单片机课程设计(计数器)(共29页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计报告题 目： 计数器设计 学 院： 信息学院 专 业： 计算机 学 号： 19 姓 名： 吴昱建 指导教师： 李伟 李大海 完成日期： 2014 年 6 月 14 日 目录一、课程设计的目的1、通过本课程设计使学生进一步巩固单片机原理及应用的基本概念、基本理论，分析问题的基本方法，增强系统地运用已学的理论知识解决实际问题的能力和查阅资料的能力。培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找解决方案。二、课程设计的任务和要求2.1题目：计数器设计2.2设计要求：设计十进制0-99的计数器，采用按键计数，数码管显示。1

2、、采用按键产生计数值：按下按键，计数值加1；2、采用两位数码管显示，计数初值为0；3、当计数达到99时，再次按下按键，计数值从1开始增加；4、设计一个按键，用于清空计数值。三、总体设计3.1.硬件设计思路及系统框图 1)硬件设计思路：00-99加计数器硬件系统主要由AT89S51单片机，数码管,电容，电源等元件组成，利用单片机的P0口、P1口作为输出端，来控制数码管的显示，通过单片中烧入程序，然后利用 P3.7口作为输入端，通过点动控制实现开关量的控制和计数,然后再通过数码显示器显示出来。通过调试仿真从而实现00-99加计数。 元件名称型号数量/个用途单片机AT89S511控制核心晶振12MH

3、Z1晶振电路电容30uF2晶振电路排阻Respack82上位电阻电阻10k1复位电路电源+5v1提供电源拨码开关BUTTON_11发出信号数码管7SEG-MPX1-CC2显示电路2) 原器件清单3) 系统框图单片机数码管电子电路开关 系统框图3.2软件设计思路及程序流程框图1) 软件设计思路：实现00-99计数功能，子程序实现将高低电位转化为数码管的十进制数字，实现手动开关计数。通过手动给脉冲信号，实现计数，再加到99时，在手动给脉冲时，回到初始状态00，从而实现00到99加计数。2）对照表3) 程序流程图 开 始 程序框图Count初始为0数码显示“00”按键识别成功吗？Count=Coun

4、t+1Count=100吗？显示Count计数器YNNY程序流程图四、硬件设计4.1 设计目的设计十进制0-99的计数器，采用按键计数，数码管显示。1、采用按键产生计数值：按下按键，计数值加1；2、采用两位数码管显示，计数初值为0；3、当计数达到99时，再次按下按键，计数值从1开始增加；4、设计一个按键，用于清空计数值。4.2 电路设计原理0099加减计数器硬件主要由AT89C51单片机，数码管,电容，电源等元件组成，利用单片机的P0口、P2口作为输出端，来控制数码管的显示，通过单片中烧入程序，然后利用 P3.2，P3.3口作为输入端，通过点动控制实现开关量的控制和计数,然后再通过数码显示器显

5、示出来。通过调试仿真从而实现00-99加减计数。4.3 总体电路设计图4.1 总体电路图4.3.1系统板上硬件连线： （1把“单片机系统”区域中的P0.0/AD0P0.7/AD7端口用8芯排线连接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一个ah端口上；要求：P0.0/AD0对应着a，P0.1/AD1对应着b，P0.7/AD7对应着h。（2把“单片机系统”区域中的P2.0/A8P2.7/A15端口用8芯排线连接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一个数码管的ah端口上； （3把“单片机系统”区域中的P3.7/RD端口用导线连接到“独立式键盘”区域中的SP1端口上； 4.3.23元件清单 元件名称型号

6、数量/个用途单片机AT89C511控制核心晶振12MHZ1晶振电路电容30uF2晶振电路排阻Respack81上位电阻电阻1k1复位电路电源+5v1提供电源拨码开关BUTTON_12发出信号数码管7SEG-MPX1-CC2显示电路4.3 单片机电路设计4.3.1 80C51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：0Hz24Hz 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 片内震荡器和时钟电路2）管脚说明：电源

7、引脚 Vcc（40脚）：典型值5V。 Vss（20脚）：接低电平。外部晶振 XTAL1、XTAL2分别与晶振两端相连接。输入输出口引脚： P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 控制引脚： RST、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。 RST（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。 ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。 第二功能：编程脉冲输入。 -PSEN（2

8、9脚）：外部程序存储器读选通信号。 -EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器使能端。 第二功能：编程电压输入端（+21V）。AT89C51单片机的P口特点： P0口：是一个8位漏极开路输出型双向I/O端口。作为输出端口时，每位能以吸收电流的方式驱动8 个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序或数据存储器时，它是时分多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间将激活内部的上拉电阻。 P1口：P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2

9、口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。 P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。在访问外部程序存储器时和16位外部地址的外部数据存储器（如执行 MOVX DPTR）时，P2口送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX RI）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器(SFR)区中的P2寄存器的

10、内容），在整个访问期间不会改变。 P3口：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。（2）排阻的作用所谓排阻就是若干个参数完全相同的电阻，它们的一个引脚都连到一起，作为公共引脚。其余引脚正常引出。所以如果一个排阻是由n个电阻构成的，那么它就有n+1只引脚，一般来说，最左边的那个是公共引脚。它在排阻上一般用一个色点标出来。排阻一般应用在数字电路上，比如：作为某个并行口的上

11、拉或者下拉电阻用。使用排阻比用若干只固定电阻更方便。 排阻有a型和b型的区别。 a型排阻的引脚总是奇数的。它的左端有一个公共端（用白色的圆点表示），常见的排阻有4、7、8个电阻，所以引脚共有5或8或9个。 B型排阻的引脚总是偶数的。它没有公共端，常见的排阻有4个电阻，所以引脚共有8个。 排阻的阻值读法如下：“103”表示：10k，“510”表示：51。以此类推常用于显示数码管。4.3.2 显示电路设计显示电路是一个8位共阴极LED数码管。 单片机的P0.0-P0.7 p2.0_P2.7分别与数码管的A、B、C、D、E、F、G、DP相连接。图4.1 8位共阴极LED灯4.3.3 控制电路设计控制

12、电路，键一与p3.7相连。当电键按下时接口接低电平，从而实现对计数器的控制。键一联通实现计数。 图4.2 复位电路4.3.4输出电路设计显示电路由LED数码管连接p2 P0接口实现数字的输出，由控制电路发出操作指令后，单片机调用相应程序，并将音乐信号由p2 P0口输出，通过LED实现计数显示图4.3 输出电路五、系统软件设计5.1 总体流程图系统的软件设计也是工具系统功能的设计。单片机软件的设计主要包括执行软件（完成各种实质性功能）的设计和监控软件的设计。单片机的软件设计通常要考虑以下几个方面的问题： 1、根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立的部分，设计出合理的总体结构，使软件开发

13、清晰、简洁和流程合理； 2、培养良好的编程风格，如考虑结构化程序设计、实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植和修改； 3、 建立正确的数学模型，通过仿真提高系统的性能，并选取合适的参数； 4、 绘制程序流程图； 5、 合理分配系统资源； 6、为程序加入注释，提高可读性，实施软件工程； 7、注意软件的抗干扰设计，提高系统的可靠性总体流程图图5.1程序流程图5.2单片机数码管介绍在本任务中用2位数码管显示当前数值的十位，个位，由于数码管个数不多，故采用静态显示方式， 2位数码管的相同段并联在一起，由一个6位I/O（P1口）输出字形码控制显示某一字形，每个数码管的公共端由另外一个I/O口

14、（P0口)输出的字位码控制，即数码管显示的字形是由单片机I/O口输出的字形码确定，而哪个数码管点亮是由单片机I/O口输出的字位码确定的。2个数码管分时轮流循环点亮，在同一时刻只有1个数码管点亮，但由于数码管具有余辉特性及人眼具有视觉暂留特性，所以适当地选取循环扫描频率，看上去所有数码管是同时点亮的，察觉不出闪烁现象。动态显示方式所接数码管不能太多，否则会因每个数码管所分配的实际导通时间太少，使得数码管的亮度不足。在本任务中，为了简便，字形码和字位码都没由加驱动电路，在实际应用中应加驱动电路。数码管有共阴极和共阳极两种， 对于共阳数码管，字形驱动输出0有效，字位驱动输出1有效；而对于共阴数码管则

15、相反，即：字形驱动输出1有效，字位驱动输出0有效 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，每一段包含一个发光二极管。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。图是共

16、阳式、共阴式LED数码管的原理图和符号。 5.3 数码管显示实现unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;5.4 键控子程序键控子程序主要由开始计数程序组成，由一个计数器中断实现。while(1) if(P3_7=0) delay10ms(); if(P3_7=0) Count+; if(Count=100) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(P3_7=0);5.5 C语言源程序： C语言介绍 C语言是一种面向过程的计

17、算机程序设计语言，它是目前众多计算机语言中举世公认的优秀的结构程序设计语言之一。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。1978后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。 C语言发展如此迅速，而且成为最受欢迎的语言之一，主要因为它具有强大的功能。许多著名的系统软件，如DBASE 都是由C 语言编写的。用C 语言加上一些汇编语言子程序，就更能显示C 语言的优势了，像PC- DOS 、WORDSTAR等就是用这种方法编写的。 C语言是一种成功的系统描述语言，用C语言开发的UNIX操作系统就是一个成功的范例;同时C语言又是一种通用的程序设计语言，在国际上广泛流行。世界上很多著

18、名的计算公司都成功的开发了不同版本的C语言，很多优秀的应用程序也都使用C语言开发的，它是一种很有发展前途的高级程序设计语言。 1. C是中级语言。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作， 而这三者是计算机最基本的工作单元。 2. C是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C 语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。 3. C语言功能齐全。具

19、有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大，可以实现决策目的的游戏。 4. C语言适用范围大。适合于多种操作系统，如Windows、DOS、UNIX等等；也适用于多种机型。 5. C语言对编写需要硬件进行操作的场合，明显优于其它解释型高级语言，有一些大型应用软件也是用C语言编写的。 6. C语言具有较好的可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。它是数值计算的高级语言。7.#include unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x

20、7d,0x07,0x7f,0x6f; unsigned char Count; void delay10ms(void) unsigned char i,j; for(i=20;i0;i-) for(j=248;j0;j-); void main(void) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(1) if(P3_7=0) delay10ms(); if(P3_7=0) Count+; if(Count=100) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(P3_7=0);

21、 六、电路仿真调试6.1 仿真平台软件介绍 Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国

22、内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 系统概述 目前流行的51系列单片机开发软件是德国Keil公司推出的Keil C51软件，Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。下面详细介绍Ke

23、il C51开发系统各部分功能和使用。 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构，uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿

24、真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。 Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。ProteusProteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EAD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。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协

25、同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。迄今为止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，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、KEIL和MATLAB等多种编译器件库超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支

26、持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。仿真功能ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件； 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入； 丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪

27、器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等； 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动； 高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析。单片机协同支持主流的cpu类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC

28、24、dsPIC33、HC11、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信； 实时仿真：支持UART/USART/仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。 编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带805

29、1、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试。设计平台原理图到PCB的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计； 先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理； 完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D 可视化预览； 多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导

30、出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。6.2 仿真测试点击开关，开始仿真测试： 按键一及p3.7低电位，开始计数如图：再次点击按键，在此计数。 计数到99后又重新归06.3 测试总结计数器很好的实现了计数的功能，并满足了下面的要求：设计十进制0-99的计数器，采用按键计数，数码管显示。1、采用按键产生计数值：按下按键，计数值加1；2、采用两位数码管显示，计数初值为0；3、当计数达到99时，再次按下按键，计数值从1开始增加；4、设计一个按键，用于清空计数值。心得体会通过两周的单片机课程设计，让人感受颇深，虽然有关于单片机的知识，但更重要的是团队合作。刚开始时

31、，我们有点迷茫，我懂得知识理论的知识但要实际操作，总是有差距的，虽然对于我们来说有一定的难度，但是我们经研究从最简单的编程开始，对于80C51单片机的编程，我们使用的是我们所学汇编语言，结合自己所学的及寻找大量资料，我们几个拟定了初步的程序，然后进行修改及用Keil软件进行调试， 然后进一步修改，最终在我们努力下，完成了程序。结束了软件，我们开始进行硬件，我们用Proteus 软件进行绘图和仿真，在这一过程中，我们对该软件有了进一步的认识，与此同时，我们从中也学会了许多关于软件方面的知识。在仿真过程中，我们遇到一些问题，如:连线的问题、数码管不显示但通电、寻找合适的器件等问题，但在我们小团队的

32、学习、查询问题缘由、及努力、老师的帮助下，这些问题都一一得到解答。最终在我们的努力及精诚合作下，我们完成了我们的00-99加计数器课程设任务。 通过这次的课程设计作品的制作让我对单片机的理论有了更深入的了解，同时在具体的制作过程中我们发现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方面问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易的得到预想中的结果，有时甚至差别很大。通过这次实践使我们更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们今后学习工作中会更加注重实际，避免成为只会纸上谈兵

33、。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，对单片机汇编语言掌握得不够好。这次课程设计通过自己的努力，同学的帮助，还有老师的辛勤指导下，最终顺利完成。附录一具体代码： #include unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; unsigned char Count; void delay10ms(void) unsigned char i,j; for(i=20;i0;i-) for(j=248;j0;j-); void main(v

34、oid) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(1) if(P3_7=0) delay10ms(); if(P3_7=0) Count+; if(Count=100) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(P3_7=0); 附录二七、参考文献1 汪文.单片机原理及应用 M.武汉：华中科技大学出版社，20072 杜华兵.MCS51单片机原理及应用 M.武汉：华中科技大学出版社，20023 邹久明 80C51 单片机实用技术 北京航空航天大学出版社4 张大明 单片微机控制应用技术实操指导书 机械工业出版社5 张靖武，周灵斌编著.单片机原理、应用与PROTEUS仿真北京：电子工业出版社，2008.8 专心-专注-专业