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文檔簡介
1、1設計背景單片機是一種集成在電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處 理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM只讀存儲器ROM多種I/O 口和中斷 系統(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬 多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算 機系統(tǒng)。計時器廣泛應用于實際生活當中,有倒計時器和計時器,我們本次設計為計 時器。計時器廣泛應用于各種比賽當中用來計時,往往都精確到百分秒的精度, 其次也應用于計時鬧鐘等。生活中計時器比較常見,而設計計時器是很具有實際 意義的。2硬件設計:2.1 99秒計時器的總體設計方案利用單片機的定時器設計一
2、個秒計時器,其中設有一個按鍵,當?shù)谝淮伟聪?按鍵時,開始計時,第二次按下按鍵時,停止計時,送入P0和P2端口顯示,P0口驅動顯示秒時間的十位,而 P2 口驅動顯示秒時間的個位。第三次按下按鍵時 使定時器清零,等待下一次按鍵。本設計中需要一個時鐘電路,一個復位電路和 一個控制電路來實現(xiàn)整個電路的運行,實現(xiàn) 00到99的循環(huán)計時。2.2 99秒計時器的組成及其原理圖秒計時器由以下幾個部件組成:單片機 AT89C51兩個靜態(tài)數(shù)碼顯示、一個按 鈕等其它組件。數(shù)碼管顯示電路該電路的工作原理:AT89C51從穩(wěn)壓電路中獲得穩(wěn)定的+5V電壓,接到 VCC 端,提供穩(wěn)定的電壓;P2、P0 口通過電阻接到顯示電
3、路的七段數(shù)碼管的a b cd e f g端口上,利用數(shù)碼管顯示數(shù)字;RST接復位電路,實現(xiàn)電路的復位;XTAL1 XTAL2接晶振電路;整個電路實現(xiàn)循環(huán)動態(tài)顯示數(shù)字 0099.2.3 AT89C51簡單介紹及引腳說明AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPERO FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能 CMOS8位微處理器,俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造,與工業(yè)標準的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51具有
4、如下特點:40個引腳,4k Bytes Flash 片內程序存儲器,128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM,32個外部雙向輸入/輸出(I/O ) 口,5 個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行 通信口,看門狗(WDT電路,片內時鐘振蕩器。VCC供電電壓。GND:接地。P0 口: P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1 口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲 器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入 口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外
5、部必須被拉高。本設計中采 用P0 口顯示計時器的十位數(shù)字。P1 口: P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向I/O 口,P1 口緩沖器能接收 輸出4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后,被內部上拉為高,可用作輸入,P1 口被 外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和 校驗時,P1 口作為第八位地址接收。P2 口: P2 口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O 口,P2 口緩沖器可接收,輸 出4個TTL門電流,當P2口被寫“1”時,其管腳被內部上拉電阻拉高,且作為 輸入。并因此作為輸入時,P2 口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內 部上拉的緣故。P2 口當
6、用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存 取時,P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ T時,它利用內部上拉優(yōu)勢,當 對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2 口在FLASHS程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。本設計中采用P2口顯示計時器的個位數(shù)字。P3 口: P3 口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O 口,可接收輸出4個TTL 門電流。當P3 口寫入“ 1”后,它們被內部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸 入,由于外部下拉為低電平,P3 口將輸出電流(ILL )這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為AT89C5啲一些特殊功能口,如下表所示:P
7、3.0 RXD (串行輸入口)P3.1 TXD (串行輸出口)P3.2 /INTO (外部中斷0)P3.3 /INT1 (外部中斷1)P3.4 T0 (記時器0外部輸入)P3.5 T1 (記時器1外部輸入)P3.6 /WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 /RD (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST :復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持 RST腳兩個機器周期的高電平 時間。ALE/PROG當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地 位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號
8、,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將 跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時,ALE 只有在執(zhí)行MOV,MOV指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果 微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。/PSEN :外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機 器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的 /PSEN信號 將不出現(xiàn)。/EA/VPP :當/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH, 不管是否有內部程序
9、存儲器。注意加密方式1時,/EA將內部鎖定為RESET當/EA端保持高電平時,此間內部程序存儲器。在 FLASHS程期間,此引腳也用于 施加12V編程電源(VPP。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 :來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。 該反向放大器可以配置為片 內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件,XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.4復位電路、時鐘電路及控制電路RSTPSEN
10、ALE EA復位電路單片機的復位電路有上電自動復位和按鍵手動復位兩種。上電自動復位通過電容的放電實現(xiàn)。 在時鐘電路工作后,在RST端給出兩個 周期的搞點評就可完成復位操作;上電加按鍵手動復位的工作方式,當復位鍵按 下時,復位端通過小電阻與電源接通,電容迅速放電使RST引腳為高電平,當復 位鍵彈起后,電源通過電阻重新給電容充電,使RST端出現(xiàn)復位正脈沖,實現(xiàn)復 位,本電路采用上電自動復位單片機的時鐘方式有內部時鐘方式和外部時鐘方式,本電路米用內部時鐘方 式。內部時鐘電路利用芯片內部的振蕩器,在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶振,構成了穩(wěn)定的自激振蕩器,發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘電路。外界晶振時C
11、1、C2都在30pF左右;C1、C2對頻率都有微調作用,晶振的頻率范圍一般是1.2 12 MHz為了減小寄生電容,更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作,振蕩器和 電容應盡可能的與XTAL1和XTAL2靠近。本設計時鐘由12MHZ勺晶振來組成振蕩 電路,來控制單片機對數(shù)碼管的動態(tài)掃描。ooRP2RESPACK-8:TEXT按鍵電路圖上圖為本電路的按鍵(控制)電路,第一次按下按鍵,電平由高電平變?yōu)榈碗娖?,計時器從此刻開始計數(shù); 第二次按下按鍵時, 電平由高電平變?yōu)榈碗娖剑嫊r器計時暫停,數(shù)碼管顯示暫停時的數(shù)字;第三次按下按鍵時,電平由高電平變?yōu)榈碗娖?,計時器復位,計時器數(shù)字變?yōu)?0,當按鍵再次按下時重
12、新開始計時。2.5數(shù)碼管的顯示方法與工作方式顯示方法發(fā)光二極管顯示器一般由若干個發(fā)光數(shù)碼管組成,數(shù)碼管的每一位數(shù)碼段是 一支發(fā)光二極管。當發(fā)光二極管導通時,相應的一個點或一個筆劃發(fā)光,控制發(fā) 光二極管發(fā)光組合,可以顯示出所需字符。若一個數(shù)碼管的若干只發(fā)光二極管的陽極連接在一起, 通過陰極控制其顯示,則 構成共陽極結構;若將發(fā)光二極管陰極連接在一起, 通過陽極控制其顯示,則構 成共陰極結構。無論是共陰極數(shù)碼還是共陽極數(shù)碼, 其顯示字形中碼段的定義是一致的。 微 機進行顯示控制時,一般通過I/O 口送出七段碼。顯然即使送出的七段碼相同, 若I/O 口線與數(shù)碼管引腳連線不同,顯示的字形也不相同。在本
13、設計中我們組采 用了共陰極的顯示方法。工作方式根據(jù)控制原理不同,顯示方式分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。若數(shù)碼管顯示為某一個字符時相應的發(fā)光二極管恒定的導通或截止, 則該顯示方 式為靜態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式時所有數(shù)碼管同時點亮, 字符顯示期間加在數(shù) 碼管上的七段碼不變,即每一個數(shù)碼管對應一個8位I/O接口,所以占用的硬件 資源較多。動態(tài)顯示則是輪流點亮各數(shù)碼光即對顯示器進行掃描。任何時刻只給一個數(shù) 碼管通電,通電一定時間后再給下一個數(shù)碼管通電。 只要刷新率足夠高,動態(tài)顯 示方式同樣可以實現(xiàn)穩(wěn)定顯示。動態(tài)顯示的最大優(yōu)點是節(jié)約I/O 口。靜態(tài)顯示方式簡單不容易出錯,如果電路設計合適,也能夠用較少
14、的線完 成多個數(shù)碼管的顯示。但與動態(tài)顯示相比,動態(tài)顯示電路連接更簡單,節(jié)省單片 機I/O 口,從而節(jié)省單片機的資源,如今已經(jīng)有很多這樣成熟的基于動態(tài)掃描的 芯片,并且采用動態(tài)顯示方式極大的節(jié)省單片機的資源,特別是在單片機的I/O數(shù)量比較緊張的情況下,更能體現(xiàn)采用動態(tài)顯示的優(yōu)越性。 因此,在現(xiàn)在的多數(shù) 電子系統(tǒng)中,數(shù)碼管多數(shù)采用動態(tài)掃描技術來顯示,本設計中我們采用的事動態(tài) 顯示方法。2.6仿真電路圖及電路連接數(shù)碼管顯示圖系統(tǒng)硬件連接(1.把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的 PO.O/ADO P0.6/AD6端口用8芯排線連接到“四路靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中的任一個 a e端口上;要求:P0.0/AD0對應
15、 著a, P0.1/AD1對應著b,P0.6/AD6對應著e。(2.把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0/A8 P2.6/A14端口用8芯排線連接到“四 路靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中的任一個 a e端口上;要求:P2.0/A8對應著a, P2.1/A9對應著b,P2.6/A14對應著e。(3.把“單片機系統(tǒng)“區(qū)域中的P3.7/RD用導線連接到”獨立式鍵盤“區(qū)域中的SP1端口上;(4.把三極管提供電壓的蜂鳴器連接到按鍵電路上,當按鍵按下時,蜂鳴器響起,提示開始計時、暫停計時或者復位;(5將8排阻按照順序連接到數(shù)碼顯示管的電路中通過控制電阻的大小來控制a b c d f e g管的滅或者亮從而控制數(shù)碼管
16、顯示的數(shù)字;(6連接復位電路和時鐘電路。2.7利用PROTUES進行仿真電路圖的連接利用工具欄中的PICK利用關鍵字尋找所需要的仿真元器件。如圖所示DEVICEOMCAI-QMN%4ESLF阿加TE5E 2?MIM41E 刑 野 TMUMATEmWICR y_ LEPHQ著借I廂 丨璉箭取CBMZSSffTBffil MiiiiKCridei I斗£ cate. 33HF2 2il6 g 1 mi- UtiFF IArflSCSl fiU9MKffli§051UARrjATKC51 nB2MCS«6ii:溺i Hng皿加 UM磯H血護如dog f”饒:知蹴 T.
17、UART l*TffiC51RB2 BUS MCSfflSiiSffii加 |1ftB 卯抵(曲iH霍 WMc切 li".:川融 Tw. MET IATaS£5llfliUMCSSiEHSEI tlniKQriii |32±B «h. -IRWHe. Wridicbglnw. JiltW Tbk. UART |ATSKGIHL2 BUSMCSSIEI3E1|X5lH址址 4EHHElii¥” 31IE-U. TiM±. UART lAragcm ruemcsscbiski h陽曲 |別抽4mH2.wditk4 去i&吐 imt
18、. UAFrj臺MCKlHlSffil M<iDC>x4e< ItUfl tcrie. 4UMHz.Hdoci trcm.為1#誡 I vwti-.噸f iTfTfWTI THVITT1hrO.&nI1號WclU"I利用鼠標將找到的各個元器件連接起來。如下圖所示M.EC1 丄 C7jTVTk跖HU1P她PJ3JWJ3 Pi P關PltM6 P17.M7P1WP2.W R2ftlO F2>1 F2眥 FISjAU F;迅P FJ.JjfiliT1亠丄丄丄丄丄丄MJF1.1F1.2Fl 3Fl.lF1.5F13Fl:P3/.BD醐廬WP3a_P咂P3.?i
19、TORESPO|fL將KEIL軟件編譯無誤后生成的HEX文件導入到仿真電路圖的AT89C51單片機 中,如圖所示ILX帶最后,在所有的步驟無誤后即可進行軟件仿真。 利用左下角的按鈕可控制仿真的 運行和停止。AT89C51:u100ZJ456-D25LTA?OOD107MOOGATEOia A7Q0D127MQQ4ATEJ19A7QOD157MO(MATE3ie A700V336MOXA1E028 ADCD8062A109C51BUTTONCAP &PAJOTDF CRYSTAL DIuDE-LEDRE 5FtESPACK-e 灑臨RC3AU11AL1POO/AP0.1/AP0.2/A1
20、XIAL2PD.3JIA1PD./AlPD.5JIA1PD.6XA1PD.7W1P2,SP3.HP2.2WPSEN也也ALEP2.4WE4P2.5WP2.6WP21IAP1.0P3WH.ipain門.2PI .3PS2/NP諭PI .4P3.4fPI .5P35fPI .6P11P3.7JIM* I II I I o 5 H朋落叮 ANI洶TING MOO:07400000(CFU bat 15劭完成后的仿真電路圖如下3軟件設計3 .1流程圖此程序采用匯編語言用十六進制算法編寫了兩位數(shù)碼管循環(huán)掃描動態(tài)顯示的專用程序。通過軟件的控制使兩位數(shù)碼管能從 00計數(shù)到99,再回到00,依 次進行循環(huán)。若
21、在計數(shù)期間有復位高電平出現(xiàn)時,便重新從00開始計數(shù)。并有電源開關控制讓電路是否工作,且有指示燈只是電源是否正常。主程序流程圖如下圖所示KEYCNT=1KEYCNT=2TO停止KEYCMT=3中斷程序流程圖在正常計時狀態(tài)下,若按下 P1.1 口按鍵,則進行時鐘/秒表功能的轉換, 轉換后計時從開始。當按下 P1.2 口的按鍵時,可實現(xiàn)清0、計時啟動、暫停功3.2程序代碼sec ond equ 30htcount equ 31hkco unt equ 32h key bit p3.7org 00hsjmp startorg 00hsjmp startorg 0bhljmp int_tOstart:m
22、ov dptr,#tablemov p2,#3fhMOV P0,#3fh;開始顯示器顯示00mov sec on d,#00hmov tco un t,#00hmov kco un t,#00hmov tmod,#01h;定時器0工作在方式1mov tl0,#(65536-50000)/256mov th0,#(65536-50000) mod 256k1: jb key,$lcall delayjb key,$;等待按鍵mov a,kco untcjne a,#00H,k2;判斷按鍵次數(shù)setb TRO;第一次按鍵啟動定時器mov ie,#82hjnb key,$inc kco unt;抬起
23、按鍵定時器次數(shù)加1Ijmp k1k2: cjne a,#01h,k3clr tr0;第一次按鍵關閉定時器mov ie,#00hjnb key,$inc kco unt;按鍵抬起按鍵次數(shù)加1Ijmp k1k3: cjne a,#02h,k1;第三次按鍵返回初始狀態(tài)jnb key,$Ijmp start in t_tO:mov th0,#(65536-50000)/256mov tl0,#(65536-50000) mod 256inc tco untmov a,tco unt;是否積夠1秒cjne a,#20,i2mov tco un t,#00hinc sec ond mov a,sec on
24、dcjne a,#100,i1mov sec on d,#OOhi1:mov a,sec ondmov b,#10div abmove a,a+dptr;顯示時間mov p0,amov a,bmove a,a+dptrmov p2,ai2: retitable:db 3fh,06h,5bh,4fh,66hdb 6dh,7dh,07h,7fh,6fhdelay:mov r6,#20d1:mov r7,#250djnz r7,$djnz r6,d1retend3.3利用KEIL軟件進行程序編譯打開 keil 之后新建工程,選擇 ateml ,如下圖所示在選擇方式為atmel之后,在選擇單片機是選擇
25、AT89C51,選擇情況如下圖所示 - »» j« 4 甲SJl-s-s®-甲ffls-ffl:®也:_ZU A.T8V 匚 S1. 口 3* _匚二| A.TSVF5 1|I" JkT&TFSIRCr"a rh曰fsn-I B ATSVFS5WDA.TS-9C1O51-f i1 os i i_rI_二1 ATB9匚 NCJS 1 I_"I ATSQC4O51JVTBT 匸 B 1*| 11 r匚,選擇為完成后,新建程序并將程序編寫后打入,保存為asm格式Ji_|= C:UsersiP2.PO.HOT B,
26、DIV A3) MOVC KOV MOV MOVC WOV12: REII TABLE: DBDBDELAY;盟VMOV R mi | rtiN?g)F.禺”.誠DeviceTarget Output Listing C51A51BL51 Locate EL51 MiFile Edit View Project Debug Flash Peripherals Tools SVCS Window Help0|x %e |庫啻4%鬼恵%|7俺臨|詈i叮兇閉-:j| Target 1.Source Group 1保存玩之后設置其他的要求的要求,比如要設置晶振為12MHzOptions for Tar
27、get 'Target 1'Atmel AT89C51Use On-chip RDI)1Xtal OflHz): 12|Off_chip Code ireiroryOff-chip Xhta meFEpromEprom在設置完成后可利用軟件本身的編譯程序進行編譯,編寫正確就會提示無錯誤無警告;假如程序有問題的話,就會顯示所編寫的程序的錯誤類型及錯誤所在的位置EJ :_i Target 1宙匸 Source Group 1Pl C:UsersacerDesktop 伊建丈代蕪,123,ASM03ne 100111ir.cv Eccnd, #CiQhil:mov af seccnd
28、mcv tr#10div ab move a,a+dptr mGv pOj amove a,a+dptrKiev p2f 已12 : reti3fh,0hF5btir4£iithdelay:mov r6r12011:mev r?7t +25Qdjnz r7,星dj nz rfi r dlretend0F. |(gL. dlBProgram Size: data8 D xdataO code153 creating hex file from " 123"."123" - 0 Error(s), 0 Warning(s), l| 41 | RBiiildA Commsncj 入 Find in Films 程序正確后就能把文件轉換為hex格式,兵將其輸入到設計的計時器電路的AT89C51單片機中,將編寫的程序展示出來。將編譯無誤的程序導入仿真電路圖中運行運行過程中,第一次按下按鍵,計時器開始從00開始計時;第二次按下按鍵,計時器計時暫停,若計時超過99秒,計時器從00開始循環(huán)計時;第三次按下按 鍵,計時器復位00。計時器復位圖第二次按下按鍵計時器顯示當前計數(shù)第三次按下按鍵計時器復位4結論使用軟件和編寫程序時一定要注意每一個細節(jié),一個分號的遺漏也會造成錯 誤。制作前一定要
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