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1、单片机原理与应用课程设计单片机原理与应用课程设计系系别别: : 信息科学与电气工程学院信息科学与电气工程学院班班级级: :姓姓名名: :学学号号: :指导教师指导教师: :实践地点实践地点: :时时间间: :课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书题题目目简易计数器的设计简易计数器的设计系系(部部)信息科学与电气工程学院信息科学与电气工程学院专专业业电气工程及其自动化电气工程及其自动化班班级级学生姓名学生姓名学学号号12月月15日至日至12月月19日日指导教师指导教师(签字签字)系系 主主 任任(签字签字)2012 年年 12 月月日日一、设计内容及要求一、设计内容及要求使用 51 单片机设计
2、一个简易计数器，要求能够：1）测量方波脉冲个数2）测量方波脉冲的频率二、设计原始资料二、设计原始资料单片机原理及应用教程范立南2006 年 1 月单片机原理及应用教程刘瑞新2003 年 07 月三、设计完成后提交的文件和图表三、设计完成后提交的文件和图表1计算说明书部分1）方案论证报告打印版或手写版2）程序流程图3）具体程序2图纸部分：具体电路原理图打印版四、进程安排四、进程安排教学内容学时地点资料查阅与学习讨论1 天单片机实验室分散设计2 天单片机实验室编写报告1 天单片机实验室成果验收1 天单片机实验室五、主要参考资料五、主要参考资料单片机原理及接口技术李全利数字电子技术【美】Thomas
3、 L.Floyd 著单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真张靖武2007 年 4 月指导老师成绩指导老师成绩答辩小组成绩答辩小组成绩总成绩总成绩1目录第一章 绪 论.21.1 以单片机为核心的嵌入式系统.21.2 本研究课题的发展趋势21.3 设计研究的要求及主要内容应解决的问题3第二章 整体设计方案.32.1 设计方案32.2 设计原理3第三章 硬件电路设计.43.1 最小系统设计43.2 重要元器件介绍43.2.1 单片机介绍.43.2.2 数码管的介绍.83.3 proteus 软件介绍.83.4 电路仿真.错误！未定义书签。错误！未定义书签。第四章 软件设计.94.1 系统软件设计流
4、程图94.2 keil 软件调试.124.4.1 软件介绍.144.4.2 系统概述.144.4.3 Keil C51 单片机软件开发系统的整体结构15结论错误！未定义书签。错误！未定义书签。参考书目.162摘要摘要简易计数器是一种用十进制数字显示被测信号的数字测量仪器.它的基本功能是测量方波脉冲个数、测量方波脉冲的频率。本设计报告主要讲述了简易计数器的工作原理以及其各个组成部分，记述了在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及对它们的调试、对调试结果的分析，到最后得到比较满意的实验结果的方方面面 。第一章第一章 绪绪 论论本章介绍了计数器的发展状况，
5、 对当前各种计数器的特点及其计数器的未来发展趋势作了概况。1.11.1 以单片机为核心的嵌入式系统以单片机为核心的嵌入式系统嵌入式系统与单片机以其稳定，快速反应，能耗小，成本低，绝对安全 而在工业上广 泛应用。 人才市场方面，这是人才最稀缺的开发领域之一。 我们这方面的讲师在西门 子， 施耐德等企业工作过， 有 8 年丰富开发经验高级工程师。 他们根据当前企业的需求， 用自己丰富的开发经验，深入浅出的手把手带你成为软件硬件兼顾的高级开发人才。让 你成为国际大企业的抢手人选。1.21.2 本研究课题的发展趋势本研究课题的发展趋势1.单片机的特点：单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微
6、型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、 智能化、 微型化， 且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）2.在工业控制中的应用：用单片机可以构成形式多样的控制系统、 数据采集系统。 例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用：可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音
7、响视频器材、再到电子秤量设备，八门，无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用：3现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。1.31.3 设计研究的要求及主要内容及解决的问题设计研究的要求及主要内容及解决的问题要求：1. 利用单片机实现对脉冲个数的计数；2. 显示当前的脉冲数；应解决问题：基于单片机构成的产品自动计数器研究的主要内容包括：如果构
8、成检测电路、MCS-51单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、 LED显示驱动模块的选择。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高 MCS-51 单片机的抗干扰能力以及稳定性。第二章第二章 整体设计方案整体设计方案2.12.1 设计方案设计方案系统采用 8051 为核心的单片机控制系统，采用测量 1 秒内脉冲个数即为频率，然后把每次记下的脉冲个数加进 36H 中。计数的设计要求单片机计数器的方式控制寄存器TMOD 中的 GATE 位=1 时， 可以很方便的进行 INT0 引脚的外部输入信号的时间间隔测量。2.22.2 设计原理设计原理利用 AT89C51 单片机来制作一个手动计数器
9、，在 AT89C51 单片机,系统板上硬件连线由 T0 口管脚用导线连接单次脉冲发生器，作为手动计数的按钮；由 P0 口与 P1 口接输出数码管，数码管显示当前按键次数。分别作为计数的十位数，与个位数。4第三章第三章 硬件电路设计硬件电路设计3.13.1 总电路设计总电路设计图 31 计数器总电路3.23.2 重要元器件介绍重要元器件介绍3.2.1 单片机介绍1. MCS-51 系列单片机简介8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051 单片机包含中央处理器、 程序存储器(ROM)、 数据存储器(RAM)、 定时/计数器、并行接口、串行接口和中断
10、系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)：8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元， 它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数5据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图 3-2 8051 内
11、部结构图程序存储器(ROM)：8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM)：8051 有两个 16 位的可编程定时/计数器， 以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：8051 内置一个全双工串行通信口， 用于与其它设备间的串行数据传送， 该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。中断系统：8051 具备较完善的中断功能， 有两个外中断、 两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足
12、不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。时钟电路：8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路， 用于产生整个单片机运行的脉冲时序， 但8051 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型， 一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储6器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL 的 MCS-51 系列单片机采用的是哈佛结构的形式， 而后续产品 16 位的 MCS-96 系列单片机则采用普林斯顿结构下图是 MCS-51 系列单片机的内部结构示意图 3-3图 3-3 MCS-51
13、结构图MCS-51 的引脚说明：MCS-51系列单片机中的 8031、 8051及8751均采用 40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：若图 3-47图 3-4 双列直插式封装引脚图Pin9:RESET/Vpd 复位信号复用脚，当 8051 通电，时钟电路开始工作，在 RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 PC 指向 0000H，P0-P3 输出口全部为高电平
14、，堆栈指针写入 07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态，8051 的初始态。8051 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位。此外，RESET/Vpd 还是一复用脚，Vcc 掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。见下图 3-5 为两种复位方式和两种时钟方式：图 3-5 复位方式图与时钟方式图Pin30:ALE/当访问外部程序器时， ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE 端将有一个 1
15、/6 时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE 会跳过一个脉冲。如果单片机是 EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC 的 16 位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上，由 CPU 读8入并执行。Pin31:EA/Vpp 程序存储器的内外部选通线，8051 和 8751 单片机，内置有 4kB 的程序存储器，当 EA 为高电平并且程序地址小于 4kB 时，读取内部程序存储器指令数据，而超过 4k
16、B 地址则读取外部指令数据。如 EA 为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。 显然， 对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。 在编程时， EA/Vpp脚还需加上 21V 的编程电压。3.2.2 数码管的介绍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。3.23 数码管的显示电路选用的是两位一体的共阳极数码管,显示电路如图3.33.3 proteusproteus 软件介绍软件介绍Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件（该软件中
