基于单片机课程设计基于单片机的秒脉冲信号源的设计

1、 湖 南 科 技 大 学单 片 机 课 程 设 计 题 目 基于单片机的秒脉冲信号源的设计 姓 名 张 天 瑜 学 院 机电工程学院 专 业 测控技术与仪器 学 号 0903030121 指导教师 付 国 红 成 绩 摘 要随着电子技术的不断发展，单片机的应用领域更加广阔。单片机诞生30多年以来，其品种,功能和应用技术都得到飞速的发展，本次课程设计的目的主要是培养学生综合运用所学的知识，完成一个单片机应用系统设计。本系统采用单片机89c51为中心器件来设计,系统使用性强，操作简单，扩展性强。在现有的单片机仿真机系统上掌握相关软硬件设计与调试知识，根据仿真系统，焊好硬件电路，正确进行元器件的测试

2、与调试。正文着重给出软硬件设计的思路和各部分功能的扩展增强，以及其具体实现。关于频率和占空比的确定，对于12m晶振，输出频率为1khz,这样定时中断次数设定为 *10，即0.01ms中断一次，则th0=ff,tl0=f6;由于设定中断时间为0.01ms，这样可以设 *定占空比可从1-99%变化。即10ms*100=1s 关键词：at89c51单片机、秒脉冲、占空比、晶振目 录一、功能要求1二、方案论证1三、系统硬件电路的设计2四、系统程序的设计7五、调试及性能分析11六、参考文献12七、（附录）电路protues仿真图 13一 、功能要求1、 系统的设计任务设计单片机主电路、秒脉冲发生器信号源

3、。2、设计所需要的用具电烙铁，锡丝，单片机，atmel86c52、，晶振，各种不同阻值电阻，各种型号电容，导线，杜邦线等等二 方案论证1.1、电源部分 本次设计选用89c51单片机作为核心，adc0809作为a/d转换芯片，数码管作为显示器，7805稳压器为主的直流稳压电路做为电源，配合采集，转换，显示程序共同实现可测量0-5v直流电压的数字式电压表。1.2 软硬件开发环境 硬件选择：选择89c52作为单片机芯片，选用独立式按键作为程序的跳转与选择，利用adc0809作为数模转换芯片，利用p0至p4的各个串口来进行不同设备间的连接，计算机进行汇编，h51/l仿真器，单片机多功能实验箱。 软件开

4、发环境： 用proteus 7 professional软件画电路图 、keil uvision3软件进行程序编写。三、系统硬件电路设计主要芯片简介：at89c52简介 9c52是intel公司mcs-51系列单片机中基本的产品，它采用atmel公司可靠的cmos工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的mcs-51的hcmos产品。它结合了cmos的高速和高密度技术及cmos的低功耗特征，它基于标准的mcs-51单片机体系结构和指令系统，属于89c51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89c52内置8位中央处理单元、256字节内部数

5、据存储器ram、8k片内程序存储器（rom）32个双向输入/输出(i/o)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89c52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结cpu而ram定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存ram数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89c52有pdip(40pin)和plcc(44pin)两种封装形式。at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memor

6、y）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at89c2051是它的一种精简版本。at89c51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1主要特性： 与mcs-51 兼容 ,4k字节可编程闪烁存储器，寿命：1000写/擦循环， 数据保留时间：10年，全静态工作：0hz-24hz ，三级程序存储器锁定，128*8位内部ram ，32可编程i/o线， 两个16位定时器/计数器， 5个中断源 ，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路 。 2管脚说明：

7、vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2

8、口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上

9、拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下所示： 口管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） 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） p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。

10、 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。

11、但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 3、振荡器特性： xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal

12、2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 4、芯片擦除： 整个perom阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ale管脚处于低电平10ms 来完成。此外，at89c51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，cpu停止工作。但ram，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存ram的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 5、结构特点： 8位cpu；片内振荡器和时钟电路；32根i/o线；外部存贮器

13、寻址范围rom、ram64k；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器。 此为引脚图stc89c52基本电路stc89c52单片机要正常工作，必须有基本电路：晶振电路及复位电路。（1） 复位电路复位是使单片机处于某种确定的初始状态。单片机工作从复位开始。在单片机rst引脚引入高电平并保持2个机器周期，单片机就执行复位操作。复位操作有两种基本方式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。复位电路如图3.2.2所示。开机瞬间rst获得高电平，随着电解电容c3的充电，rst引脚的高电平将逐渐下降。若该高电平能保持足够2个机器周期，就可以实现复位操作。根

14、据经典电路选择参数，选取c3=10µf，r1=10k。（2） 晶振电路单片机的时钟信号通常有两种产生方式：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式是利用单片机内部的振荡电路产生时钟信号。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。本次设计中，采用的是12mhz晶振，配上30pf的电容，构成谐振，这样有助于输出稳定的波形。电路如图所示。在单片机的xtal1和xtal2引脚外接石英晶体（简称晶振），作为单片机内部振荡电路的负载，构成自激振荡器，可在单片机内部产生时钟脉冲信号。c1和c2的作用是稳定振荡频率和快速起振。根据经典电路选择参数，本电路选用晶振12 mhz， c1=

15、c2=33pf。其中晶振周期（或外部时钟信号周期）为最小的时序单位。第四章 系统程序的设计程序思路说明： 只需要4个按键。 关于频率和占空比的确定，对于12m晶振，输出频率为1khz,这样定时中断次数设定为 10，即10ms中断一次，则th0=ff,tl0=f6;由于设定中断时间为10ms，这样可以设 *定占空比可从1-99%变化。即10ms*100=1s * #include<regx51.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned intuchar timer0_tick,zkb=1;/timer0_tick计数，zk

16、b占空比uchar i=0,n=0,temp=0;code seven_seg10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/1,2,3, 4, 5, 6, 7, 8, 9code scan2=0xfd,0xfe;uchar counter2=0,0;sbit an1=p32;/调整个位sbit an2=p33;/调整十位sbit an3=p34;/启动按键sbit an4=p35;/确认按键void delay(uint z)/软件延时函数 uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;

17、y-); static void timer0_isr(void) interrupt 1 using 0 /中断函数 tr0=0; tl0=(65536-10000)%256; th0=(65536-10000)/256; tr0=1; if (zkb>99) zkb=1; if (zkb<1) zkb=99; counter0=zkb%10; counter1=zkb/10; n+; if(n=100) n=0; i+; if(i=2) i=0; p0=seven_segcounteri; p2=scani; timer0_tick+; if(timer0_tick+=100)

18、 timer0_tick=0; if(an2=0) delay(100); if(an2=0) temp=1; counter0+; if(counter0=10) counter0=0; if(an1=0) delay(100); if(an1=0) temp=1; counter1+; if(counter1=10) counter1=0; zkb=counter0+counter1*10; if(an4=0) delay(5); if(an4=0) temp=0; if(temp=1) p3_7=0;/ p3_7为脉冲输出引脚 else if (timer0_tick<=zkb)

19、/*当小于占空比值时输出低电平，高于时是高电平，从而实现占空比的调整*/ p3_7=1; else p3_7=0; static void timer0_initialize(void)/中断初始化 ea=0; timer0_tick=0; tr0=0; tmod=0x01; tl0=(65536-10000)%256; th0=(65536-10000)/256; pt0=0; et0=1; tr0=1; ea=1; void main(void) star: delay(100); if(an3!=0) goto star;/按键3启动脉冲 timer0_initialize(); whi

20、le(1); /按按键3启动脉冲器，初始设置占空比为1%，按键1调整十位，/按键2调整个位，一旦调整，输出为0，必须按确认键确认，/输出正确脉冲.可以占空比1-99%任意调节。第5章 调试及性能分析 本课程设计采用的是8位的adc0809模数转换器，我们假设输入电压为5v 的时候，输出的数值应该是28=256，由于单片机数字是从0开始的，因此会显示255，十六进制就是ffh，这就可以推出单片机的最大数值分辨率是0.0196v（5/255）。要是对于要求更高精度的电压表则应该选择位数更大的，如12位，或者32位或者更高。 本设计中对这个精度已经足够，因此就选用的8位的模数转换器，在仿真过程中，由于proteus的版本较低，因此换用了adc0808进行了仿真，adc0808与adc0809的功能差不多，就是转换速率的差别。第6章 结束语 本次课程设计所应用到的软件有：keil，proteus这两个软件，两个软件结合起来用对这个设计有着至关重要的作用。软件调试是通过仿真软件proteus进行的，此软件及不多介绍了，功能强大，是学习电路的好帮手。刚开始进行软件仿真的时候，发现写的程序根本没有运行起来，这就要我们进行错误的排查，这就包括各个端口的检查和分析。由于这个软件是英文版的，因此对于我们初学者来说