51单片基的方波周期的测量.docx

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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:目录摘要近年来，单片微型计算机

2、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F1.0 Pl. 1PL 2 PL 3 4PL 3 P1.6 P1. 7UST/Vi-d 也 O/

3、RXD pa I. unP3, S/IYIO ：V p：1 4/ rq P3, s/n 也均，唾 P3./丽XTAL2 XI AL IVssO 9 K- 7 h 5 4 3 2 I O 9 K - i ti 5 4-32 4 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 z 2 2J 皤068/窗 J08 Vet. n PO 口 =Ml PO,2n PO, 3 同一， 3 ro.e3 ro.7 kA/Vh- Al e闻而3 K0J=1 P2. 7 口 H2. fi P2,5 33 P2.3zi P2.2 n P2. 1口 P2.01 8051单片机简介1.1 8051单片机概述51单片机

4、是对目前所有兼容Intel 8031指令 系统的单片机的统称。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。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）256

5、bytes的数据存储器（RAM） （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8051内部结构程序存储器11数据存储器定时计数器IHTTITTn8051hOh串行通信口时钟中断系统据线址线制线数总地总控总并行I/O口1.2 51单片机主要功能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

6、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 12M2 软件简介2.1 PROTUESa件简介2.1.1 PROTUES既述Protues软件是英国Labcenter el

7、ectronics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、

8、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、 AVR、 ARM 、 8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系歹处理器，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 PROTUES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，

9、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

10、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。相信在单片机开发应用中PROTUES也能扶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

11、，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 I6MB1E更多RAM20M以上空闲的硬盘空间、WIN98 NT WIN2000WINXP?操作系统。3

12、 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 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

13、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， 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

14、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T开招总中断开好定时器中断V3.3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fcoun

15、t=1/12osc 。如果晶振为12MHz则计数周期为：T=1/ (12X 106) HzX 1/12=1 pS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TMO而特殊功能寄存器中，字节地址为 89H,无位地址。TMOD的格式如表3.3.1所小D7D6D5D4D3D2D1D0符号GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0表3.3.1TMODS时器/计数器方式寄存器由上可见，TMODJ高4位用于T1,低4使用于T0, 4种符号的含义如下：GATE门控制位。GATEJ软件

16、才5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。C/定时器/计数器选择位。C/T=1,为计数器方式；C/T= 0,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M1M世定。其工作方式如表3.3.2所示：M1M0工#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TMO所能进行位寻址，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，T

17、MO而有位均为00TCON定时器/计数器控制寄存器TCONS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 8FHTCON1一个多功能的寄存器，其格式如表 3.3.3所示：地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H符号位TF1TR1TF0TR0ID1IT1IE0IT0表3.3.3 TCON定时器/计数器控制寄存器 TCON在TCONJ存器中,定时/计数器的控制仅用了其中的高 4位，其意义如下：TF1: T1溢出中断请求标志。TF1=1, T1有溢出中断请求。TF1=0, T1无溢出中断请求。TR1: T1运行控制位。TR1=1,启动T1工作。TR1=0停止T1工

18、作。TF0: T0溢出中断请求标志。其功能及操作情况同TF1。TRQ T0运行控制位。其功能及操作情况同 TR1。IE1 :外部中断1请求标志。IT1 :外部中断1触发方式选择位。IE0:外部中断0请求标志。IT0:外部中断0触发方式选择位。4单片机模块电路分析4.1 单片机最小系统模块C1.B二 TETrT: 丁cs -图4.1.1单片机最小模块电路图XTALIPDIYXDD ，口 J依 01 PD2AC2XTALZpg总grunpqsapsPDSAMR3TramsF2.1WSFZ2TATUF5CT启MALEFZ4/A1LZ匹FZfirAI*建才殖临IM IFTZPIpj 1/TXSPUNF

19、ILZIN IUP1 JvjjfirnPt .PtSP3WT1F1 Pl JFi.rfflT989C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单、可 靠。用80C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可， 如上图89C51单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型 的控制单元。其应用特点：有可供用户使用的大量I/O 口线。内部存储器容量有限。应用系统开发具有特殊性。本次课设用到单片机的P0和P1 口管脚，P0 口管脚接数码管段码的显示，P1 口管脚的 P1.0P1.3控制四个数码管的选通信号，另外，外部中断用来暂停

20、和复位的信号通过P3.2和P3.3控制，当外部中断1开启时定时器关闭，数码管显示数值 0,当外部中断0时，开 启定时器，中断返回。并且通过 P3.5输入方波信号。所用的晶振的频率为 12MHz。4.2 数码管显示电路图4.2.1数码管显示电路在本次课程设计中采用的是四位七段共阳数码管，由于单片机输出的电流小，难以驱动四位数码管，因此，在数码管的位选端加入反相器作为对数码管的驱动，段选信号由P0口提供，由于是共阳数码管，所以流经 P0 口的电流为灌电流，所以不需要加驱动电路。在程序中不断地对数码管的端口进行刷新，当刷新的频率达到某一值时，由于人眼的视觉暂留效应，会感觉到数码管上显示的是连续的数字

21、。4.3独立键盘图4.3.1键盘电路在本次课程设计中需要用到外部中断来停止计数，外部中断由独立按键引入，按键没 有按下去时，输入端为高电平，当按键被按下去后，输入端立刻被拉为低电平，此时将产 生一个下降沿，并引发单片机产生中断命令。本次课设用到两个外部中断，分别控制暂停 和复位。1S34RBCDEFG OP-o w o-,7 4.IHCO .，U2;ATt-HCOk .TE书-4等 rh21FFF-S一-IJ-4T3|1 XI - 11TBMALIP 口口皿m.vMi F 口三皿XTA12P口 n3EW如 PCJEiRK 叩展但R31F，月 MPZDK FUN mg PZJTA11At蝴dZ曰

22、行年口事 皿倒5P1DHTZF3DTK-9田 gF13P32flWP1JiFlJfflTFTPl.*叮,FDpispawnPUSFJ.fflWPl?m脚1_t ! 1 Z*:：!U15 总电路图6 程序代码#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char图 5.1 总体电路图6 程序代码#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/* 共阳数码管段码表*/uchar code smgd= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,

23、0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e;/* 数码管位选表*/uchar code smgw= 0xf7,0xfb,0xfd,0xfe;uint count=0,n=0,prd=0;uint read()uchar tl1,th1;uint t1;tl1=TL1;TL1=0;th1=TH1;TH1=0;t1=th1*256+tl1;return t1;void delayms(uint t)uint x,y;for(x=t;x0;x-)for(y=114;y1;y-);void T0timer() interrupt 1n=n+1

24、;if(n=10000)n=0;count=read();prd=2000000/count;void smgdisplay(uint smgdata) uchar s0,s1,s2,s3;s3=smgdata/1000;if(s315)s3=15;s2=smgdata%1000/100;s1=smgdata%100/10;s0=smgdata%10;P1=smgw0;P0=smgds0;delayms(5);P1=smgw1;P0=smgds1;delayms(5);P1=smgw2;P0=smgds2;delayms(5);P1=smgw3;P0=smgds3;/ 外部中断 0/ 外部中断

25、 1delayms(5);void EXint0() interrupt 0ET0=1;void EXint1() interrupt 2ET0=0;prd=0;void main()EA=1;EX0=1;IT0=1;EX1=1;IT1=1;ET0=1;ET1=1;TMOD=0x52;TH0=56;TL0=56;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1;while(1)smgdisplay(prd);7仿真效果U0Mm012.5UKRanafl-口Po4 mt每至Msm耳FroquoncyAirpltuck- -XTALIFOSE F口海1 RQMAQ 才 HDJTAO3 HD.a/jU

26、ia FDlVAbC- FDJWAD4 ra.WADTru、WBVgEFSEW ALE 0上 IES 屋 &i1U Wil ,工心1士 FZ珈 1口 fZJffAl $1OTZ1.WTZKP30HXD ”；TS. paanrro pgjnVTl P3rn FUSTS ffajaPJF利用protues画出仿真电路图，外部通过管脚P3.5加入方波信号，波波的频率可以任 意设置，方波幅值设置为 5v,在确认电路图正确的情况下，可以调节频率为 2.5kHz,频 率的倒数即为周期，显示周期为 399us。8实物图图8.1实物图在实验室用函数信号发生器产生方波，频率可调，先用示波器测量示波器的输出信号的

27、幅度为5v,在频率调为500Hz的情况下，单片机上的数码管显示周期为 1998us接近理论值2000us,存在微小的误差，在实验室的这种条件下，误差不可消除，可以认为测量值准确。9 心得体会通过这次课设，我深刻的体会到只有将课本知识运用到实践中去才能融会贯通，平时的理论知识学的再好，在真正动手做起来时总会碰到这样或者那样的问题，编程，仿真，做实物，都需要将平时学到的零散的知识联合起来。在设计过程中，我先是想到用汇编语言写程序，发现所学的理论知识还没有达到熟练运用的程度，只好用我已经熟悉了的 C 语言。用 protues 画好仿真图后，发现无法将keil软件所编程的程序连接到仿真中，为了这个问题

28、，我上网查了很多资料，最后在一个朋友的不经意间说下恍然大悟， 原来就是一个很小的问题， 我还费了很多精力， 看来 “三人行，必有我师” ，要虚心向身边的人讨教。而在做单片机时，发现实际频率跟所显示的频率有一点误差， 我想能不能换个晶振， 减小甚至没有误差呢， 于是把单片机原来的晶振卸下来，不好卸，犯了个很傻的错误，用打火机去烧单片机板子，结果给烧坏了，只能从新买个单片机。 这也给我我一个教训， 凡事在动手做之前要想清楚原理， 不然很容易导致不良后果。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解各个知识点，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程

29、中，我从根本上了解了很多很多知识点，并且对于它们在实际中的应用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。平时看课本，这次看了，下次就忘了，认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。参考资料1 李群芳，张士军，黄建. 单片微型计算机与接口技术. 北京：电子工业出版社；2孙育才主编，MCS-51系列单片微型计算机及其应用.东南大学出版社；3 张毅刚，彭喜源，谭晓昀，曲春波.MCS-51 单片机应用设计M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社；4 李群芳，肖看。单片机原理借口与应用 . 北京：清华大学出版社， 2005；5 黄智伟，朱卫华. 单片机与嵌入式系统应用 M. 南华大学 .2005.3 ；