定时器_课程设计(16页).doc

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1、-二一 四二一五学年第 一 学期西安理工大学高科学院课程设计报告书课程名称： 微机原理课程设计 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 二一四年 十二 月 二十 日课程设计任务书 2014 年 秋 季学期学生姓名学 号专业方向计算机科学与技术班 级题目名称 定时器设计题目介绍用8253芯片做定时设计，当触动按钮的时候，开始计时，60S后，计时结束，LED灯亮。 一、 课程设计总结报告要求二、设计进度 指导教师签字:目 录第1章 方案论证1.1 课程设计的目的和要求11.2 总体设计1 第2章 硬件设计2 2.1 AT89S51芯片概述 22.2 LED数码管显示器概述 5 2.3 其他元器件

2、介绍及参数选择 7第3章 软件设计 8 3.1 程序框图8 3.2 定时/计数器初值计算 83.3 软件程序9第4章 调试与仿真4.1 Keil软件介绍及使用10 4.2 Proteus软件介绍及使用10 课程设计心得体会11参考文献11第一章 方案论证1.1 课程设计的目的和要求1目的课程设计是微机原理课程教学的最后一个环节，是对学生进行全面的系统的训练。进行课程设计可以让学生把学过的比较零碎的知识系统化，真正的能够把学过的知识落到实处，能够开发简单的系统，也进一步激发了学生再深一步学习的热情，因此课程设计是必不可少的，是非常必要的。课程设计是提高学生单片机技术应用能力以及文字总结能力的综合

3、训练环节，是配合单片机课程内容掌握、应用得的专门性实践类课程。通过典型实际问题的实际，训练学生的软硬件的综合设计、调试能力以及文字组织能力，建立系统设计概念，加强工程应用思维方式的训练，同时对教学内容做一定的扩充。2要求利用T0产生1秒的定时，当1秒定时时间到，秒计时器价1。秒计时到60时，自动从0开始。3. 目标通过课程设计，使自己深刻理解并掌握基本概念，掌握单片机的基本应用程序设计及综合应用程序设计的方法。通过做一个综合性训练题目，达到对内容的消化、理解并提高解决问题的能力的目的。1.2 总体设计本设计由硬件设计和软件设计两部分组成，总电路如图1所示，硬件设计主要包括单片机芯片选择，数码管

4、选择及晶振，电容，电阻等元器件的选择及其参数的确定；软件设计主要是实现60秒计数程序的编写，包括利用中断实现1秒的定时及60秒的计数。图1：60秒计数总体电路设计第二章 硬件设计2.1 AT89C51的芯片概述 AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为

5、许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 其工作电压在4.5V,一般我们选用5V电压。外形及引脚排列如图2所示 l 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：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32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 l 管脚说明(1)电源及时钟引脚（4个）Vcc: 电源接入引脚Vss：接地引脚XTAL1：晶振震荡器接入的一个引脚（采用外部振荡器

6、时，此引脚接地）;XTAL2:晶体振荡器的另一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡器信号的输入端）。（2）控制线引脚（4个）RST/Vpd：复位信号输入引脚/备用电源输入引脚；ALE：地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚：EA:内外存储器选择引脚/片外EPROM编程电压输入引脚；PSEN：外部程序存储器选通信号输出引脚。（3）并行I/O引脚P0.0-P0.7：一般I/O口引脚或数据/低位地址总线复用引脚；P1.0-P1.7：一般I/O口引脚；P2.0-P2.7：一般I/O口引脚或高位地址总线引脚；P3.0-P3.7：一般I/O口引脚或第二功能引脚l 振荡器特性:XTAL1和XTA

7、L2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 2.2 LED数码管显示器概述本设计中采用的是7SEGCOM ANODE型号数码管，它是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。实物如图3所示：图3：7SEGCOM ANODE型号数码管l 数码管的分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位

8、、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。LED数码管有两种连接方法如下：共阳极接法。把发光二极管的阳极连在一起构成

9、公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。 共阴极接法。把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。 LED数码显示器的显示段码。 为了显示字符，要为LED显示器段码（或称字形代码），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显示器的显示段码为1个字节。各段码位的对应关系如下表所示.十六进制数及空白字符与P的显示段码-第 16 页-段码位 D7 D6 D5 D4 D6 D2 D1 D0 显示段 pd g f e d e b a 字型 共阳极段码 共阴极段码 字型 共阳极段码

10、 0 C0H 3FH 9 90H 1 F9H 06H A 88H 2 A4H 5BM B 83H 3 B0H 4FH C C6H 4 99H 66H D A1H 5 92H 6DH E 86H 6 82H 7DH F 84H 7 F8H 07H 空白 FFH 8 80H 7FH P 8CH l 数码管的驱动方式数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进

11、行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通C

12、OM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。l 数码管参数8字高度：8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。范围一般为0.25-20英寸。长*宽*高：长数码管正放时

13、，水平方向的长度；宽数码管正放时，垂直方向上的长度；高数码管的厚度。时钟点：四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。l 数码管应用数码管是一类显示屏 通过对其不同的管脚输入相对的电流 会使其发亮 从而显示出 数字 能够显示 时间 日期 温度 等所有可用数字表示的参数 由于它的价格便宜 使用简单 在电器 特别是家电领域应用极为广泛 空调 热水器 冰箱 等等 绝大多数 热水器用的都是数码管 其他家电 也用液晶屏与 荧光屏 l 数码管使用的电流与电压电流：静态时，推荐使用10-15mA；动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5mA，峰值电流50-60mA。电压：查

14、引脚排布图，看一下每段的芯片数量是多少？当红色时，使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数；当绿色时，使用2.1V乘以每段的芯片串联的个数。l 怎样测量数码管引脚，分共阴和共阳?找公共共阴和公共共阳：首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K（几百欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的，找到一个就够了，然后GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阳的。也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源

15、的负极。2.3 其他元器件介绍及参数选择本设计中还用到其他一些元器件，例如：晶振，电容，电阻排，电解电容，开关等等。晶振采用频率为12MHZ，连接的两个电容为30pF；电阻排为470*8，能够实现8个470欧电阻的等效替换；电解电容为10u。第3章 软件设计3.1 程序框图3.2 定时/计数器初值计算T89S51单片机的内部16位定时/计数器是一个可编程定时/计数器，它既可以工作在13位定时方式，也可以工作在16位定时方式和8位定时方式。只要通过设置特殊功能寄存器TMOD，即可完成。定时/计数器何时工作也是通过软件来设定TCON特殊功能寄存器来完成的。现在我们选择16位定时工作方式，对于T0来

16、说，最大定时也只有65536us，即65.536ms，无法达到我们所需要的1秒的定时，因此，我们必须通过软件来处理这个问题，假设我们取T0的最大定时为50ms，即要定时1秒需要经过20次的50ms的定时。对于这20次我们就可以采用软件的方法来统计了。因此，我们设定TMOD00000001B，即TMOD01H下面我们要给T0定时/计数器的TH0，TL0装入预置初值，通过下面的公式可以计算出TH0（21650000） / 256TL0（21650000） MOD 256当T0在工作的时候，我们如何得知50ms的定时时间已到，这回我们通过检测TCON特殊功能寄存器中的TF0标志位，如果TF01表示定

17、时时间已到。3.3 软件程序SECEQU30H;秒计数单元COUNTEQU31H;50ms计数单元 ORG00HSTART: MOVSEC,#0;秒计数单元清零 MOVCOUNT,#00H;50ms计数单元赋初值 MOVTMOD,#01H;设T0为方式1 MOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0H;50ms定时初值 SETBET0;允许T0中断 SETB TR0 ;启动T0计数;显示程序DISP:MOV A,SEC MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#DISP_TAB ;查表得到字形码 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,B MOVC A,A+DPT

18、R MOV P2,A;50ms定时中断服务程序TS: JNB TF0,TS CLR TF0 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H INC COUNT MOV A,COUNT CJNE A,#20,NEXT MOV COUNT,#0 MOV A,SEC ADD A,#1;秒加1 MOV SEC,A;存秒 CJNE A,#60,NEX;不到60秒则退出 MOV SEC,#0;秒单元清零NEXT: LJMP TSNEX: LJMP DISPDISP_TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END第四章 软件调试4.1 系统调试工具k

19、eil c51 Keil C51 仿真器是一款利用KEIL C51 的IDE 集成开发环境作为仿真环境的廉价仿真器，是利用SST公司具有IAP功能的单片机SST89C58制作而成，主要是利用了SST89C58的IAP功能，所谓IAP功能是In application program 的英文缩写，是在应用编程的意思，通俗一点讲就是：它可以通过串口将用户的程序下载到单片机中，可以通过串口对单片机进行编程。它之所以具有这种功能，实际上它有两块程序flash区，其中一块flash中运行的程序可以更改另外的一块程序flash区中的程序，正是利用这一特性才用它作成了仿真器，我们把仿真器的监控程序事先烧入S

20、ST89C58，监控程序通过SST89C58的串口和PC通讯，当使用KEIL C51的IDE环境仿真时，用户的程序通过串口被监控程序写入flash程序区中，当用户设置断点等操作仿真程序时，flash程序中的用户程序也在相应的更改，从而实现了仿真功能 。调试的主要方法 ：1. 启动Keil c51 2. 新建一个工程。Project菜单New project ，选择好我们要保存的文件夹后，键入Frist 保存。接着弹出CPU类型选择框，我们选择最常用的AT89C51,按确定。3. 在工程中加入文件。新建一个文件，文件菜单FileNew，我们再选择：文件菜单FileSave As? （另存为）弹出

21、 对话框后，我们文件名框中键入First.c（注意文件后缀名是 .c）保存。C文件建好啦。现在我们把文件加入到工程中去。 点击Target 1前面的+号，右键单击Source Group 1选择Add Files to Group ，Source Group 1，选择添加 Add。编译运行，检查程序是否有错误。4.2 PROTEUS Proteus是一款EDA软件，该软件具有模拟电路仿真，数字电路仿真，单片机以及外围电路组成的系统的仿真，RS-232动态仿真，I2C调试器，SPI调试器，键盘和LCD系统的仿真，以及各种虚拟仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器等。该软件目前支持的单片机类型有：

22、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM以及各种外围芯片。该软件还支持大量的存储器和外围芯片，所以，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件。调试方法：首先用Keil软件将C编译成HEX文件，打开Keil软件，新建一个文档，输入C程序，保存成C格式文件，然后新建工程，连接单片机为AT89C51，选择Options for target，选择OUTPUT子菜单，在Create HEX Fi前打钩，DeBug子菜单中，Settings选择ProteusVSM Simulator，USE前打钩，再次运行文件

23、，成功后在目录下会生成HEX文件，打开Proteus软件，或直接点击DSN文件，双击单片机模板，点击文件夹式样的图标选择对应的HEX驱动文件，然后点击开始，进行调试心得体会在这次单片机课程设计中，我觉得最大的收获就是提高了自己的动手及思考解决问题的能力，平常以为很明白的程序，在仿真过程中却发现并不是想象的那么简单，设计的过程中失败了很多次，但通过自己的不懈努力最终获得设计的成功！在这里要特别感谢陈玉玲老师，谢谢她课堂上的引导，使自己明确了设计方向，避免了许多错误。参考文献：1.李全利. 单片机原理及应用技术 高等教育出版社2.吴金荣. 8051单片机实践与应用 清华大学出版社3. 张迎辉 贡雪梅. 单片机实训教程