单片机单脉冲计数设计讲解.docx
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单片机单脉冲计数设计讲解
新疆农业大学机械交通学院
《单片机技术与应用》
课程设计说明书
题定时脉冲计数器电路设计目：
专业班级：
班电气092
学号：
学生姓名：
指导教师：
6年间：
时月2012
设计9、定时脉冲计数器电路设计
小组成员：
任务分配如下：
四人：
调研、查找资料
：
整合资料、硬件电路组成框图
：
各单元电路及工作原理、绘制原理图（原理仿真）
：
元件参数计算、元件清单列表（元件参数）（该篇论文侧重点）
：
绘制程序流程图、汇编程序
四人：
程序仿真（整体Proteus和Keil）
四人：
调试与仿真
四人：
硬件搭建调试
：
设计说明书
1设计目的..............................................................1
2设计内容..............................................................1
3设计过程..............................................................1
3.1硬件电路框图......................................................1
3.2搜集元件资料......................................................2
3.3各个单元及电路原理................................................3
3.4绘制原理图........................................................5
3.5元件参数计算......................................................6
3.6元件清单列表.....................................................10
3.7绘制程序流程图...................................................10
3.8汇编程序.........................................................10
3.9调试与仿真.......................................................11
3.10硬件调试结果....................................................12
4心得体会.............................................................12
参考文献...............................................................13
定时脉冲计数器电路设计1设计目的锻炼实,分析和解决实际问题,课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出随着科学技术发展,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.践能力的重要环节的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是通过无处不在。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。
典型实际问题的实际，训练学生的软硬件的综合设计、调试能力以及文字组织能力，建立系统设计概念，加强工程应用思维方式的训练，同时对教学内容做一定的扩充。
设计内容2的定时时间，作为秒计数计数器产生1s单片机的定时以小组为单位用AT89C51/1：
秒计数器到60时，自动复位从0开始。
要求：
时间，当1s产生时，秒计数器加
（1）用LM7805CT设计交流220V转5V直流电源。
（2）用单片机AT89C51的定时器实现60s计时。
（3）用PROTEUS设计，仿真基于AT89C51单片机的60s计时实验。
（4）用面包板搭建设计电路，实际运行调试。
3设计过程
3.1硬件电路框图
根据实验要求，结合已有的元件绘制实验框图（图3-1）
1
驱动电路晶振电路
单
片
共阳极数复位电路
电源电路
图3-1实验框图
实验框图大体上可以分为晶振电路、复位电路、单片机、驱动电路、及电源电路五个部分：
晶振电路：
为单片机提供时钟信号。
复位电路：
当需要复位时，为单片机提供复位信号。
驱动电路：
为了驱动负载，本实验中负载为共阳极数码管。
电源电路：
为整个系统提供电源。
单片机：
系统的核心部分，用于运行用户程序，实现控制目的。
搜集元件资料3.2
3-2）图AT89C51（）1（基本参数：
2
磁芯尺寸:
8bit
:
34/输出数输入程序存储器大小:
64KB
EEPROM存储器容量:
2KB
存储器容量,RAM:
256Byte
处理器速度:
60MHz
振荡器类型:
External
计时器数:
3
周边设备:
Timer,PWM
接口:
SPI,UART
PWM通道数:
5
电源电压范围:
2.7Vto5.5V
工作温度范围:
-40°Cto+85°C
工作温度最低:
-40°C
工作温度最高:
85°C
封装形式:
VQFP
针脚数:
44
位数:
8位
存储器容量:
64KB
存储器类型:
闪存
定时器位数:
16
封装类型:
管装
接口类型:
UART
大最:
5.5V电源电压V
电源电压最小:
2.7
特点制器:
80C52兼容,2048控器处微理/XRAM,POR,PFD,ISP,
字节启动字ROM,1792节SPI
3
3-2AT89C51管脚图图
）共阳极数码管（2共阳极数码管（图3-3）,电流：
静态时，10-15mA；动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5mA，峰值电流50-60mA。
平时使用时，不能让LED一直工作在最大额定值。
所以正向电流IF小于最大额定值（一般是30mA）。
根据常识可以知道，电流大，LED发光强，但消耗的功率大。
电流小，LED发光小，消耗的功率小。
通常电路用LED是做指示用途，电路的总体功耗要控制，不能都消耗在指示灯上，当然还要考虑电源的功率要满足后面电路功耗的要求，并且最好要有富裕。
所以这个LED的正向电流选取
20mA，正向压降为3.3V。
4
共阳极数码管图3-3
驱动器3）7407（同相驱动器，用于放大功率，从而驱动数码管点亮。
7407
逻辑图3-57407图封装图图3-47407
各个单元电路及工作原理3.3
3-6）5V1（）220V转直流电源电路（图交流电源整220V集成稳压器作为稳压器件，用典型接法，电源电路采用LM7805直流稳压稳压，在输出端接一个电容进一步滤除纹波，得到5VLM7805流滤波后送入电源。
5
直流电源原理图图3-6220V转5V
）晶振电路（2
图3-7晶振电路
）是给单片机提供工作信号脉冲的，这个脉冲就是单片机的工作3-7晶振电路（图概念一样，，和电脑的12MHzCPU速度。
比如12MHz晶振，单片机工作速度就是每秒24M就不上往了，不然不稳定。
当然，单片机的工作频率是有范围的，不能太大.一般）复位电路（3，V两端的电压持续充电为S后，电容C50.13-8复位电路（图），在单片机启动处于低电平所以系统正常工作。
当按键按下RST，这是时候电阻两端的电压接近于0V的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下6
的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。
随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。
根据串联电路电压为各处之和，这个时候电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平，单片机系统自动复位。
而且，随着Vcc电压由0V增加到5V，电容C3的上极板电位随之增加，电容的内电场增强，使C3能吸引更多的电子通过R1到达下极板，从外面看就电流通过C3和R1入地。
按电压在随着电流方向逐惭降低的原则，电流的出现会在R1端形成一大于0的电位。
由于电容的充电逐渐饱和，所以电流会逐渐减小，电位也会逐渐减小。
该电位的大小和持续的时间将直接影响到我们的系统能否上电复位。
图3-8复位电路
（4）数码管显示驱动电路
7
3-9驱动电路图
，当系统输出低电平时，低电平信号经驱动器功率放大驱动共3-9）驱动电路（图阳极数码管点亮，显示不同的数字，电阻起限流作用防止电流过大。
单片机输出低电平功率放大器匹配的74071.6mA的灌电流，数码管的驱动电流为20mA，用时的电流为大于20mA，符合要求。
7047驱动电流，的额定电流为40mA3.4系统原理图的绘制把以上各个电路图按照逻辑关系组合起来，接在单片机上就形成原理图（图
）。
3-10
8
3-10系统原理图图
3.5元件参数计算）晶振电路的电容选择（1
3-11晶振电路与单片机连接部分图
）中：
3-11图（：
芯片内部振荡电路输入端。
脚）（XTAL119
：
芯片内部振荡电路输出端。
18（脚）XTAL2它们可以被配置为使用石英晶是独立的输入和输出反相放大器，和XTAL1XTAL2
9
振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。
图中采用的是内时钟模式，即采用的引脚上外接定时元件（一个石英晶体、XTAL2利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1之12MHz，内部振荡器便能产生自激振荡。
一般来说晶振可以在1.2～和两个电容）系列单片机或者更高，但是频率越高功耗也就越大。
51间任选，甚至可以达到24MHz
通用异步与UART（11.0592MHz的晶振设计，因为它能够准确地划分成时钟频率，常用，不管多么古，19200））量常见的波特率相关，特别是较高的波特率（19600接收器/发送器的石英11.0592MHz怪的值，这些晶振都是准确，常被使用的。
故本实验套件中采用的可以起到频率微调作用。
而和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，晶振，。
（本实验套件使用30pF）20～40pF之间选择当采用石英晶振时，根据经验电容可以在）的参数计算）复位电路（图3-12（2
复位电路图3-12
MHz计算），高电平复位。
11.0529MHz（计算时以12注：
以下计算选用的AT89C51的系统电压为5V，晶振为根据AT89C51的规格技术资料，如果当AT89C51RestPin（复位输入端）有两个机
器周期的时间是高电平，那么系统就会被复位，
1?
震荡周期
震荡频率
机器周期?
震荡周期*12
所以对于采用12MHz晶振时，使系统复位的时间t应大于
1*12?
22t?
*us
12M
特性的描述中可DC是规格书中关于其AT89C51由两个机器周期的时间求出来了，10
事先就会认为是高电平。
以知道，当RestPin上的电压超过Min=0.7Vcc时RestPin上的电压超过PinV，Vcc在这里可以看成5V，所以如果Rest假设的系统电压为5
2的电平持续时间超过0.7Vcc=3.5V，就可以看成RestPin为高电平，如果这超过3.5V，那么系统就会复位。
us该电路就是一最后一步就是计算RST_H处的电位了。
不考虑流入RestPin内电流，阶RC电路。
电容两端暂态电流与电压的关系式如下：
t?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
UtUUURCe?
?
?
?
?
CCCC?
?
?
?
?
；因为U?
；所以?
5VVU0?
0CCt?
?
?
tURC5e?
5?
C?
?
，那么：
RestPin电压为设tUR?
?
?
?
Utt?
V?
U所以，CCCR
t?
?
?
?
?
5eU?
t的时，，当V.?
t43URCRRRC0.357t?
时，系统才会复位，即满足条件。
当且仅当us20.357RC?
t?
F符合要求。
、C=22μ所以用R=1KΩ3）驱动电路参数计算（），静态30mA，数码管正向压降为3.3V，正向电流最大额定值（一般是电源5V满足：
，限流电阻R10-15mA时，，其值小于7407输出低电平电流40mA?
.3?
113.3?
3.）/00155?
R（
RΩ符合要求。
故取=200
（4）电源电路中的参数确定
11
电源电路图3-12
，整流后就得到一个电）个二极管组成一个桥式整流电路（图3-12变压器后面由4三端稳压器后在这个电路中，压波动很大的直流电源，所以在这里接一个电解电容C1电5V面接一个电容C2，这个电容有进一步滤波和阻尼作用，使最终得到平滑的直流。
压系列的作为电源稳压芯片，785V，应此选78057805芯片电压输出电压为标准的还要考虑输出与3-4V。
36V，最低输入电压比输出电压高稳压集成块的极限输入电压是的输入端电压为取LM7805所以一般输入为9-15V之间。
输入间压差带来的功率损耗，。
10V变压器二次侧电压的有效值
U0V?
.11?
11U
9.0，即10%考虑到变压器二次侧绕组及管子上的压降，变压器的二次侧电压大约要高V.21?
12211.11?
1.U?
2?
12.22?
17.28VRM单片机及其他芯片引脚最大灌电流之和约为100mA，所以，流经二极管的平均电流
11I?
?
100mA?
50mA?
I
LD22因此，可选择2C251D整流二极管（其允许的最大电流If=150mA，最大反向电压12
VRM=100V）。
220变压器变比K13?
?
8.2171.0二次侧电流的有效A0.11?
I?
9.0取变压器的效率η=0.95
?
变压器的容量VA.41508?
1?
22?
0.11.S?
UI/12?
.选择容量为20VA的变压器。
一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数RC是其充电周期的确3～5倍。
L对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流周期的一半，即
T）53～?
RC（
L251，其中?
R?
100?
s.02T?
?
0
Lf0.05令uF400R?
2C?
4?
T/L取C=500uF。
为了使输出的电压的脉动更小，可在LM7805CT之前并联一个1000uF的滤波电容，构成π形滤波器。
3.6元件清单列表
根据原理图，汇总元件清单列表（表3-1）
13
表3-1元件清单列表
数量名称
片1AT89C51单片机
3片7407芯片
2个共阳极数码管
1个电阻100KΩ14电阻200Ω个
2个30pF陶瓷电容120uF电解电容个
1个触电开关
1晶振个12MHz1220-30变压器个
1个二极管整流桥
2个电解电容
17805芯片个
若干导线
3.7绘制程序流程图程序流程图由小组其他成员绘制。
3.8汇编程序EQU30HSECOND
EQU31HTCOUNT
；开始ORG00H
START:
MOVSECOND,#00H
MOVTCOUNT,#00H
MOVTMOD,#01H；T1工作在方式0，T0工作在1
方式MOVTH0,#（65536-50000）/256；送50ms初值3CB0H
14
MOVTL0,#（65536-50000）MOD256
SETBTR0；定时器TR0启动
DISP:
MOVA,SECOND；数码管十位数字显示
MOVB,#10
DIVAB
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,A
MOVA,B；数码管个位数字显示
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,A
WAIT:
JNBTF0,WAIT；等待定时器T0中断
CLRTF0；清除中断标志位
MOVTH0,#（65536-50000）/256；重装1ms初值
MOVTL0,#（65536-50000）MOD256
INCTCOUNT
MOVA,TCOUNT
CJNEA,#20,NEXT；等待计时1s
MOVTCOUNT,#00H；重新计时1s
INCSECOND
MOVA,SECOND
CJNEA,#60,NEX；等待计时60次
MOVSECOND,#00H；重新计60次
NEX:
LJMPDISP
NEXT:
LJMPWAIT
TABLE:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
END
3.9调试与仿真
1.首先用Keil软件将程序编译成HEX文件。
15
2.打开Proteus软件，或直接点击DSN文件，双击单片机模板，点击文件夹式样的图标选择对应的HEX驱动文件，然后点击开始，进行调试。
仿真结果（图3-13）：
图3-13系统仿真图
仿真结果（图3-13）与预期相同，达到设计的要求。
3.10硬件调试结果
根据元件清单，进行元件采购，根据原理图在面包板上搭建实际电路，合理布。
）3-14局电路元件，仔细接线，认真检查。
搭建好电路后，经检查无误，上电调试（图
16
3-14硬件调试图图
4、心得体会此次的单片机课程设计，感慨颇多，从理论到实践，在设计的几周日子里，可以说同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，但是可以学到很多很多的东西，得是苦多于甜，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正运用到实际操作中，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
设计中遇到各种各样的问题，同时也暴露出自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌握得不好，而且在实际的电路搭建中也遇到的问题，失败了好几次，但通过小组的积极探讨，最终得出了大家满意的结果。
在大家遇到困难的时候，特别要感谢的是两位指导老师，在本次单片机课程设计中，他们一次又一次耐心的讲解，才有了后面满意的结果。
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参考文献：
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