《单片机原理与应用》课程设计-可编程定时计数器

1前言在测量控制系统中，常常要求有一些实时时钟，以实现定时控制、定时测量或延迟动作，也往往要求有计数器能对外部事件计数，如测电机转速、频率、工件个数等。实现定时/计数，有软件、数字电路和可编程定时/计数器3种主要方法。软件定时，即让机器执行一个程序段，这个程序段本身没有具体的执行目的，通过正确地挑选指令和安排循环次数实现软件延时，由于执行每条指令都需要时间，执行这一程序段所需要的时间就是延时时间。这种软件定时占用CPU的执行时间，降低了CPU利用率。数字电路硬件定时采用如小规模集成电路器件555，外接定时部件〔电阻和电容〕构成。这样的定时电路简单，但要改变定时范围，必须改变电阻和电容，这种定时电路在硬件连接好以后，修改不方便。可编程定时/计数器是为了方便微型计算机系统的设计和应用而研制的，它是硬件定时，又能很容易地通过软件来确定和改变它的定时值，通过初始化编程，能够满足各种不同的定时和计数要求，因而在嵌入式系统的设计和应用中得到了广泛的应用。

2定时器的工作原理8XX51单片机的定时/计数器T1由存放器TH1,TL1组成，定时/计数器T0由存放器TH0,TL0组成，它们均为8位存放器，在特殊功能存放器中占地址8AH～8DH。它们用于存放定时或计数的初始值。此外，内部还有一个8位的方式存放器TMOD和一个8位的控制存放器TCON，用于选择和控制定时/计数器的工作。定时/计数器实质上是一个加1计数器，它可以工作于定时方式，也可以工作于计数方式，两种工作方式实际都是对脉冲计数，只不过所计脉冲的来源不同。本次课程设计主要用到定时功能，在此只介绍定时方式。在定时方式下，C/=0，开关打向上，计数器TH0、TL0的计数脉冲来自振荡器的12分频后的脉冲〔〕，即对系统的机器周期计数，当开关受控合上时，每过一个机器周期，计数器TH0,TL0加1，当计满了预设的个数。TH0,TL0回零，置位定时/计数器溢出中断标志位TF0〔或TF1〕，产生溢出中断。

3与定时/计数器有关的特殊功能存放器51系列单片机的定时/计数器为可编程定时/计数器，在定时/计数器工作之前，必须将控制命令写入定时/计数器的控制存放器，即进行初始化。下面介绍定时/计数器的方式存放器TMOD及控制存放器TCON。3.1工作方式控制存放器TMOD表3.1定时/计数器方式控制存放器TMODT1T0TMODGATEC/M1M0GATEC/M1M0GATE为门控位，当GATE=0启动不受或的控制，当GATE=1启动受或的控制。C/为外部计数器/定时器方式选择位，当C/=0为定时方式，当C/=1为计数方式。M1M0为工作模式选择位，其模式与说明如下：M1M0模式说明00013位定时/计数器高八位TH〔7~0〕+低五位TL〔4~0〕01116位定时/计数器TH〔7~0〕+TL〔7~0〕1028位计数初值自动重装TL〔7~0〕TH〔7~0〕113T0运行，而T1停止工作，8位定时/计数。3.2定时/计数器控制存放器TCON表3.2定时/计数器控制存放器TCONTCONTR1TR0TR0为定时/计数器0运行控制位，分两种情况。当GATE=0时，假设TR0=1，开启T0计数工作，假设TR0=0，停止T0计数；当GATE=1时，假设TR0=1且=1时，开启T0计数。

4定时/计数器的工作方式根据对TMOD存放器中M1和M0的设定，T0可选择四种不同的工作方式，而T1只具有三种工作方式〔即方式0、方式1和方式2〕。本次课程设计采用方式0，即13位定时/计数器。当TMOD中的M1＝0、M0＝0时，选定方式0工作。方式0时，计数存放器由13位组成，即THx高八位(作计数器)和TLx的低5位(32分频的定标器)构成。TLx的高3位未用。计数时，TLx的低5位溢出后向THx进位，THx溢出后将TFx置位，并向CPU申请中断。

5程序设计在原根底上，扩展了开关控制和频率选择功能，程序如下：ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVTMOD,#00H;初始化定时器SETBTR1;启动定时器SW1:JBP1.1,SW2;检测开关是否开启，开启那么跳转到SW2CLRP1.0;开关关闭，P1.0口输出低电平WAIT:JNBP1.1,WAIT;等待开关翻开SW2:JNBP1.2,K1;检测开关是否拨到500Hz档SW3:JNBP1.3,K2;检测开关是否拨到1KHz档SW4:JNBP1.4,K3;检测开关是否拨到2KHz档K1:MOVTH1,#0E0H;装入500Hz方波的时间常数MOVTL1,#18HAJMPLOOPK2:MOVTH1,#0F0H;装入1KHz方波的时间常数MOVTL1,#0CHAJMPLOOPK3:MOVTH1,#0F8H;装入2KHz方波的时间常数MOVTL1,#06HAJMPLOOPLOOP:JNBTF1,LOOP;检测溢出标记CLRTF1;溢出标记清零CPLP1.0;P1.0端口输出电平取反AJMPSW1END程序全部编译后，得到.HEX文件，作为仿真芯片的烧录文件。

6Proteus仿真本次仿真选用AT89C51单片机，选取单刀多掷开关和示波器制作仿真。由于在Proteus中，单片机的一些端口已设置默认值，故无需再外加其他元件。仿真电路如下列图所示：图6.1仿真电路当开关拨到下档，即程序设计中的关闭档，示波器输出波形如下列图所示：图6.2关闭档示波器波形当开关拨到左下档，即程序设计中的500Hz档，示波器输出波形如下列图所示：图6.3500Hz档示波器波形当开关拨到左上档，即程序设计中的1KHz档，示波器输出波形如下列图所示：图6.41KHz档示波器波形当开关拨到上档，即程序设计中的2KHz档，示波器输出波形如下列图所示：图6.52KHz档示波器波形

7心得体会这次单片机原理与应用的课程设计，题目是单片机产生一个500Hz方波的设计，经过翻阅?单片微型计算机与接口技术?的课本，以及相关资料，我确定了程序设计思路和电路原理图。这个设计主要采用AT89C51芯片。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低电压，高性能CMOS8位微处理器。利用WAVE软件，通过汇编语言实现对其功能的控制。我再次的翻阅课本及相关功能的实现程序，最后我写出了产生500Hz方波的汇编程序，并对其做了功能扩展。接下来就是运行，修改调试以及Proteus仿真。在程序编译过程中也出现了些小问题，如漏掉“，〞，指令键入错误等，但经过检查和修改，终于编译成功了。在阅读及学习了Proteus软件的用法及实例的相关资料后，通过设计电路和程序的设计思路，我做出了仿真电路，经仿真后得出了500Hz的方波，在此过程中还扩展了开关控制及频率选择功能，我从中感悟到了扩展的一般思路。通过这次?单片机原理与应用?的课程设计，我从中不仅学到了生成方波信号的程序设计原理和根本思路，并且深入了解了AT89C51芯片的编程控制，而且也加深了对理论的认识，进一步理解了汇编语言的指令功能和用法，了解了如何通过程序去控制硬件，通过硬件测试如何发现问题并通过修改程序而解决问题，更学会了如何通过各种途径收集资料，从中获取需要的信息，并为我所用，成为自己的能力，这对于今后的学习还是工作都有着积极的影响。

参考文献[1]李群芳，张士军，黄建.单片微型计算机与接口技术〔第2版〕.北京：电子工业出版社，2005.1.[2]周润景，张丽娜，刘印群.PROTEUS入门实用教程.北京：机械工业出版社，2007.9.[3]姚燕南，薛钧义.微型计算机原理与接口技术.北京：高等教育出版社，2004.11.[4]朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，王志奎.Proteus教程—电子线路设计、制版与仿真.北京：清华大学出版社，2021.9.[5]毛敏.MC