单片机 高低电频.docx

单片机 高低电频.docx

《单片机 高低电频.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机 高低电频.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单片机高低电频

桂林电子科技大学

单片机最小应用系统

设

计

报

告

指导老师：

吴兆华

学生：

王晓波

学号：

082011121

机电工程学院

2009年5月

单片机最小应用系统设计报告

一、设计题目………………………………………………………1

二、设计目的………………………………………………………1

三、系统硬件图……………………………………………………1

四、程序流程图……………………………………………………3

五、系统说明与分析

5.1系统主要组成部分…………………………………………7

5.2数码管显示原理……………………………………………7

5.3TTL电路的驱动电流以及关于上拉电阻的作用…………8

5.4单片机最小系统部分………………………………………8

5.5数码显示部分………………………………………………14

5.6电路板的制作………………………………………………15

5.7系统连线说明分析.……………………………………….15

六、源程序…………………………………………………………16

七、总结……………………………………………………………17

八、参考文献………………………………………………………18

一、设计题目

用8051单片机的定时、计数器计算频率，并用LED数码管显示。

二、设计目的

1、通过本次实验，掌握利用定时计数TO与T1的基本定时与计数原理。

2、通过对数码管的使用和编程，掌握数码管显示的基本原理。

3、通过本次的试验使我们理解各种TTL电路的驱动电流。

4、搭建单片机最小应用系统，进一步加深对单片机应用的理解，提高处理实际问题的能力和独立分析思考的能力。

三、系统硬件图

1、温度测量系统的硬件电路原理图如下：

图1电路原理图

2、PCB图如下：

图2PCB图

四、程序流程图

频率计系统程序框图如下：

初始化函数init（）的流程图:

定时计数器T1在这里用来定时，下图是定时器1的流程图：

图3程序流程图

五、系统说明与分析

5.1系统主要组成部分

频率计系统主要分为四个部分：

单片机最小系统，温度测量部分，A/D转换部分，数码管显示部分（频率显示）。

所用主要元件有：

AT89S51，驱动芯片2803，1K的插排电阻，8位8段的数码管，8550放大三极管。

5.2数码管显示原理

数码管显示时要区分是什么接法，不同的接法不同，数码管的显示也分为动态显示和静态显示。

静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。

当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。

这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。

缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。

动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。

这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。

选亮数码管采用动态扫描显示。

所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。

动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。

在这个最小系统中我们用是动态扫描显示。

5.3TTL电路的驱动电流和数码管的驱动以及关于上拉电阻的作用

使用数字集成电路时，拉电流输出和灌电流输出是一个很重要的概念，例如在使用反向器作输出显示时，图1是拉电流，即当输出端为高电平时才符合发光二极管正向连接的要求，但这种拉电流输出对于反向器只能输出零点几毫安的电流用这种方法想驱动二极管发光是不合理的（因发光二极管正常工作电流为5~10mA）。

灌电流输出，即当反向器输出端为低电平时，发光二极管处于正向连接情况，在这种情况下，反向器一般能输出5~10mA的电流，足以使发光二极管发光，所以这种灌电流输出作为驱动发光二极管的电路是比较合理的。

因为发光二极管发光时，电流是由电源+5V通过限流电阻R、发光二极管流入反向器输出端，好像往反向器里灌电流一样，因此习惯上称它为“灌电流”输出。

在数字电路中我们经常可以看到上、下拉电阻。

一、定义：

1、上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平！

电阻同时起限流作用！

下拉同理！

2、上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流

3、弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分

4、对于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电路）提升电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。

二、拉电阻作用：

1、一般作单键触发使用时，如果IC本身没有内接电阻，为了使单键维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态，必须在IC外部另接一电阻。

2、数字电路有三种状态：

高电平、低电平、和高阻状态，有些应用场合不希望出现高阻状态，可以通过

上拉电阻或下拉电阻的方式使处于稳定状态，具体视设计要求而定！

3、一般说的是I/O端口，有的可以设置，有的不可以设置，有的是内置，有的是需要外接，I/O端口的输出类似与一个三极管的C，当C接通过一个电阻和电源连接在一起的时候，该电阻成为上C拉电阻，也就是说，如果该端口正常时为高电平，C通过一个电阻和地连接在一起的时候，该电阻称为下拉电阻，使该口平时为低电平，作用吗：

比如：

当一个接有上拉电阻的端口设为输如状态时，他的常态就为高电平，用于检测低电平的输入。

4、上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。

一般说法是拉电流，下拉电阻是用来吸收电流的，也就是我们通常所说的灌电流

5、接电组就是为了防止输入端悬空

6、减弱外部电流对芯片产生的干扰

7、保护cmos内的保护二极管,一般电流不大于10mA

8、通过上拉或下拉来增加或减小驱动电流

9、改变电平的电位，常用在TTL-CMOS匹配

10、在引脚悬空时有确定的状态

11、增加高电平输出时的驱动能力。

12、为OC门提供电流

5.4单片机最小系统部分

MCS-51系列单片机是一种高性能的8位机系列，广泛应用于各种小型控制系统中，其引脚图如图所示。

本论文采用的AT89C51单片机是AMTEL公司生产的MCS-51系列的兼容产品，与MCS-51指令系统兼容，系统结构相同，CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器。

全部支持12时钟和6时钟操作。

AT89C51包含128字节RAM、32条I/O口线、3个16位定时/计数器、6输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O口（可用于多机通信I/O扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路）。

CPU

RAM

ROM

I/O接口

电路

定时器/

计数器

时钟

图4MCS-51引脚图

MCS-51系列单片机的并行I/O口

接口电路是微机必不可少的组成部分，并行输入确出接口是CPU和外部进行信息交换的主要通道。

MSC－51系列单片有4个8位并行双向I/O口P0～P3，共32根I/O线。

每一根线能独立用作输入或输出。

单片机可以外接键盘、显示器等外围设备．还可以进行系统扩展，以解决硬件资源不足问题。

4个并行口都是双向口，既可以输入又可以输出。

P0、P2口经常作外部扩展存储器时的数据、地址线，P3口除作I/O口外，每一根都有第二功能。

这4个I/O口结构基本相同，但仍存在差别。

（1）P1口是最常用的I/O口如图所示，因为不作数据地址线，其结构中没有数据地址线，也没有多路开关MUX，输出驱动电路接有上拉电阻。

P1口输入输出时与P0作I/O时相似，输出数据时．先写入锁存器，经Q端反相，再经场效应管反相输出到引脚。

输入时，先向锁存器写l，使v管截止．外部引脚信号由下方读缓冲器送入内部总线，完成读引脚操作。

P1口也可以读锁存器。

外部提升电阻将引脚拉升至高电平，但输人的低电平信号能将其拉低，不会影响低电平的输入。

图5P1口一位结构

（2）P2口的位结构比P1多了一个控制转换部分如图5所示，结构与P0口基本相似，如下图所示。

P2口改P0推拉式输出驱动电路为上拉电阻式，当控制信号s为低电平，作I/O口使用时，多路开关MUX使锁存器输出端Q与输出驱动输入端接通，构成一个准双向口。

此外，当外部扩展存储器时，P2口常做高8位地址线使用。

图6P2口一位结构

下表中概括了单片机中使用到的并行口P1、P2功能：

表3P1、P2功能一览表

MCS-51系列单片机的工作方式和时序

单片机应用系统中，除了基本计算机系统单元电路外．还需配备完整的外围电路、以完成复位、掉电保护、提供时钟、节电等功能。

（1）时钟电路：

单片机内部有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1和XTAL2引脚外接石英振于或陶瓷振子、微调电容组成振荡器如图7所示。

该振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。

振荡器若外接的是石英扳子，微调电容通常选择30pF；外接陶瓷娠子时选样47pF。

振荡频率范围选择1.2—12M。

MCS5-51系列单片机也可以采用外接时钟，这时XTAL2脚用来输入外部时钟信号（XTAL2脚为内部时钟电路的输入端），XTALl脚则接地如图7－b所示。

对于CHM05工艺制造的80C51单片机，则应从XTALl脚输入外部时钟信号，XTAL2脚悬空。

（a）外接石英晶体振荡电路（b）外接时钟电路

图7两种单片机时钟电路

（a）上电复位（b）按键电平复位

（c）RC放电过程（d）电平复位过程

图8单片机常用复位电路

（2）复位电路：

复位使单片机处于起始状态，并从此状态开始运行MCS5-51单片机RST引脚为复位端，该引脚连续保持2个机器周期（24个时钟振荡周期）以上的高电平。

可使单片机复位。

本论文使用的是外部复位电路，单片机在启动后要从复位状态开始运行，因此上电时要完成复位工作，称上电复位，如图8－a所示。

上电瞬间电容两端的电压不能发生突变，只RST端为高电平＋5v，上电后电容通过及RC电路放电RST端电压逐渐下降，直至低电平0V，如图8－c所示。

适当选择R、C的值，使RST端的高I电平维持2个机器周期以上即可完成复位。

单片机L在运行过程中，出于本身或外并干扰的原因会导致出错。

这时可按复位键以重新开始远行，按键复位可分为按键电平复位或按健脉冲复位，如图8－b所示。

按键脉冲复位和上电平复值的原理是一样的，都是利用RC电路的放电原理，如图8－d所示。

让RST端能保持一段时间的高电平，以完成复位，按键电平复位时，按键时间也应保持在两个机器周期以上。

根据设计要求和计算简便的原则，我们选择12M的石英晶振、30PF的电容、+5V电源，最小系统如下：

图9单片机最小系统

5.5数码显示部分

八段LED数码管由8个发光二极管组成。

基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。

LED数码管有两种不同的形式：

一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED数码管；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED数码管。

四位八段数码管的引脚结构如下图所示：

图10四位八段数码管的引脚结构

其中S1，S2，S3，S4为字位选择端口，A，B，C，D，E，F，G，DP为字形选择端口。

在单片机应用系统中，数码管显示常用两种方法：

静态显示和动态扫描显示。

所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。

这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码。

动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。

其接口电路是