硬件实习报告定时器设计

1、淮阴工学院 硬件实习报告硬件实习报告 选题名称选题名称: 定 时 器 系（院）系（院）: 计算机工程学院 专专 业业: 通信专业 班班 级级: 姓姓 名名: 学学 号号: 指导教师指导教师: 学年学期学年学期: 2010 2011 学年 第 2 学期 2011年 6 月 10 日 摘要： 随着时代的进步，电子行业的发展，定时器的应用也越来越广泛。传统的定 时器绝大多数都是发条驱动式、电机传动式或电钟式等机械定时器。相对于传统的定 时器，电子定时器体积小、重量轻、造价低、精度高、寿命长而且安全可靠、调整方 便、适于频繁使用。本设计利用定时器/计数器定时 2s，某键按下去开始计时，定时 时间到红灯

2、亮，再按一下停止计时。利用单片机 80C51 实现定时 2s 的功能。采用按 键方式控制定时器工作及 LED。复位电路选用上电自动复位方式。本文详细阐述了系 统工作原理，并给出了硬件连接图，软件流程及代码分析。 关键词：80C51；定时器；LED；复位电路；振荡电路；按键电路 设计任务书设计任务书 课题课题 名称名称 定 时 器 设计设计 目的目的 1.掌握 PROTEL 的使用； 2.掌握电路设计的一般方法； 3.掌握电路仿真的过程； 4.掌握硬件设计及焊接方法； 5.提高查阅资料的能力和撰写论文报告的能力； 6.提高分析问题、解决问题的能力。 实验实验 环境环境 1.微型电子计算机（PC）

3、 ； 2.安装 Windows XP 操作系统，Protel 99 SE 软件 3.安装 Proteus、Multisim 等硬件仿真软件 任务任务 要求要求 1.查阅有关资料； 2.使用 PROTEL 绘制电路原理图； 3.在实验电路板上焊接电路； 4.编程、调试； 5.撰写 2000 字的实践报告，并附电路原理图、软件流程图以及软件。 工作进度计划工作进度计划 序号序号起止日期起止日期工工 作作 内内 容容 12011.06.72011.06.7查找资料，绘制 protel 原理图 22011.06.82011.06.8 学习使用 protues，编写代码，用 protues 进行电路 仿

4、真 32011.06.92011.06.9调试 42011.06.102011.06.10焊接电路板 指导教师（签章）：指导教师（签章）： 2011 年年 5 月月 6 日日 目目录录 1 课题综述. 1 1.1 课题来源和意义.1 1.2 预期目标及实现方法.1 2 系统分析 1 2.1 涉及的基础知识.1 2.2 总体方案.5 3 系统设计 5 3.1 硬件连接. 5 3.2 软件设计.6 总 结. 9 致 谢. .10 参考文献. .11 1 课题综述课题综述 传统的定时器绝大多数都是发条驱动式、电机传动式或电钟式等机械定时器，部 分电子器械中也有试用时间继电器的。相对于传统的定时器，电

5、子定时器体积小、重 量轻、造价低、精度高、寿命长而且安全可靠、调整方便、适于频繁使用。所以电子 定时器的发展必定大有前途。同时随着现代电子技术的发展，电子定时器也在不断的 进步，朝着更多用途、更高精度、更小体积发展着。 1.1 课题来源和意义课题来源和意义 定时器是日常生活中用得最多的，例如，家用电器中的微波炉、洗衣机、电饭煲 等内部都含有不同形式的定时器。在工业控制中，也经常遇到对某些物理量定时进行 采样与控制的问题。在本设计中，定时器将利用单片机 80C51 实现简单的定时器功能。 本课题的意义在于通过设计和制作本课题把学习到的知识融会贯通并应用到实际 当中。做到学有所成，学有所用。 1.

6、2 预期目标及实现方法预期目标及实现方法 定时器要求利用定时器/计数器定时 2s，某键按下去开始计时，定时时间到红灯 亮，再按一下停止计时。利用单片机 80C51 实现定时 2s 的功能。采用按键方式控制 定时器工作及 LED。复位电路选用上电自动复位方式。 2 系统分析系统分析 单片机是集成在一个芯片上的计算机，是计算机、自动控制和大规模集成电路技 术相结合的产物，融计算机结构和控制功能于一体。本课程设计采用 8 位单片机中一 个最基本、最典型的芯片型号 80C51。 2.1 涉及的基础知识涉及的基础知识 2.1.1 80C51 单片机的封装与信号引脚 80C51 有 40 引脚双列直插式

7、DIP 和 44 引脚方形扁平式 QFP 共两种封装形式。常 用双列直插式封装形式，如图 2-1 所示。 图 2-1 8051 芯片引脚 1. 输入/输出口线 P0.0P0.7 P0 口 8 位双向口线 P1.0P1.7 P1 口 8 位双向口线 P2.0P2.7 P2 口 8 位双向口线 P3.0P3.7 P3 口 8 位双向口线 2. 访问程序存储器控制信号 EA 当 EA 信号为低电平时，对 ROM 的读操作是针对外部程序存储器的；而当 EA 信号为高电平时，对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序 存储器。 3. 复位信号 RST 当输入的复位信号延续 2 个机器

8、周期以上高电平时即为有效，用于完成单片机的 复位操作。 4. 外接晶体引线端 XTAL1 和 XTAL2 当使用芯片内部时钟时，XTAL1 和 XTAL2 用于外接石英晶体谐振器和微调电容； 当使用外部时钟时，用于接入外部时钟脉冲信号。 2.1.2 80C51 单片机的时钟电路 单片机的时钟电路由振荡电路和分频电路组成。其中振荡电路由反相器以及并联 外接的石英晶体和电容构成，用于产生振荡脉冲。而分频电路则用于把振荡脉冲分频， 以得到所需要的时钟信号。 1振荡电路 80C51 芯片中的高增益反相放大器，其输入端为引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器

9、和两只电容器（电容 C1和 C2 一般取 30pF） 。石英晶体为一感性元件与电容构成振荡回路，为片内放大器提供正反 馈和振荡所需的相移条件，从而构成一个稳定的自激振荡器。 2分频电路 振荡电路产生的振荡信号并不直接为单片机所用，而要进行分频，经分频后才能 得到单片机各种相关的时钟信号。振荡脉冲经二分频后作为系统的时钟信号。 2.1.3 80C51 单片机的系统复位 复位是单片机的硬件初始化操作。经复位操作后，单片机系统才能开始正常工作。 复位操作有：为一些专用寄存器设置初始状态、程序状态字 PSW 清 0、程序计数器 PC 被赋值为 0000H 以及为芯片的某些引脚设置电平状态等内容。 复位

10、操作有两种复位方式，即加电复位和手动复位。加电复位是指通过专用的复 位电路产生复位信号。它是系统的原始复位方式，发生在开机加电时，是系统自动完 成的。加电复位是基本的、任何单片机系统都具有的功能。手动复位也应通过专用的 复位电路实现。 复位电路用于产生复位信号。80C51 基本复位电路共育上电复位、按键电平复位 和按键脉冲复位 3 种。其中上电自动复位是通过电容充电来实现的，如图 2-2 所示。 只有电源 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位。 图 2-2 上电复位 2.1.4 80C51 单片机的中断系统 1.中断源与中断向量 80C51 的中断系统具有 6 个中断源：2

11、 个外部中断、2 个定时器中断和 2 个串行 中断。定时器中断是为了满足定时或计数的需要而设置的。在单片机芯片内部有 2 个 定时器/计数器，所以定时器中断也有 2 个：定时器 1 中断和定时器 0 中断。当计数器 溢出时，表明定时时间到或计数值满，这时内部电路就产生中断请求。由于这种中断 请求是在芯片内部发生，因此，在芯片上没有对应的中断请求引入端。 中断向量是程序存储器的一个地址，表明一个中断的服务程序从这里开始存放。 中断发生后要通过它引导 CPU 转向相应的中断服务。 表 2-1 80C51 的中断 中断名称中断向量 外部中断 00003H 定时器 0 中断000BH 外部中断 100

12、13H 定时器 1 中断001BH 串行发送中断0023H 串行发送中断0023H 2.中断控制 中断控制是通过硬件实现的，但须进行软件设置。中断控制的内容共有 4 项：中 断允许控制、中断请求标志、中断优先控制和外中断触发方式控制。这些控制内容分 布在 4 个控制寄存器中，包括：中断允许寄存器、定时器控制寄存器、串行控制寄存 器和中断优先级寄存器。 其中，中断允许寄存器 IE 用于控制是否允许使用中断。80C51 通过中断允许控制 寄存器对中断允许实行两级控制：中断系统总控制和各类中断单个控制。当总控制位 EA=0 时，关闭中断系统，整个系统处于中断禁止状态，即使各分类中断是允许的也 不管用

13、；只有当 EA=1 时，开放中断系统，这时才能由各分类中断控制位控制分类中 断的允许与禁止。定时器中断允许控制位为 ET0 和 ET1：当 ET0（ET1）=0 时，禁止 定时器中断；当 ET0（ET1）=1 时，允许定时器中断。 2.1.5 80C51 单片机的定时器 80C51 的 CPU 内部包含两个 16 位定时器，分别是 Timer0 和 Timer1，这两个 Timer 统一由 TMOD 和 TCON 来掌握。 寄存器 TMOD 控制 Timer 的定时器模式，该寄存器以 M1M0 工作方式选择位指 定 Timer0 或 Timer1 的工作模式。M1M0=00,工作方式 0；M1

14、M0=01,工作方式 1；M1M0=10,工作方式 2；M1M0=11,工作方式 3。定时器工作方式 1 是 16 位计数结 构的工作方式，计数器由 THX 的全部 8 位和 TLX 的全部 9 位构成，计数范围最长为： 165536，因而，本设计定时器采用工作方式 1。定时时间计算公式为： （65536-计数初值）晶振周期12 (2.1) 本设计系统中，使用的振荡频率是 12MHz，定时分辨率是 1us。 TCON 寄存器内部指示两个 Timer 的工作结果，通过设置 TCON 的状态，来停止 或启动 Timer。运行控制位 TR0（TR1）=0，停止 Timer 工作；TR0（TR1）=1

15、，启动 Timer 工作。 2.2 总体方案总体方案 本课程设计系统主体分硬件电路设计和软件设计。硬件电路由 80C51、复位电路、 振荡电路、LED 电路及按键电路组成。以 80C51 单片机做为核心器件，振荡电路用来 产生时钟信号，复位电路用于产生复位信号，按键电路产生控制信号。软件设计采用 汇编语言。功能模块图，如图 2-3 所示。 图 2-3 功能模块图 3 系统设计系统设计 3.1 硬件连接硬件连接 3.1.1 利用 protel 99SE 绘制电路原理图和 PCB 图 绘制原理图的步骤： a.新建一个原理图文件 b.原理图纸大小设置 c.从元件 库中选择和放置元器件 d.原理图布线

16、 e.ERC 检测 f.编辑与调整 g.存盘 打印。如图 3-1 所示。 绘制 PCB 制作步骤： a.准备原理图文件和网络表文件 b.新建 PCB 文件 c.装 入网络表 d.元器件布局 e.PCB 布线 f. DRC 检测 g.编辑与调整。如图 3-2 所 示。 图 3-1 protel 原理图 图 3-2 PCB 图 3.1.2 利用 proteus 进行电路仿真 使用 proteus 仿真的基础是要绘制准确的原理图并进行合理的设置，绘制原理图 使用 ISIS 原理图输入系统。如图 3-3 所示。具体步骤： （1） 启动 ISIS 原理图工具，打开设计文档。 （2） 选择模板，保存设计。

17、 （3） 放置元件并布线。 （4） 添加目标程序文件。 （5） 进行仿真与调试。 图 3-3 proteus 原理图 3.2 软件设计软件设计 3.2.1 算法流程图 图 3-4 流程图 3.2.2 代码编写 代码主要有三部分：控制定时器的启动与停止、控制 LED 亮与灭和按键状态。 1.单片机启动定时器的步骤： a. 设定 TMOD 的值，从而确定工作模式与启动方法。 b. 设定 IE 的值：启动中断。 c. 设定 TLX、THX 的值：从而决定定时器的量。 d. 启动定时器。 2. p1.1 端口控制 LED 亮与灭 当 p1.1 端口输出高电平，即 p1.1=1 时，根据发光二极管的单向

18、导电性可知，这 时发光二极管 D1 熄灭；当 p1.1 端口输出低电平，即 p1.1=0 时，发光二极管 D1 亮。 使用 SETB P1.1 指令使 p1.1 端口输出高电平，使用 CLR P1.1 指令使 p1.1 端口输出低 电平。 3.按键状态 开关状态的检测过程相对于单片机来说，是检测 p1.6 端口输入的信号，而输入的 信号只有高电平和低电平两种。当开关断开，即输入高电平 p1.6=1，当开关闭合时， 即输入低电平 p1.6=0。 ORG 00H LJMP START1 ORG 0BH;定时器 0 中断向量 LJMP intt0 ORG 30H START1: SETB P1.1;

19、LED 熄灭 MOV TMOD,#01H;设定定时器 0 工作在模式 1 下 ;在 12MHz 石英晶体，定时器通过 TH0 和 TL0 所存放的值用来改变定时长短， 算法：66536-50000=15536=3CB0H，也就是定时器会从 15536 开始计算 50000 个机器 周期，50000*1us=50ms MOV TH0,#03CH MOV TL0,#0B0H MOV R1,#40;40*50ms=2s SETB EA;中断允许总控制位 SETB ET0;允许定时器中断 ;若开关按下，启动定时器；否则，继续判断。 START2: JB P1.6,START2 SETB TR0;启动定

20、时器 0 ；若开关弹起，LED 灭，停止定时器；否则，继续判断。 START3: JNB P1.6,START3 SETB P1.1；LED 灭 CLR TR0；停止定时器 sjmp START1；跳到初始状态，开始下一次工作 intt0: MOV TH0,#03CH MOV TL0,#0B0H DJNZ R1,intt ;控制循环，R1=0 时，跳出循环;2s 时间到 CLR P1.1;LED 亮 intt: RETi;中断返回 END 总结 为期一周的实习在匆忙中落下帷幕。可以说这次课程设计是我最用心也最成功的 一次课程设计。从查阅资料，原理图设计，电路仿真，代码编写到最后的电路焊接， 都

21、是我自己一步一步做下来的。唯一遗憾的是，电路板焊的不太美观。 原理图的设计是本课程设计的核心。虽说，本原理图较为简单，但是从开始设计 到最终确立，还是修改了两三次。主要原因还是自己缺少实践能力。 代码的编写花费的时间最久，二十行的代码却耗了近两天的时间。代码的初步编 写过程倒不算难，关键就是调试，很让人纠结，经过几经波折才调试成功。从红灯不 亮到红灯亮，但不听从按键指挥；再到按键按下去红灯不亮，按键弹起来，红灯亮； 最终才实现按键按下，2s 后红灯亮，按键弹起，红灯灭。 电路板的焊接确实不难，关键在于美观。因为我的失误，未能把元器件及导线布 局完美，导致电路板不太美观。希望今后能有更多的机会可以焊接电路板，以此来提 高自己的焊接技术。 经过这次课程设计，不仅使我对对单片机 80C51 芯片、相关电路有了进一步深刻 地了解，掌握利用 protel 99SE 绘制电路原理和用 proteus 进行电路仿真的一般方法； 也使我掌握硬件焊接的基础技能，动手能力有所增强。 致谢 在此对给予我帮助的老师和同学表示深深地感谢！感谢淮阴工学院、计算机工程 系提供的实践机会！感谢实验室人员提供的实验环境！感谢给与我参考文献的这些作 者们！谢谢你们！ 在指导老师和同学们的帮助下我学到了很多东西，