(一开始秒表不用工作,故将TR1=0,即计时器1停止工作),并设定计时器T1的初始值:
TH1=(65536-50000)/256、TL1=(65536-50000)%256。
3.键盘扫描子函数。
令8255芯片PA=0x01,再一次扫描PC上的电平。
当PC=0x01时,进行时钟与秒表的切换;
当PC=0x02,暂停与开始秒表;
当PC=0x04,秒表清零。
程序如下,其原理框图如图5所示。
voidscan_keyboard()//键盘子函数
{ ucharkdata;
PA=0x01;
kdata=PC;
if(kdata==0x01)//秒表与时钟切换键
{ delay(5);
if(kdata==0x01)
while(PC)
PB=0xff;
flag=!
flag;
}
if(kdata==0x02)//开始和暂停秒表
if(kdata==0x02)
display(miao4,miao3,miao2,miao1);
TR1=!
TR1;
}
if(kdata==0x04)
if(kdata==0x04)//清零秒表
TR1=0;
miao1=0;
miao2=0;
miao3=0;
miao4=0;
}
图5键盘扫描子函数的原理框图
4.显示子函数服务程序。
voiddisplay(uchara,ucharb,ucharc,uchard)
{ PA=0xff;
PB=0xff;
PA=0xfb;
PB=table[a];
delay(5);
//最低位显示
PA=0xf7;
PB=table[b];
//第二位显示
PA=0xef;
PB=ta
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