单片机的课程设计-30秒定时器

1、目 录一、篮球计时器作用.1二、设计的具体实现.11.系统概述.11.1总体设计思路及方案.11.2流程图.2 1.3计数原理.3 1.4定时器工作方式.52.单元电路设计.72.1 8051单片机.72.2两个基本电路.9 2.3八段数码管的驱动方式.123.软件程序设计.13 单片机的定时器设计一、篮球计时器的作用 在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就视为犯规。本课程设 计的“篮球竞赛24秒定时器”，可用于篮球比赛中对球员持球时间作24秒时间限制。一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动报警，从而判定此球员犯规。二、设计的具体实现1.系统概述1.1总体设计思路及方案 图1

2、.1.1 总设计图流程图： 最小系统，就是最简单的输出/输入构成，并且能实现最基本的运行条件，如应有供电、时钟附属电路等。单片机的最小系统包括晶振电路 复位电路 和电源 ， 这时最小系统基本组成 当然还可以添加矩阵键盘 数码管等。 此实验的原理是，利用单片机的最小系统，通过锁存器74HC573控制数码管，来实现30秒定时器的功能。图1.1.2最小系统1.2计数原理80C51单片机内部设有两个16位的可编程定时器/计数器。在定时器/计数器中除了有两个16位的计数器之外，还有两个特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。1.2.1定时器/计数器的结构16位的定时/计数器分别由两个8位专用寄存器组成

3、，即：T0由TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。每个寄存器均可单独访问。这些寄存器是用于存放定时或计数初值的。此外，其内部还有一个8位的定时器方式寄存器TMOD和一个8位的定时控制寄存器TCON。这些寄存器之间是通过内部总线和控制逻辑电路连接起来的。1.2.2定时计数器的原理当定时器/计数器为定时工作方式时，计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生，显然，定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。因一个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率fcount=1/12osc。如果晶振为12MHz，则计数周期为：  T=1/（12×106）Hz×1/1

4、2=1s这是最短的定时周期。若要延长定时时间，则需要改变定时器的初值，并要适当选择定时器的长度（如8位、13位、16位等）。当定时器/计数器为计数工作方式时，通过引脚T0和T1对外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平。若一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。此后的机器周期S3P1期间，新的计数值装入计数器。所以检测一个由1至0的跳变需要两个机器周期，故外部事年的最高计数频率为振荡频率的1/24。当CPU用软件给定时器设置了某种工作方式之后，定时器就会按设定的工作方式独立运行，不再占用CPU的操作时间，除非定时器计满

5、溢出，才可能中断CPU当前操作。CPU也可以重新设置定时器工作方式，以改变定时器的操作。由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。1.3定时器工作方式8051的两个定时器/计数器都有4种工作方式是，即工作方式03。由于本次课程设计主要涉及定时器/计数器0的工作方式2，所以以下将重点介绍定时器/计数器0的工作方式2。本次课程设计使用定时器工作方式2，是由于其相对定时器工作方式0和工作方式1有一定的长处。工作方式0和工作方式1有一个共同点，就是计数溢出后计数器全为0，因此循环定时应用时就需要反复设置计数初值。这不但影响定时精度，而且也给程序设计带来麻烦。工作方式2就是针对此问题而设置的，

6、它具有自动重新加载计数初值的功能，免去了反复设置计数初值的麻烦。定时器/计数器0的工作方式0和工作方式2所对应的电路逻辑结构图分别如图1.4.1和图1.4.2所示。图1.4.1定时器/计数器0的工作方式0逻辑结构图1.4.2 定时器/计数器0的工作方式2逻辑结构对比上述两图，可以发现工作方式0和工作方式2对应的逻辑结构还是有许多部分相同的，如两图的右半部分，而两图左半部分则有所差异。下面将对其相同点和不同点作简要分析，这也是为什么这次课程设计选择工作方式2的原因。相同点：两种工作方式，计数脉冲既可以来自芯片内部，也可以来自外部。来自内部的是机器周期脉冲，图中OSC是英文Oscillator(振

7、荡器)的缩写，表示芯片的晶振脉冲，经12分频后，即为单片机的机器周期脉冲。来自外部的计数脉冲由T0(P3.4)引脚输入，计数脉冲由控制寄存器TMOD的位进行控制。当=0时，接通机器周期脉冲，计数器每个机器周期进行一次加1，这就是定时器工作方式；当=1时，接通外部计数引脚T0(P3.4)，从T0引入计数脉冲输入，这就是计数工作方式。不同点：如图3-1所示的左半部分，工作方式0条件下，TL0使用了5位，当TL0的低5位计数溢出时，向TH0进位；而全部13位计数溢出时，向计数溢出标志位TF0进位，将其置1。如图3-2所示的左半部分，工作方式2条件下，16位计数器被分成两部分，TL作为计数器使用，TH

8、作为预置寄存器使用，初始化时把计数初值分别装入TL和TH中。当计数溢出后，由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL重新加载。变软件加载为硬件加载。更详细点，初始化时，8位计数初值同时装入TL0和TH0。当TL0计数溢出时，置位TF0，并用保存在预置寄存器TH0中的计数初值自动加载TL0，然后开始重新计数。如此重复，这样不但省去了用户程序中的重装指令，而且也有利于提高定时精度。2.单元电路设计2.1 8051单片机图2.1.1电源电路 图2.1.2 8051电路图（1） P1口：P1口是一8位双向I/O口。口引脚P1.2P1.7提供内部上拉电阻。P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P

9、1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。（2）P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时,被外部拉低

10、的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL)。 P3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表1所示。P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 P3口引脚 功能 P3.0 RXD(串行输入端口)  P3.1 TXD(串行输出端口)  P3.2 INT0(外中断0)  P3.3 INT1(外中断1)  P3.4 TO(定时器0外部输入)  P3.5        T1(定时器1

11、外部输入) 表2-1-1  P3口的功能 (3) RST：复位输入。RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。       (4) XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。   (5) XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。(6)Vcc：电源电压； (7)GND：地。2.2两个基本电路 图2.2.1复位电路 图2.2.2 晶振电路复位电路：

12、一般需要送4个时钟周期的高电平。按键后：电容器被短路放电、RST直接和VCC相连，就是高电平，此时进入“复位状态”。松手后：电源开始对电容器充电，此时，充电电流在电阻上，形成高电平送到RST，仍然是“复位状态”； 稍后，充电结束，电流降为0，电阻上的电压也将为0，RST降为低电平，开始正常工作。晶振电路：产生一个固定频率的脉充，驱动芯片等元件工作。晶振也叫晶体振荡器，能产生振荡，其特点是固有频率十分稳定，而且震动具有多谐性，除了奇频震动外还有奇次谐波泛音震动。性能上，晶振的品质因素Q和特性阻抗都非常高，而且接入系数很小，因此具有很高的频率稳定度。两个小的瓷片电容叫负载电容，可以用来微调晶体震荡

13、频率，这个电容要根据所用晶体来选择，晶体规格书里面会有其负载电容的值 大致为2035PF。一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分。它是根据晶振厂家提供的晶振要求负载电容选值的，换句话说，晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度的保证频率值的误差。也能保证温漂等误差。两个电容的取值都是相同的，或者说相差不大，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。程序清单 ORG 0000H SJMP MAIN ORG 000BH LJMP T0_ISR ORG 0030H MAIN: MOV P0,#3FH ;初始化赋值 MOV P1,#0FFH

14、MOV P2,#3FH MOV R0,#00H MOV R1,#24 MOV DPTR,#TAB KEY: JB P3.0,$ ;判断启动键是否按下 ACALL DELAY30MS JNB P3.0,$ ACALL START SJMP KEYSTART: MOV TMOD,#01H ;启动程序 MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0EFH SETB ET0 SETB EA SETB TR0 STOP: JB P3.2,ZTJX ;判断复位键是否程序 ACALL DELAY30MS JNB P3.2,$ SJMP MAIN ;复位程序ZTJX : JB P3.1,XS ;判断暂停键是

15、否按下 ACALL DELAY30MS JNB P3.1,$ ZT: CLR TR0 ;K2按下后暂停计数，并关中断 CLR ET0 CLR EA JB P3.1,$ ;K2再次按下继续计数 ACALL DELAY30MS JNB P3.1,$ JX: SETB ET0 ;第二次按下暂停键后继续倒计时（继续启动） SETB EA SETB TR0 XS: MOV A,R1 ;显示子程序 MOV B,#10 DIV AB MOVC A, A+DPTR MOV P0,A ; 显示秒十位 MOV A,B MOVC A, A+DPTR MOV P2,A ;显示秒个位 CJNE R0,#100,STOP

16、 ;1S时间到否，未到直接转数码管显示 MOV R0,#00H ;1S时间到，R0重赋初值 MOV A,R1 ;R1减1，不为0转数码管显示，为0则重新开始 CLR C SUBB A,#1 MOV R1,A JNC STOP ;计数未到0继续判断暂停键和停止键 MOV R1,#24 ;计数到0停止计数并关中断， CLR ET0 CLR EA CLR TR0 SJMP SND ;跳到报警程序 SJMP KEY ; 跳回开始检测启动键 RET DELAY30MS: MOV R6,#150 ;延时程序子程序AAA; MOV R7,#100 DJNZ R7,$ DJNZ R6,AAA; RET T0_ISR: CLR TR0 ;中断程序子程序 MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0EFH INC R0 SETB TR0 RETI SND: CLR P1.0 ;报警程序子程序（红色发光二极管亮一下就灭） MOV R7,#0FFH DL: MOV R6,#0FFH DL1: DJNZ