测控原理课程设计wow.docx
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测控原理课程设计wow
测控系统原理与设计》课程设计
课题:
时钟计时器的设计
班级测控1101学号1101203117
学生姓名李源
专业测控技术与仪器
系别电子信息工程系
指导教师杨银贤毛钢元
淮阴工学院
电子信息工程系
2013年5月
1设计目的
《测控系统原理与设计》课程设计是一项重要的实践性教育环节,是学生在校期间必须接受的一项工程训练。
在课程设计过程中,在教师指导下,运用工程的方法,通过一个简单课题的设计练习,可使学生初步体验微机应用系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法,了解必须提交的各项工程文件,也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。
通过课程设计,应能加强学生如下能力的培养:
(1)独立工作能力和创造力;
(2)综合运用专业及基础知识,解决实际工程技术问题的能力;
(3)查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力;
(4)工程绘图的能力;
(5)编写技术报告和编制技术资料的能力。
2设计要求
(1)独立完成设计任务
(2)绘制系统硬件总框图
(3)绘制系统原理电路图
(4)绘制系统工程设计图(机箱、控制面板、线路板图、元件布局图、装配连线图等)
(5)编制软件框图
(6)完成详细完整的程序清单和注释
(7)制定编写调试方案
(8)编写用户操作使用说明书
(9)写出设计工作小结
3系统方案设计
3.1概述
本实验所选用的单片机为AT89C51,时钟计时器用单片机和6位LED数码管显示时、分、秒,以24小时计时方式进行,能整点提醒,使用按键开关可实现时、分调整,秒表/时钟功能转换,省电及定时设定提醒功能。
3.2系统方案框图
图1:
系统方案框图
4硬件介绍
4.1STC89C51
AT89C52引脚结构
图2AT89C52引脚结构
功能特性描述:
与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作:
0Hz~33Hz、三级加密程序存储器、2个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器等AT89C51引脚功能描述
VCC:
电源
GND:
地
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;而在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
在flash编程和校验时,P2口亦接收低高位地址和其它控制信号。
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。
P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下所示。
AT89S52引脚号第二功能
P3.0RXD(串行输入)
P3.1TXD(串行输出)
P3.2INT0(外部中断0)
P3.3INT1(外部中断1)
P3.4T0(定时器0外部输入)
P3.5T1(定时器1外部输入)
P3.6WR(外部数据存储器写选通)
P3.7RD(外部数据存储器写选通)
RST:
复位输入。
晶振工作时,RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
ALE/PROG:
地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8位地址的输出脉冲。
在一般情况下,ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过一个ALE脉冲。
PSEN:
外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。
当AT89C51从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,PSEN将不被激活。
EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器
读取指令,EA必须接GND。
为了执行内部程序指令,EA应该接VCC。
在flash编程期间,EA也接收12伏VPP电压。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
AT89C52有5个中断源,中断是指计算机在执行某一程序的过程中,由于计算机系统内、外的某种原因,而必须中止原程序的执行,转去执行相应的处理程序,待处理结束之后,再回来继续执行被中止的原程序的过程。
采用了中断技术后的计算机,可以解决CPU与外设之间速度匹配的问题,使计算机可以及时处理系统中许多随机的参数和信息,同时,它也提高了计算机处理故障与应变的能力。
两个外部中断(INT0和INT1),两个定时中断(定时器0、1)和一个串行中断。
每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。
IE还包括一个中断允许总控制位EA,它能一次禁止所有中断。
中断源是在一个计算机系统对中断请求的来源,中断可以人为设定,它可以在应对突发随机事件设置。
通常的I/O设备,实时控制系统的故障随机参数和信息源等。
较高优先级的中断,那么到更高的优先级响应。
当运行时,中断服务程序,另一个中断高优先级中断请求产生,当电流CPU中断服务将暂停高级别中断处理应用,可完成先进的中断处理程序中断程序关闭,然后再返回到CPU原始点继续这一过程被称为嵌套。
中断响应的过程:
在每个指令结束时,系统会自动检测中断请求信号,如果有一个中断请求,并在打开的CPU,那么响应的中断的中断状态。
(2)保护之前,在一般保护,禁止中断,以防止现场销毁现场的一幕。
保护现场的指令一般用于堆叠在原程序中使用到堆栈中的寄存器。
(3)中断服务的相应的中断源是服务。
(4)恢复现场,将保护的数据在堆栈上弹出的复苏之前,禁止中断现场,以防止破坏现场。
时间后,现场恢复开放中断。
(5)返回时,此CPU的断点地址时堆栈推弹回到程序计数器,使CPU继续执行被中断的程序。
4.274HC573
SL74HC573跟LS/AL573的管脚一样。
器件的输入是和标准CMOS输出兼容
的;加上拉电阻,他们能和LS/ALSTTL输出兼容。
当锁存使能端为高时,这些器件的锁存对于数据是透明的(也就是说输出同
步)。
当锁存使能变低时,符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。
输出能直接接到CMOS,NMOS和TTL接口上
操作电压范围:
2.0V~6.0V
低输入电流:
1.0uA
CMOS器件的高噪声抵抗特性
图4管脚功能图:
表174HC573功能表
图574HC573逻辑图
4.3LED数码管
由于系统要显示的内容较简单,显示量不多,所以选用数码管既方便又经济。
LED有共阴极和共阳极两种。
如图所示。
二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起,接入+5V的电压。
一位显示器由8个发光二极管组成,其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划(段)a~g,另一个小数点为dp发光二极管。
当在某段发光二极管施加一定的正向电压时,该段笔划即亮;不加电压则暗。
为了保护各段LED不被损坏,需外加限流电阻。
LED显示数码管通常由硬件7段译码集成电路,完成从数字到显示码的译码驱动。
本系统采用软件译码,以减小体积,降低成本和功耗,软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。
所谓软件译码,即由单片机软件完成从数字到显示码的转换。
从LED数码管结构原理可知,为了显示字符,要为LED显示数码管提供显示段码,组成一个“8”字形字符的7段,再加上1个小数点位,共计8段,因此提供给LED数码管的显示段码为1个字节。
各段码位与显示段的对应关系如表。
表2
需说明的是当用数据口连接LED数码管a~dp引脚时,不同的连接方法,各段码位与显示段有不同的对应关系。
通常数据口的D0位与a段连接,D1位与b段连接,……D7位与dp段连接,如表1所示,表2为用于LED数码管显示的十六进制数和空白字符与P的显示段码。
注:
(1)本表所列各字符的显示段码均为小数点不亮的情况。
(2)“空白”字符即没有任何显示。
显示方式有静态显示和动态显示两种。
静态显示:
所谓静态显示,就是当显示器显示某一字符时,相应的发光二极管恒定的导通或截止。
该方式每一位都需要一个8位输出口控制。
静态显示时较小的电流能获得较高的亮度,且字符不闪烁。
但当所显示的位数较多时,静态显示所需的I/O口太多,造成了资源的浪费。
动态显示:
所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位,对于显示器的每一位来说,每隔一段时间点亮一次。
利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示,但必须保证扫描速度足够快,字符才不闪烁。
显示器的亮度既与导通电流有关,也于点亮时间与间隔时间的比例有关。
调整参数可以实现较高稳定度的显示。
动态显示节省了I/O口,降低了能耗。
5硬件电路介绍
5.1晶振电路
每个单片机系统里都有晶振,全程是叫晶体震荡器,在单片机系统里晶振的作用非常大,他结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率,单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的,晶振的提供的时钟频率越高,那单片机的运行速度也就越快。
晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。
在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。
晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。
5.2复位电路
复位电路的基本功能是:
系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位信号。
为可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。
图6复位电路
5.显示电路
6.
图7数码管显示电路
5.4按键电路
本设计采用四个独立按键;按键处理设置为:
如果没有按键,则时钟正常走下去。
第一个按键为切换按键,用于显示不同界面的切换。
默认显示为时分秒,如果按键一次,切换为显示年月日;如果按键两次,切换为显示闹铃时间;再按一次则跳回显示时分秒;第二个按键为调整时间,当第一次按下的时候,进入调整状态,把定时器关掉,时钟就停止走动;这时当按下第三个按键可以对秒进行加1的操作,当按下第
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