单片机 高低电频.docx

1、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75.2数码管显示原理75.3 TTL电路的驱动电流以及关于上拉电阻的作用85.4单片机最小系统部分85.5数码显示部分145.6电路板的制作155.7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。

2、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2 PCB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

3、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

4、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。5.3 TTL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

5、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510mA)。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510mA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

6、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

7、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10mA8、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

8、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UA

9、RT以及片内振荡器和时钟电路）。CPURAMROMI/O接口电路定时器/计数器时钟 图4 MCS-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。MSC51系列单片有4个8位并行双向I/O口P0P3，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)

10、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5 P1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

11、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6 P2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3 P1、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，

12、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1.212M。MCS5-51系列单片机也可以采用外接时钟，这时XTAL 2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7b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，XTAL 2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

13、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8a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8c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8b所示。按键脉冲复位和上电平复值的原理是一

14、样的，都是利用RC电路的放电原理，如图8d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