百位（开关）计数器课程设计报告

1、课 程 设 计 任 务 书学 院信息科学与工程专 业测控技术与仪器学生姓名李晗学 号1003020107设计题目百位（开关）计数器内容及要求：keil c程序设计是测控技术与仪器专业的专业基础课。本设计是对该课程综合应用能力的检验，在鼓励学生熟悉基本原理的前提下，注重与实际应用相联系，提出自己的方案，完善设计。1、熟悉单片机及被控对象的工作原理； 2、提出可行设计方案；3、根据方案设计硬件电路、绘制电路原理图；4、软件编程并调试；5、系统调试；5、完成课程设计报告。进度安排：第18周（2012年12月29日-2013年1月7日）：布置设计任务，查资料，完成总体方案设计，系统硬件电路设计，系统软

2、件编写并调试，验收答辩。指导教师（签字）2012年11月24日学院院长（签字）2012年11月24日摘 要 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本课程设计报告主要介绍了一个基于89c51单片机的开关计数的设计，详细描述了利用开关计数系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统实现计数和显示，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点。关键词：单片机89c51;开关;开关计数器。目录1.设计背景41.1课题背景41.2设

3、计内容52系统总体设计53.硬件系统介绍53.1 80c51单片机的介绍53.1.1 80c51单片机主要特性73.1.2 80c51单片机管脚图73.1.3 80c51单片机的中断系统104硬件电路设计114.1开关计数电路硬件设计114.1.1晶振电路114.1.2显示器124.1.3操作电路124.1.4总电路图135.主要元器件136软件编程137调试178设计总结179.参考文献18引言计数是一种最简单的基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量，计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成

4、，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制中对指令的地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算中做乘法，除法运算时记下加法，减法的次数。计数器可以用来显示产品的工作状态，计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频，定时，产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等，但是并无法显示计算结果，一般是通过外接led或lcd才能显示，随着科学技术的不断提高，计数器的计数范围也越来越大。计数器的产生意义重大，在人类文明的进步过程中是不可缺少的。1.设计背景1.1课题背景 随着计数器技术的不断发展与进步，计数器的种类越来越多，应用的范围越来越广

5、，随之而来的竞争也越来越激烈。过硬的技术也成为众多生产厂商竞争的焦点之一。厂商为了在竞争中处于不败之地，从而不断地改进技术，增加产品的种类。现计数器的种类以增加到：电磁计数器、电子计数器、机械计数器（拉动机械计数器、转动机械计数器、按动机械计数器、测长机械计数器）、液晶计数器等。 计数器的应用范围也遍布印刷、纺织、印染、针织、电缆、电讯、军工、轻工、机械、开关、断路器、矿山、实行多班制的纺织行业的织布机、织带机、制线、制带、造纸、制革、薄膜、高压开关电器产品、试验设备，印刷设备、短路器、医疗、纺织、机械、仓库和码头的货运、行人及车辆过往的数量计数、冶金、食品、国防、包装、配料、石油、化工、发电

6、、机床、仪表、自动化控制等行业。1.2设计内容 1.利用开关的闭合和断开进行计数（计数范围：0-99），将计数值准确显示出来 2.用光电管用来检测是否有物体经过，数码管显示光电管检测到物体的数量，数值可设置，本设计设定为09999，上电显示初始值0000，计数上限为9999。用显示屏准确记录数值的变化。2系统总体设计 主电源数值显示89c51主控制器根据设计内容，开关计数器系统可以分为手动对信号输入端的输入，数码管显示和清零模块。具体模块有主电源模块，手动操作模块，计数值显示，晶振模块。系统总体设计框图如图所示晶振电路手动操作开关计数系统框图3.硬件系统介绍3.1 80c51单片机的介绍80c

7、51单片机最初是由intel 公司开发设计的，但后来intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 sst、philip、atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是intel 公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的。80c51有40个引脚，4个8位并行i/o口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。80c51的存储器系统由4k的程序存储器(掩膜rom)，和128b的数据存储器(ram)组成。【3】

8、80c51单片机的基本组成框图见图3-1。【3】图3-1 80c51单片机结构由图3-1可见，8051单片机主要由以下几部分组成：cpu系统 8位cpu，含布尔处理器； 时钟电路； 总线控制逻辑。存储器系统 4k字节的程序存储器（rom/eprom/flash，可外扩至64kb）； 128字节的数据存储器（ram，可再外扩64kb）； 特殊功能寄存器sfr。i/o口和其他功能单元 4个并行i/o口； 2个16位定时计数器； 1个全双工异步串行口； 中断系统（5个中断源，2个优先级）。3.1.1 80c51单片机主要特性1. 一个8 位的微处理器(cpu)。2. 片内数据存储器ram(128b)

9、，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，sst89 系列单片机最多提供1k 的ram。3. 片内程序存储器rom(4kb)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带rom/eprom，如8031，8032，80c31 等。目前单片机的发展趋势是将ram 和rom 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。sst 公司推出的89 系列单片机分别集成了16k、32k、64k flash 存储器，可供用户根据需要选用。4. 四个8 位并行io 接口p0p3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。5. 两个定时器计数器，每个定

10、时器计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如sst89e58rd 就有9 个中断源。7. 一个全双工uart(通用异步接收发送器)的串行io 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12mhz。sst89v58rd 最高允许振荡频率达40mhz，因而大大的提高了指令的执行速度。3

11、.1.2 80c51单片机管脚图图3-2 80c51单片机管脚图部分引脚说明：时钟电路引脚xtal1 和xtal2：xtal2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；在8051 片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。要检查8051/8031 的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看xtal2 端是否有脉冲信号输出。xtal1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。控制信号引脚rst,ale,psen 和ea：rst/vpd(9 脚)：rst

12、是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将5v 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。rst 引脚的第二功能是vpd,即接入rst 端，为ram 提供备用电源，以保证存储在ram 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。ale/prog(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后，ale 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc 的1/6。cpu 访问片外存储器时，ale 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。平时不访问片外存储器时，ale 端也以振荡频

13、率的1/6 固定输出正脉冲，因而ale 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看ale端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。ale 端的负载驱动能力为8 个ls 型ttl(低功耗甚高速ttl)负载。此引脚的第二功能prog 在对片内带有4kb eprom 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。psen(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接eprom 的oe 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。psen 端有效

14、，即允许读出epromrom 中的指令码。psen 端同样可驱动8 个ls 型ttl 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后cpu 能否正常到epromrom 中读取指令码，也可用示波器看psen 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。ea/vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当ea 引脚接高电平时，cpu只访问片内eprom/rom并执行内部程序存储器中的指令，但当pc(程序计数器)的值超过0fffh(对8751/8051 为4k)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号ea 引脚接低电平(接地)时，cpu 只访问外部eprom/r

15、om 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内rom 的8031 或8032,需外扩eprom，此时必须将ea 引脚接地。此引脚的第二功能是vpp 是对8751 片内eprom固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12v21v)的输入端。输入/输出端口p0/p1/p2/p3：p0口(p0.0p0.7，3932 脚)：p0口是一个漏极开路的8 位准双向i/o口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个ls 型ttl 负载。当p0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80h)写入全1,此时p0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向

16、口的含义。在cpu 访问片外存储器时，p0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，p0口内部上拉电阻有效。p1口(p1.0p1.7，18 脚)：p1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向i/o口。p1口每位能驱动4 个ls 型ttl 负载。在p1口作为输入口使用时，应先向p1口锁存地址(90h)写入全1,此时p1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。p2口(p2.0p2.7，2128 脚)：p2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向i/o口。p口每位能驱动4个ls 型ttl 负载。在访问片外eprom/ram 时，它输出高8 位地址。p3口(p3.0p3.7，1017 脚)：p3口是一个

17、带内部上拉电阻的8 位准双向i/o口。p3口每位能驱动4个ls型ttl负载。p3口与其它i/o 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：p3.0：(rxd)串行数据接收。p3.1：(rxd)串行数据发送。p3.2：(int0#)外部中断0输入。p3.3：(int1#)外部中断1输入。p3.4：(t0)定时/计数器0的外部计数输入。p3.5：(t1)定时/计数器1的外部计数输入。p3.6：(wr#)外部数据存储器写选通。p3.7：(rd#)外部数据存储器读选通。3.1.3 80c51单片机的中断系统80c51系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。由片内

18、特殊功能寄存器中的中断允许寄存器ie控制cpu是否响应中断请求；由中断优先级寄存器ip安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。3.1.4 80c51单片机的定时/计数器在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。80c51单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：t0和t1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，t1还4硬件电路设计4.1开关计数电路硬件设计4.1.1晶振电路晶振电路由2个电容，1个晶振组成，如下图所示。 晶振电路单片机晶振的作用是为系统提供基本

19、的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。单片机晶振有2个电容的作用：这2个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的2个脚上和对地的电容，一般在几十皮法。它会影响到晶振的振谐频率和输出幅度。晶振的负载电容=(cd*cg)/(cd+cg)+cic+c。4.1.2显示器显示电路图4.1.3操作电路 操作电路图4.1.4总电路图开关计数总电路图5.主要元器件表1元件清单元件序号型号主要参数数量备注芯片u1at89c5112mhz1晶振crystal12mhz1电阻阻排r1digital10krespack-81/1

20、电容cap1030pf3开关button无3清零，计数电源，地power,gnd1/1显示器lcd1.5v,10ma26软件编程#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbitseg_1=p20; sbitseg_2=p21;sbitseg_3=p22;sbitseg_4=p23;sbit t0=p34;ucharcount_tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, 0x77,0x7b,0x39,0x5e,0x79,0x73;int coun

21、t=0;void delay(int n)uchar j=0;uint k=0;for(j=0;j0;k-);void display(uint temp)/4位数码管循环显示 int ge,shi,bai,qian;qian=temp/1000;bai=temp%1000/100;shi=temp%100/10;ge=temp%10;seg_1=0;seg_2=0;seg_3=0;seg_4=0;seg_1=1;p0=count_tabqian;delay(10);seg_1=0;seg_2=1;p0=count_tabbai;delay(10);seg_2=0;seg_3=1;p0=count_tabshi;delay(10);seg_3=0;seg_4=1;p0=count_tabge;delay(10);seg_4=0;void main() p0 = 0x00;p2 = 0x00;p3=0xff;t0=1; tmod = 0x06;th0 = tl0 = 256 - 1 ;et0 = 1;ex0 = 1;ex1 = 1;ea = 1;ip = 0x02;i