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计数器
计数器课程设计
学院:
物理与信息技术学院
专业:
电子科学与技术
设计者:
李寒斌张超
导师:
刘德全
2015年1月5号
目录
一·课程设计目的·························1
二·课程设计任务及需求····················1
三·设计应用原理分析·······················1
3.1定时器/计数器原理
3.2中断原理
3.3主控器89C51芯片
四·课程设计中所用的软件与模块电路·············6
4.1时钟电路连接方式
4.2复位及复位电路
4.3八位逻辑电平电路
五·系统总体设计方框图·························7
六·Proteus仿真··································8
七·系统测试····································10
7.1硬件测试
7.2软件测试
八·设计过程总结·································11
参考文献
绪论
单片机的应用使工农业生产产生了质的飞跃。
随着生活水平的提高,电子产品进入的人们生活的方方面面,并日益改善着人们的生活。
在大型商场商品统计,工业生产中产品计数等领域,都离不开计数,人为的计数因工作过程枯燥,会不可避免的出现错误,给生产生活造成不必要的损失。
为了减小这种损失,我们引用了基于89C51系类的单片机计数器,去更好的服务于人们的生活。
本次课程设计采用的是proteus是软件仿真,用Keil软件进行编译。
Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具,也是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。
1、课程设计目的
1、熟悉将T0作为外部计数器应用的原理。
2、学会用Proteus软件绘制仿真电路图及完成电路仿真。
3、掌握定时计数器对外加技术脉冲计数的硬件设计方法。
4、学会对所学的知识进行融会贯通加以应用,培养技能。
2、课程设计任务及需求
将T0设置为外部脉冲方式,在P3.4(T0)引脚上外接一个单脉冲发生器,每按一次单脉冲按钮,T0计数一个脉冲,同时将计数值送往P1口,从P1.0~P1.7外接的LED发光二极管可以看到所计数值。
元器件:
89C51单片机1个,22P极性电容1个,30P圆片电容2个,270欧电阻8个,1K电阻1个,开关1个,发光二级管8个,12M晶体振荡器1个,万能板1块等
3、设计应用原理分析
3.1定时器/计数器原理
1、当C/T=0时,定时计数器工作在定时方式。
此时,定时计数器的计数脉冲来自于系统振荡频率的12分频;因此只要系统的振荡频率确定,定时计数器的计数脉冲频率也就确定了,因此计数一次的时间也就保持不变,这正是定时的由来。
2、将TMOD寄存器的C/T为设置为1,定时计数器即工作在计数工作方式。
此时。
T0通过引脚T0(P3.4)对外部信号计数,T1通过引脚T1(P3.5)对外部信号计数,外部脉冲的下降沿将触发计数。
值得注意的是。
由于检测到一个由1到0的跳变需要两个机器周期,因此外部信号的最高计数频率为系统振荡频率的1/24。
例如,如果系统采用6MHZ的振荡频率,则最高的外部计数频率为0.25MHZ。
3、初始化时,8位计数初值同时装入TL0和TH0中。
当TL0计数溢出时,置位TF0,并用保存在预置寄存器TH0中的计数初值自动加载TL0,然后开始重新计数。
如此重复,这样不但省去了用户程序中的重装指令,而且有利于提高定时精度。
但这种工作方式是8位计数结构,计数值有限,最大只能到255。
3.2中断原理
本系统主要使用了外部中断,中断源分别从和引脚输入,外部中断请求信号可以有两种,即电平触发方式和负边沿触发方式。
若是电平触发方式,只要在或引脚上检测到低电平信号即为有效的中断申请。
若是负边沿触发方式,则需要在和引脚上检测到从1到0的负边沿跳变,才属于有效中断申请。
3.3主控器89C51芯片
51系列单片机的发展史:
单片机的发展经历了从8位到16位再到64位的发展历程。
我国开始使用单片机是在1982年,短短五年时间里发展极为迅速。
1986年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会,有的地区还成立了单片微型计算机应用协会,从此51单片机以其经济实用的优势在中国工业控制应用领域中开始普及。
51单片机的优点:
(1)性价比高。
(2)集成度高、体积小、可靠性高。
由于单片机将各个功能部件集成在一块芯片上,
且内部采用总线结构,减少了各个芯片之间的连线,从而大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。
(3)控制功能强。
单片机中的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O接口的逻辑操作及位处理功能。
(4)低功耗、低电压,便于生产便携式产品。
(5)外部总线增加了串行总线方式,进一步缩小了体积,简化了结构。
(6)单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,易于构成各种规模的应用系统
51单片机的缺点:
(1)易解密
(2)抗干扰能力差
对于单片机的选择,可以考虑使用8031与8051系列,由于8031没有内部RAM,系统又需要大量内存存储数据,因而不适用。
AT89C51以低价位单片机可为提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域,对于简单的计数系统已经足够。
单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要该器件是INTEL公司生产的MCS一5l系列单片机中的基础产品,采用了可靠的CMOS工艺制造技术,具有高性能的8位单片机,属于标准的MCS—51的CMOS产品。
其主要特征有如下几个:
●与MCS-51兼容 ●4K字节可编程FLASH存储器 ●寿命:
1000写/擦循环 ●数据保留时间:
10年
●全静态工作:
0Hz-24MHz ●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
AT9C51的管脚如下图所示:
图3.1AT89C51芯片管脚图
如图,在P3.4(T0)引脚上接一个外部单次脉冲发生器,用按键代替,按键一端接P3.4一端接地,每按一次单脉冲按键,T0计数一个脉冲,同时将计数值送往P1口,在P1.0P1.7外接八个发光二极管,在这八个发光二极管上计数值按照八位二进制计数方式显示出来。
接高电平,表示访问内部存储器。
RST接复位电路,如图,复位电路采用的是上电自动复位方式,即通过外部复位电路的充电来实现,只要电源电压上升时间不超过1ms,通过在和RST引脚之间加一个22uF的电容,RST和引脚(地)之间加一个1K的电阻,就可以实现上电自动复位。
XTAL1和XTAL2上接晶振电路,为单片机提供合格的时钟信号流
各管脚功能:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0~P3:
为输入/输出口线,其各有的功能,而P3口每一位还有特殊功能。
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。
/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。
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。
51单片机的应用领域:
家电产品,随身影音设备,电子玩具(单片机实现了核心功能的控制与智能人机接口),机电一体化设备(单片机作为机电一体化设备的控制器,可以简化机械产品的结构设计,实现智能的生产和操作控制,并扩展原有设备的功能),数据通信,测控设备(依靠单片机强大控制和通信能力,实现测试、测量和控制等功能)。
4、课程设计中所用的软件与模块电路
本设计除了需要计算机,还会用到两款软件:
仿真软件Proteus、编程软件WAVE6000。
关于这两种软件的简介如表所示。
Proteus
Proteus软件具有其它EDA工具软件的功能,诸如:
原理布图、PCB
自动或人工布线、SPICE电路仿真。
除此之外还有一些革命性的特点:
互动的电路仿真、仿真处理器及其外围电路。
数字电路仿真
WAVE6000
WAVE6000编译软件,采用中文界面。
用户源程序大小不受限制,有丰富的窗口显示方式,能够多方位、动态地展示程序的执行过程。
其项目管理功能强大,可使单片机程序化大为小,化繁为简,便于管理。
另外,其书签、断点管理功能以及外设管理功能等为51单片机的仿真带来极大的便利。
编写程序
(1)时钟电路连接方式
89C51时钟有两种方式产生,即内部方式和外部方式。
80C51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
本次采用内部震荡电路,瓷片电容采用22PF,晶振为12MHZ。
(2)复位及复位电路
复位是单片机的初始化操作。
其主要功能是把PC初始化0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序,除PC之外,复位操作还对其他一些寄存器有影响,RST引脚是复位信号的输入端。
复位信号是高电平有效,其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。
若使用颇率为6MHz的晶振,则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。
产生复位信号的电路逻辑如下图所示:
(3)八位逻辑电平电路
五、系统总体设计方框图
如图,本系统主要由五个部分组成,即单片机部分,该系统的核心部件。
八位逻辑电平显示部分,用来以二进制方式显示计数值。
复位电路,帮助单片机初始化。
外部单脉冲发生器电路,用来产生脉冲。
T0作为外部计数器应用硬件电路图
六、Proteus仿真
EDA发展史:
EDA技术是指以计算机为工作平台,融合电子技术,计算机技术,智能化技术。
EDA技术已有四十多年的发展历程,大致可分为以下3个阶段:
第一阶段:
20世纪70年代,计算机辅助设计阶段,人们开始用计算机辅助版图编辑及PCB布局布线,取代手工操作.
第二阶段:
20世纪80年代,计算机辅助工程阶段。
进入了软件电路功能设计和结构设计,逻辑仿真,电路分析,自动布局布线。
第三阶段:
20世纪90年代,电子系统设计自动化阶段,从此电子产业开始迅速发展起来。
Proteus软件是英国公司研发的EDA软件,该软件可以进行模拟电路,数字电路,模、数混合电路的设计与仿真。
分三个模块做简单介绍.
SchematicCapture模块及功能:
交互式图表仿真,虚拟激励源,丰富的辅助工具。
PCBLayout模块及功能:
自动布线布局,泪滴操作铜覆操作。
VSMstudioIDE模块及功能:
支持程序单步,中断调试,支持多种嵌入式微处理器等
本次课程设计采用的是proteus软件仿真,用Keil软件进行编译。
Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具,也是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。
仿真图如下
仿真电路局部模块电路分解:
七·系统测试
1、硬件调试
硬件调试的主要任务是排除硬件故障,其中包括设计的错误和工艺性故障等。
检查所设计的硬件电路所有的器件和引脚是否正确,尤其是电源的连接是否正确。
检查各总线是否有短路的故障,是否连接正确,为了保护芯片,应先对各IC座电位进行检查,确认无误后再插入芯片。
2软件调试
软件调试的任务是利用开发工具进行在线仿真调试,发现和纠正程序的错误,同时也能发现硬件的故障,软件调试是一个模块一个模块进行的,首先单独调试各子程序是否能够按照预期的功能,接口电路的控制是否正常,最后调试整个程序,尤其注意的是各模块间能否正确的传递参数。
八·设计过程总结
通过对计数器课程的设计,熟悉了Protues仿真软件和伟福6000软件模拟器的使用。
学会了怎么往单片机例烧写程序,对焊接电路板更熟练,了解了更多的焊接电路时时应注意的事项,如:
要注意防止虚焊,焊接的时候防止引脚链接到一起导致短路,还有合理对元器件布局,在焊接电路之前首先布线防止导线交叉太多,这样在检测电路的时候就容易发现错误并改正。
当然通过这次课程设计也发现了自己的不足,如:
对汇编语言还是不熟悉,对单片机的定时器/计数器的工作方式与控制还没有完全掌握,设计完成以后对这些方面都有了很明显的提高,让我受益匪浅。
通过此次单片机课程设计,从找资料到原理图的绘制再到去实验室做板,我们明白了很多,理论指导实践,但是理论也需要实践给予证明,凡事都要通过自己的思考推敲和动手去做,否则自己不会取的大的进步。
而且在平时的学习生活中应该多和周围的同学相互学习,交流经验,遇到不会的东西时,切忌焦躁,首先要经过自己的独立思考,有了一定想法后,可以去查找相关的资料书刊或者找同学讨论,如果实在解释不了,再去找辅导老师,在这个遇到问题解决问题的过程中,不断加强自我的动脑能力,进而去指导动手能力,也只有这样,你才能学到真正的知识!
参考文献:
(1)单片机原理实用教程第2版电子工业出版社徐爱钧著
(2)Proteus8电子线路设计与仿真清华大学出版社刘德全著
(3)高频电子线路高等教育出版社张萧文著
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