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1、课程设计任务书学生姓名： 甘丽 专业班级： 电信0901班 指导教师： 陈德军 工作单位： 信息工程学院 题 目：简易波形计数初始条件：具备编程基础知识和设计能力；具备查阅资料的基本方法；熟悉常用的电子器件；熟悉电子设计常用软件的使用；要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、设计简易波形计数的程序；2、频率测量范围为100Hz10KHz；3、制作并调试所设计电路；4、掌握单片机的基本使用；5、撰写符合学校要求的课程设计说明书。时间安排：时间一周，其中2天原理设计，3天电路调试指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要近年
2、来，单片微型计算机以其强大的生命力飞速发展，在工业控制、智能仪器仪表、智能化设备和家用电器等领域得到了广泛的应用，因而引起了各行各业的极大关注，有着广阔的发展前景。本次课设的是简易波形计数。其设计目的是使学生通过这一实践环节，增强单片机扩展接口设计及其实际应用能力。在设计中，我是设计一个4位数显频计数器，通过显示给定频率来计算其周期。并且通过两个外部中断来控制单片机的计数和暂停。编程时用keil软件编程，要求熟练运用protues软件进行仿真。 关键字：计数器、keil编程、protues仿真1 8051单片机简介1.1 8051单片机概述51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统
3、的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。1.2 51单片机主要功能51单片机的主要参数和功能功能如下：8位CPU4kbytes 程序存储器(ROM) (52为8K) 256bytes的数据存储器(RAM)
4、（52有384bytes的RAM） 2条I/O口线111条指令，大部分为单字节指令 21个专用寄存器 2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级（52有6个）一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址空间为64kB 外部程序存储器寻址空间为64kB 逻辑操作位寻址功能双列直插40PinDIP封装 单一+5V电源供电CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出；T/C：两个定时/记数器，既可以
5、工作在定时模式，也可以工作在记数模式；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为12M。2 软件简介2.1 PROTUES软件简介2.1.1PROTUES概述Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。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
6、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(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前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MPLAB等多种编译器。2.1.2 P
7、ROTUES功能特点Protues软件除了具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能外，可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。2.1.3 PROTUES电路功能仿真在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTUES 是单片机课堂教学的先进助手。PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示
8、实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTUES提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单
9、片机开发应用中PROTUES也能茯得愈来愈广泛的应用。2.1 Keil简介单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，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
10、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）将这些部份组合在一起。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。3 设计思路及原理3.1 设计思路本次课程设计要求测定一方波的周期，由方波周期的公式T=1/F可知，要求输入方波的周期，需要知道在1s内计数的方波的个数，所以现在面临两个问题：第一、单片机怎么设定一秒钟的定时，第二、单片机怎么确定在这一秒钟内计数的方波的个数。对于第一个问题，可以使用定时器0的方式2自动重装模式，在晶振主频为12MHz
11、的情况下，得到准确的定时结果。在定时器0在方式2模式下，最大得到计数值为28 （256个脉冲）。在这种方式下，在TH0和TL0两个寄存器中，TH0专用于寄存器8为计数初值并保持不变，TL0进行8位加1计数，当TL0计数溢出是，除产生溢出中断请求外，还自动将TH0中不变的初值重新转载到TL0。对于第二个问题，由于不知道在一秒钟将要计数的脉冲的个数，所以应使用计数器所能达到的最大的模式，即计数器1的方式1。在方式1下，计数寄存器的位数是16位，由TH1和TL1寄存器个提供8位计数初值，当TL1低8位计数满回零时TH1进位，即TH1中的1代表256。在定时器0定时满1秒时，读取TH1和TL1中的数值
12、，然后将TH1乘以256加上TL1中的数值，即为计数的总的脉冲数，脉冲数的倒数即为周期值。但考虑到单片机不易显示小数值，所以可将一秒钟转换为106微秒，用106除以计数的脉冲数，得到所测量脉冲周期的微秒表示形式，并使用四位数码管显示出来。计数方式 ：外部输入信号是加到T1（P 3.5）。外部输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时，定时器加1,外部输入信号最高的计数速率是晶振频率的1/24。 3.2 程序流程图3.3定时器/计数器的工作原理当定时器/计数器为定时工作方式时，计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生，即每过一个机器周期，计数器加1，直至计满溢出为止。显然，定时器的定时时间与系统的振荡
13、频率有关。因一个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率fcount=1/12osc。如果晶振为12MHz，则计数周期为：T=1/（12106）Hz1/12=1s这是最短的定时周期。若要延长定时时间，则需要改变定时器的初值，并要适当选择定时器的长度（如8位、13位、16位等）。TMOD定时器/计数器方式寄存器定时器方式控制寄存器TMOD在特殊功能寄存器中，字节地址为89H，无位地址。TMOD的格式如表3.3.1所示。D7D6D5D4D3D2D1D0符号GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0 表3.3.1TMOD定时器/计数器方式寄存器由上可见，TMOD的高4位用于T1，低4使用于T0，4
14、种符号的含义如下：GATE：门控制位。GATE和软件控制位TR、外部引脚信号INT的状态,共同控制定时器计数器的打开或关闭。CT：定时器计数器选择位。C/T1，为计数器方式；CT0，为定时器方式。M1M0：工作方式选择位，定时器计数器的4种工作方式由M1M0设定。其工作方式如表3.3.2所示：M1M0工作方式功能描述00 工作方式013位计数器01工作方式116位计数器10工作方式2自动再装入8位计数器11 工作方式3定时器0：分成两个8位计数器；定时器1：停止计数表3.3.2 TMOD工作方式定时器/计数器方式控制寄存器TMOD不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置定时器工作方式，低半字节定义为定时器0，高半字节定义为定时器1。复位时，TMOD所有位均为0。 TCON定时器/计数器控制寄存器TCON在特殊功能寄存器中，字节地址为88H，位地址(由低位到高位)为88H一8FH。TCON是一个多功能的寄存器，其格式如表3.3.3所示：地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H符号位TF1TR1TF0TR0ID1IT1IE0
