基于单片机秒脉冲信号源的设计.docx

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基于单片机秒脉冲信号源的设计

单片机课程设计

题目基于单片机秒脉冲信号源的设计

姓名

学院

专业

学号

指导教师

成绩

二0一三年六月二十四日

摘要

随着电子技术的不断发展，单片机的应用领域更加广阔。

单片机诞生30多年以来，其品种,功能和应用技术都得到飞速的发展，本次课程设计的目的主要是培养学生综合运用所学的知识，完成一个单片机应用系统设计。

本系统采用单片机89C51为中心器件来设计,系统使用性强，操作简单，扩展性强。

在现有的单片机仿真机系统上掌握相关软硬件设计与调试知识，根据仿真系统，焊好硬件电路，正确进行元器件的测试与调试。

正文着重给出软硬件设计的思路和各部分功能的扩展增强，以及其具体实现。

关于频率和占空比的确定，对于12M晶振，输出频率为1KHZ,这样定时中断次数设定为*

*10，即0.01MS中断一次，则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时间为0.01ms，这样可以设*

*定占空比可从1-99%变化。

即10ms*100=1s

关键词：

AT89C51单片机、秒脉冲、占空比、晶振

目录

一、功能要求………………………………………………………………1

二、方案论证………………………………………………………………1

三、系统硬件电路的设计…………………………………………………2

四、系统程序的设计………………………………………………………7

五、调试及性能分析………………………………………………………11

六、参考文献………………………………………………………………12

七、（附录）电路PROTUES仿真图和源程序……………………………13

一、系统功能要求

1、系统的设计任务

设计单片机主电路、秒脉冲发生器信号源。

2、设计所需要的用具

电烙铁，锡丝，单片机，ATMEL86C52、，晶振，各种不同阻值电阻，各种型号电容，导线，杜邦线等等

二、方案论证

1.1、电源部分

本次设计选用89C51单片机作为核心，ADC0809作为A/D转换芯片，数码管作为显示器，7805稳压器为主的直流稳压电路做为电源，配合采集，转换，显示程序共同实现可测量0-5V直流电压的数字式电压表。

1.2软硬件开发环境

硬件选择：

选择89c52作为单片机芯片，，选用独立式按键作为程序的跳转与选择，利用ADC0809作为数模转换芯片，利用P0至P4的各个串口来进行不同设备间的连接，计算机进行汇编，H51/L仿真器，单片机多功能实验箱。

软件开发环境：

用Proteus7Professional软件画电路图、KeiluVision3软件进行程序编写。

三、系统硬件电路设计

主要芯片简介：

AT89C52简介

9C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。

它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。

89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出（I/O）口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。

此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。

在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。

掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。

89C52有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）两种封装形式。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51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。

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：

0Hz-24Hz，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，片内振荡器和时钟电路。

2．管脚说明：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉

冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然

而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可

在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该

引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两

次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/Vpp：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是

否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平

时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

3、振荡器特性：

XTAL1和XTAL2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。

4、芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处

于低电平10ms来完成。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，

支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，

串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他

芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

5、结构特点：

8位CPU；片内振荡器和时钟电路；32根I/O线；外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器。

此为引脚图

STC89C52基本电路

STC89C52单片机要正常工作，必须有基本电路：

晶振电路及复位电路。

（1）复位电路

复位是使单片机处于某种确定的初始状态。

单片机工作从复位开始。

在单片机RST引脚引入高电平并保持2个机器周期，单片机就执行复位操作。

复位操作有两种基本方式：

一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。

复位电路如图3.2.1所示。

图3.2.1

开机瞬间RST获得高电平，随着电解电容C3的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。

若该高电平能保持足够2个机器周期，就可以实现复位操作。

根据经典电路选择参数，选取C3=10µF，R1=10KΩ。

（2）晶振电路

单片机的时钟信号通常有两种产生方式：

一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。

内部时钟方式是利用单片机内部的振荡电路产生时钟信号。

外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。

本次设计中，采用的是12MHz晶振，配上30pF的电容，构成谐振，这样有助于输出稳定的波形。

如图3.2.2所示。

图3.2.2

在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），作为单片机内部振荡电路的负载，构成自激振荡器，可在单片机内部产生时钟脉冲信号。

C1和C2的作用是稳定振荡频率和快速起振。

根据经典电路选择参数，本电路选用晶振12MHz，C1=C2=33PF。

其中晶振周期（或外部时钟信号周期）为最小的时序单位。

第四章系统程序的设计

程序思路说明：

只需要4个按键。

关于频率和占空比的确定，对于12M晶振，输出频率为1KHZ,这样定时中断次数设定为

10，即10MS中断一次，则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时间为10ms，这样可以设*

*定占空比可从1-99%变化。

即10ms*100=1s*#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

uchartimer0_tick,ZKB=1;//timer0_tick计数，ZKB占空比

uchari=0,n=0,temp=0;

codeseven_seg[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//1,2,3,4,5,6,7,8,9

codescan[2]={0xfd,0xfe};

ucharcounter[2]={0,0};

sbitAN1=P3^2;//调整个位

sbitAN2=P3^3;//调整十位

sbitAN3=P3^4;//启动按键

sbitAN4=P3^5;//确认按键

voiddelay（uintz）//软件延时函数

{

uintx,y;

for（x=z;x>0;x--）

for（y=110;y>0;y--）;

}

staticvoidtimer0_isr（void）interrupt1using0//中断函数

{

TR0=0;

TL0=（65536-10000）%256;

TH0=（65536-10000）/256;

TR0=1;

if（ZKB>99）ZKB=1;

if（ZKB<1）ZKB=99;

counter[0]=ZKB%10;

counter[1]=ZKB/10;

n++;

if（n==100）

{

n=0;

i++;

if（i==2）i=0;

P0=seven_seg[counter[i]];

P2=scan[i];

}

timer0_tick++;

if（timer0_tick++==100）

{

timer0_tick=0;

}

if（AN2==0）

{

delay（100）;

if（AN2==0）

{

temp=1;

counter[0]++;

if（counter[0]==10）

{

counter[0]=0;

}

}

}

if（AN1==0）

{

delay（100）;

if（AN1==0）

{

temp=1;

counter[1]++;

if（counter[1]==10）

{

counter[1]=0;

}

}

}

ZKB=counter[0]+counter[1]*10;

if（AN4==0）

{

delay（5）;

if（AN4==0）

temp=0;

}

if（temp==1）

P3_7=0;//P3_7为脉冲输出引脚

else

{

if（timer0_tick<=ZKB）/*当小于占空比值时输出低电平，高于时是高电平，从而实现占空比的调整*/

{

P3_7=1;

}

else

{

P3_7=0;

}

}

}

staticvoidtimer0_initialize（void）//中断初始化

{

EA=0;

timer0_tick=0;

TR0=0;

TMOD=0x01;

TL0=（65536-10000）%256;

TH0=（65536-10000）/256;

PT0=0;

ET0=1;

TR0=1;

EA=1;

}

voidmain（void）

{

STAR:

delay（100）;

if（AN3!

=0）gotoSTAR;//按键3启动脉冲

timer0_initialize（）;

while

（1）;

}

//按按键3启动脉冲器，初始设置占空比为1%，按键1调整十位，

//按键2调整个位，一旦调整，输出为0，必须按确认键确认，

//输出正确脉冲.可以占空比1-99%任意调节。

第5章调试及性能分析

本课程设计采用的是8位的ADC0809模数转换器，我们假设输入电压为5V的时候，输出的数值应该是28=256，由于单片机数字是从0开始的，因此会显示255，十六进制就是FFH，这就可以推出单片机的最大数值分辨率是0.0196V（5/255）。

要是对于要求更高精度的电压表则应该选择位数更大的，如12位，或者32位或者更高。

本设计中对这个精度已经足够，因此就选用的8位的模数转换器，在仿真过程中，由于PROTEUS的版本较低，因此换用了ADC0808进行了仿真，ADC0808与ADC0809的功能差不多，就是转换速率的差别。

第6章结束语

本次课程设计所应用到的软件有：

KEIL，PROTEUS这两个软件，两个软件结合起来用对这个设计有着至关重要的作用。

软件调试是通过仿真软件proteus进行的，此软件不多介绍了，功能强大，是学习电路的好帮手。

但进行软件仿真的时候，却一直没有出现结果。

这就要我们进行错误的排查，这就包括各个端口的检查和分析。

由于这个软件是英文版的，因此对于我们初学者来说有点难度，好多的元器件根本不知道叫什么，无形中就增加了仿真的难度。

但这个是必须要克服的！

在实物的制作过程中遇到的麻烦更大，其中锻炼动手能力还是很好的，首先对于那些硬件都不怎么熟悉，这得就需要我们去查阅书籍资料，一个元器件的接口有什么功能、在哪里，平常我们在书本上只能想象一下，现在拿到硬件了又该如何是好，大部分的硬件只有一个名字，其余的引脚全部要查阅相关资料。

还有在焊接的过程中对于东西的使用也是很有讲究和技巧的。

了解助焊剂与焊锡丝的关系，如何使用，怎么用得安全对于我们动手少的人来说是很有难度的。

因此在第一次做的时候，线路极其混乱，出现了很多错误，没办法只有一次次的检查，重新排版、焊接，找到错误的地方。

通过这个实物的制作，可以知道理想和现实的差距是很大的，在电脑上用软件绘制图形的时候能做得很轻松，但在动手做实物的时候必须一丝不苟，这还要足够的心思，花足够的精力才能够做好一件事情！

！

参考文献

1、康光华：

电子技术基础（模拟部分第五版）高等教育出版社，2006第五版

2、康光华：

电子技术基础（数字部分第五版）高等教育出版社，2005第五版

3、李朝青：

单片机原理及接口技术．北京航空航天大学出版，2005.10

4、张国雄：

测控电路（第四版），机械工业出版社，2011.09

附全局电路仿真图：

附源程序如下

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

uchartimer0_tick,ZKB=1;//timer0_tick计数，ZKB占空比

uchari=0,n=0,temp=0;

codeseven_seg[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//1,2,3,4,5,6,7,8,9

codescan[2]={0xfd,0xfe};

ucharcounter[2]={0,0};

sbitAN1=P3^2;//调整个位

sbitAN2=P3^3;//调整十位

sbitAN3=P3^4;//启动按键

sbitAN4=P3^5;//确认按键

voiddelay（uintz）//软件延时函数

{

uintx,y;

for（x=z;x>0;x--）

for（y=110;y>0;y--）;

}

staticvoidtimer0_isr（void）interrupt1using0//中断函数

{

TR0=0;

TL0=（65536-10000）%256;

TH0=（65536-10000）/256;

TR0=1;

if（ZKB>99）ZKB=1;

if（ZKB<1）ZKB=99;

counter[0]=ZKB%10;

counter[1]=ZKB/10;

n++;

if（n==100）

{

n=0;

i++;

if（i==2）i=0;

P0=seven_seg[counter[i]];

P2=scan[i];

}

timer0_tick++;

if（timer0_tick++==100）

{

timer0_tick=0;

}

if（AN2==0）

{

delay（100）;

if（AN2==0）

{

temp=1;

counter[0]++;

if（counter[0]==10）

{

counter[0]=0;

}

}

}

if（AN1==0）

{

delay（100）;

if（AN1==0）

{

temp=1;

counter[1]++;

if（counter[1]==10）

{

counter[1]=0;

}

}

}

ZKB=counter[0]+counter[1]*10;

if（AN4==0）

{

delay（5）;

if（AN4==0）

temp=0;

}

if（temp==1）

P3_7=0;//P3_7为脉冲输出引脚

else

{

if（timer0_tick<=ZKB）/*当小于占空比值时输出低电平，高于时是高电平，从而实现占空比的调整*/

{

P3_7=1;

}

else

{

P3_7=0;

}

}

}

staticvoidtimer0_initialize（void）//中断初始化

{

EA=0;

timer0_tick=0;

TR0=0;

TMOD=0x01;

TL0=（65536-10000）%256;

TH0=（65536-10000）/256;

PT0=0;

ET0=1;

TR0=1;

EA=1;

}

voidmain（void）

{

STAR:

delay（100）;

if（AN3!

=0）gotoSTAR;//按键3启动脉冲

timer0_initialize（）;

while

（1）;

}