单片机计数器设计报告.docx

1、单片机计数器设计报告 单片机系统课程设计报告学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学 生姓 名： 指 导老 师： 班 级： 学号 2013年12月单片机系统课程设计报告一：系统设计要求：1最大计数值为：99时59分59秒9/10秒，约100小时。2系统采用2个按键控制输入，其中一个按键用作系统清0，另一个按键用作秒表的启动/停止。3. 系统采用7个LED数码管实现计时显示。4. 电路原理图：使用protel或visio或proteus 绘制。 5. 编程思路，用visio画程序设计流程图，且用文字描述二：系统设计： 1:总体方案的设计数字秒表具有显示直观、读取方便、

2、精度高等优点，在计时中广泛应用。本设计中用单片机和数码管组成数字秒表，力求结构简单。设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路主要有主控制器、控制按钮与显示电路组成。主控制器采用单片机AT89C51，显示电路采用七位共阳极数码管显示计时时间。2.硬件设计2.1.：输出设计： 设计要求在数码管上进行数据显示，输出硬件设计可以采用1个BCD七段译码器74LS47驱动数码管的段选端，输出字形信息，采用38译码器输出作为动态扫描时数码管的位选痛信号。这样在一定程度上节约了单片机的硬件资源，也简化了软件设计时的任务量。在硬件设计时还应当注意一下问题：（1）数码管接口方法与动态扫描原理；（2）时、

3、分、秒计数单元地址的分配及BCD码的调整方法；（3）按键识别与消除抖动的方法。2.2：显示设计： 数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。由于本设计需要采用数码管显示时间，如果静态显示则占用的口线多，硬件电路复杂，所以采用动态显示。 秒表设计原理图如图1.0所示。单片机采用通用的AT89C51芯片，显示器为7个共阳极LED数码管，用1个BCD七段译码器74LS47驱动数码管（74LS47的输入为BCD码，其输出级为集电极开路输出，可直接驱动七段数码管，具有首尾消零等特点），用38译码器74LS138的输出作为动态扫描时数码管的选通信号。因为采用了上述两个芯片，所以在对数码管进行扫描显示时，只

4、需要单片机的7条I/O线就能完成显示功能。 电路图中采用P1.0P1.3作为显示数据值的输出，连接在BCD七段译码器74LSs4的1310管脚上（译码器74LS47的BCD码输入端）；P1.4P1.6作为扫描值的输出端连接在3874LS138译码器的输入端（74LS138的A,B,C)。因此，写程序应将P1口的高四位为扫描值，低四位为显示数据值（分离BCD码）。单片机的P0.0P0.1分别接在两个开关上，以控制启动/停止和清零。秒表系统功能如下：（1）开机时，秒表显示从00:00:00:0开始计时。（2）按键S1控制秒表的启动/停止。（3）按键S2控制秒表的清零。硬件电路按总体框图进行设计：7

5、4LS47AT89C51单片机控制开关七位数码管74LS138 图1：硬件电路总体框图三：系统总体电路的设计 AT89C51单片机为主电路的核心部分，各个电路均与单片机相连，由单片机统筹协调各个电路的运行工作。开始键和暂停键使用了检测的方法，所以需要连到单片机的P0.0和P0.1引脚上，对这两个I/O口进行循环扫描，检测是否按下。显示电路由七位数码管组成，采用动态显示方式，因此有8位段控制和7位位控制，并且通过74LS47译码器进行控制8位段控制，接P1口，P1.0P1.3分别控制数码管的a b c d e f g 显示，位控制有38段译码器74LS138进行位控制接在P1.4P1.6的I/O

6、口上，对数码管实现位控制。系统总体电路如下图所示： 图2： 总体电路图四：软件设计4.1主程序设计本系统程序主要模块由主程序、定时中断服务程序、显示子程序和扫描子程序组成。其中主程序是整个程序的主体。可以对各个中断程序进行调用。协调各个子程序之间的关系。 主程序：首先进行初始化。设置秒表的计时初值为00:00:00:0，设置T0高低位初值，且允许T0中断。然后检测S1S2是否按下，当S1按下时，启动T0进行4ms定时，开始进行计时。系统主程序流程图： N主程序置显示初值：00.00.00.0置T0为4ms定时开T0中断Y 启动，停止，清零S1S2按下 图3： 主程序流程图4.2：定时器T0中断

7、服务子程序： 中断服务子程序的作用是进行“时”、“分”、“秒”的计时与显示。定时器T0用于定时，定时周期设为4ms，中断累计25次（即0.1秒），对0.1秒计数单元进行加1操作。时间计数值分别存放在2DH(0.1秒)、2CH(秒)、2BH(分)、2AH(时)内存单元中。在计数单元中采用组合BCD码计数，0.1秒是满10进位，时、分、秒满60进位。0.1S计时采用内部中断方式计时，通过内部中断设置4ms的定时溢出中断，单片机的频率为12MHz，则机器周期为1us，要实现4ms的定时，在4ms内需要计数N次： :N=4ms1us=4000次令定时器/计数器0工作方式1下，此时计数初值X为： :X=

8、最大计数值M-计数次数N =65536-4000=61536=0F060H即向TH0写入计数初值0F0H,向TL0写入计数计数初值60H。TMOD初始化：TMOD=00000001B=01H。GATE=0，C/T=0，M1=0，M0=1.TCON初始化：TR0=1，启动T0。IE初始化：开放中断EA=1，允许定时器T0中断ET0=1。定时器T0中断服务程序流程图如图所示： 图4：TO中断服务流程图显示子程序DISP:DISP子程序的作用是分别将时间计数单元2DH(0.1秒)、2CH(秒)、2BH(分)、2AH(时)中的十进制时间值（组合BCD码）转化为个位和十位（分离BCD码）并分别存放在显示

9、缓冲中。显示缓冲区的地址为20H26H。其中20H中存放0.1秒数据，21H22H中存放秒数据，23H24H中存放分钟数据，25H26H中存放小时数据。由于每一个地址单元内均为分离BCD码，用BCD七段译码器74LS47直接进行译码，因此不需要软件方式对BCD码数据进行译码。 扫描子程序SCAN:SCAN的作用是把显示缓冲区中的数据依次送往显示器显示。把扫描值作为高4位，显示数值作为低4位，输出到P1口，以完成显示。因为采用38译码器74LS138作为扫描输出，故用28H单元存放扫描指针，即28H单元中存放的是数码管的序号。显示时，只需取出20H26H某一地址中的数据，并从P1口的低4位输出，

10、同时P1口的高四位作为扫描值输出，这样就能保证数码管正常工作。4.3 系统调试Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，它可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路。该软件的主要特点为：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合的功能，支持目前主流单片机系统的仿真，提供了软件调试的功能，具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。在电子领域中起到了很大的作用，它的出现仿真不需要先焊接电路板，可以先仿真调试通过之后再焊接电路，节省了不少在硬件调试上花费的时间。打开已经画好的Proteus DSN文件，双击图

11、中的AT89C51芯片，就弹出一个窗口，在program file项中通过路径选择在keil中生成hex文件，双击选中后确定，这样仿真图中的AT89C51芯片就已经读取了本设计中的hex文件。然后进行仿真，仿真图如下所示: 图5：proteus仿真图五：源程序ORG 0000HJMP STARTORG 000BHJMP TIM0START:MOV SP,#70HMOV 28H,#00MOV 2AH,#00HMOV 2BH,#00MOV 2CH,#00MOV 2DH,#00 MOV P1,#0F0HMOV R5,#1MOV TMOD,#01HMOV TH0,#0F0HMOV TL0,#60HMO

12、V IE,#82HMOV R4,#25LOOP:JB P0.0,N2CALL DELAYSETB TR0MOV A,R5CPL AMOV R5,AN1:JNB P0.0,$CALL DELAYN2:JB P0.1,LOOPCALL DELAYCJNE R5,#0,LOOPCLR TR0JMP START N3:JNB P0.1,$CALL DELAYJMP LOOPTIM0:MOV TH0,#0F0HMOV TL0,#60HPUSH ACC PUSH PSWDJNZ R4,X2MOV R4,#25CALL CLOCK CALL DISPX2:CALL SCANPOP PSWPOP ACCRET

13、ISCAN:MOV R0,#28HCJNE R0,#7,X3MOV R0,#00X3:MOV A,R0ADD A,#20HMOV R1,AMOV A,R0SWAP A ORL A,R1MOV P1,AINC R0RETCLOCK:CJNE R5,#1,X4MOV A,2DHADD A,#1DA AMOV 2DH,ACJNE A,#10H,X4MOV 2DH,#00MOV A,2CHADD A,#1DA AMOV 2CH,ACJNE A,#60H,X4MOV 2CH,#00MOV A,2BHADD A,#1DA A MOV 2BH,ACJNE A,#60H,X4MOV 2BH,#00MOV A,

14、2AHADD A,#1MOV 2AH,ACJNE A,#99H,X4MOV 2AH,#00X4:RETDISP:MOV R1,#20HMOV A,2DHMOV R1,2DHINC R1MOV A,2CHMOV R1,AMOV B,#10DIV ABMOV R1,BINC R1MOV R1,AINC R1INC R1MOV A,2BHMOV B,#10HDIV ABMOV R1,BINC R1MOV R1,AINC R1MOV A,2AHMOV B,#10HDIV ABMOV R1,BINC R1MOV R1,ARETDELAY:MOV R6,#60HD1:MOV R7,#248DJNZ R7,

15、$DJNZ R6,D1RETEND六：总结 经过两个星期紧张而充实的单片机实训，老师所要求的程序最终在自己的努力下调试出来了，并且通过了老师的验收，这次实训让我有了很大的收获。从刚开始接到课题：一个计数到99小时59分59秒0.9秒的计时秒表如何实现。所需的数码管有七位，直接利用单片机的I/O口显然很难实现，通过老师的指导，通过利用扫描方式来控制八段数码管，这样既能节省很多硬件资源，又可以在排线布局方面节省很多时间，使整体电路简洁明了。因此：如何实现扫描控制成为了本次课题的重点突破目标。在前期的准备过程之中，通过认真翻阅课本，分析单片机的内部工作原理和每条语句的功能。对单片机内部的组成结构和单

16、片机指令运用上应当注意的问题，认真查找参考书，翻阅资料。有些指令虽然能够使用，但比较复杂，如何更的使用指令，并且更加合理的利用指令方面有所欠缺。因此，我从图书馆借来许多单片机设计方面的书籍来看，认真分析程序，从程序中结合自己所学过的知识认真分析，如何把指令更好的运用到自己到自己的设计之中去。在秒表设计的另一设计中：中断计时功能也十分重要。如何正确使用指令完成所需要的功能，都需要对程序进行很好的分析。通过认真调试才能更好的运用。平时书上所学的零碎的只是进行整理，各种语句的功能和使用方法，只有通过多学多调试，进行仿真才能真正掌握。在设计过程中出现的问题也是挺多的：首先由于对程序的编写设计量不足，容

17、易出现不知如何入手的情况，通过对程序多分析，然后自己从一些简单的程序开始编译调试，逐渐熟悉，由简单到复杂，每个程序都是有很多语句组合在一起来实现其功能的，这样在编写时可以减少很多的麻烦。其次：有时候，在理论上编程没有什么错误，但是在调试和仿真的时候出现错误，通过查阅资料得知，单片机内部执行程序的有些区域是有限制的，超出区域会出现运行错误。在仿真时与在理论上也有很多的差别，因为要考虑硬件部分的因素。通过查找问题出现在哪一部分，并且近一步分析一些相同指令的功能，进行替换之后进行仿真是是否符合仿真电路，解决问题。在使用proteus绘制电路图示，如何布局才能使整体更合理，如何更好地使用各个单片机的I

18、/O口都需要知晓其原理。另外，在proteus中如何快速查找各种元件，节约时间绘制电路图时间，都是需要多查阅资料的。第三：在编写软件过程中，如何运用编程思想去解决问题，也十分关键。刚开始编程是，对于如何实现一个键控制秒表的启动和停止，我想了许久，最后想到利用计数奇、偶的不同来控制。后来在其他资料上看到利用奇偶校验和取反等许多中方法，能够实现相同的功能，但是程序要简洁很多。让我在学习中不对积累，不断丰富自己的知识。通过自己的努力，最终实现了软件仿真调试的成功。虽然在答辩的时候我的表现不够好，说明我的知识还很多欠缺。但是，通过自己编写程序并进行调试，让我的单片机知识有了很大的提升。看到只有两位同学

19、采用汇编编写的程序，而我是其中之一，让我为我的努力和收获而高兴。在很多时候，调试出问题时，自己也想放弃，但是坚持下来才可能成功，我这样告诫自己。通过本次设计，不仅让我的自主的学习能力有了很大的提升，锻炼了我查阅资料解决问题的能力，而且对自己的毅力也是一次考验。让我在自己的学习道路上有了更多的积累，为以后的工作打下良好的基础，付出决定收获！参考资料：1 欧伟明.单片机原理与应用.北京：电子工业出版社，2009.72 杜树春.基于Proteus和Keil C51的单片机设计与仿真.北京：电子工业出版社， 2012.23 李忠国，陈刚.单片机应用技能实训.北京：人民邮电出版社，2006.114 冯育长.单片机系统设计与实例分析.西安：西安电子科技大学出版社，2007.55 任万强.单片机原理与应用.北京：中国电力出版社，2007.16 倪志莲.单片机应用技术.北京：北京理工大学出版社，2007.6