《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)---可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器

1、<p><b>　　1 前言</b></p><p>　　在測(cè)量控制系統(tǒng)中，常常要求有一些實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、定時(shí)測(cè)量或延遲動(dòng)作，也往往要求有計(jì)數(shù)器能對(duì)外部事件計(jì)數(shù)，如測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率、工件個(gè)數(shù)等。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)，有軟件、數(shù)字電路和可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器3種主要方法。</p><p>　　軟件定時(shí)，即讓機(jī)器執(zhí)行

2、一個(gè)程序段，這個(gè)程序段本身沒(méi)有具體的執(zhí)行目的，通過(guò)正確地挑選指令和安排循環(huán)次數(shù)實(shí)現(xiàn)軟件延時(shí)，由于執(zhí)行每條指令都需要時(shí)間，執(zhí)行這一程序段所需要的時(shí)間就是延時(shí)時(shí)間。這種軟件定時(shí)占用CPU的執(zhí)行時(shí)間，降低了CPU利用率。</p><p>　　數(shù)字電路硬件定時(shí)采用如小規(guī)模集成電路器件555，外接定時(shí)部件（電阻和電容）構(gòu)成。這樣的定時(shí)電路簡(jiǎn)單，但要改變定時(shí)范圍，必須改變電阻和電容，這種定時(shí)電路在硬件連接好以后，修改不方便。

3、</p><p>　　可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器是為了方便微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用而研制的，它是硬件定時(shí)，又能很容易地通過(guò)軟件來(lái)確定和改變它的定時(shí)值，通過(guò)初始化編程，能夠滿足各種不同的定時(shí)和計(jì)數(shù)要求，因而在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2 定時(shí)器的工作原理</p><p>　　8XX51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1由寄存器TH1,TL1組成，

4、定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0由寄存器TH0,TL0組成，它們均為8位寄存器，在特殊功能寄存器中占地址8AH～8DH。它們用于存放定時(shí)或計(jì)數(shù)的初始值。此外，內(nèi)部還有一個(gè)8位的方式寄存器TMOD和一個(gè)8位的控制寄存器TCON，用于選擇和控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作。</p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器，它可以工作于定時(shí)方式，也可以工作于計(jì)數(shù)方式，兩種工作方式實(shí)際都是對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，只不過(guò)所計(jì)脈沖的來(lái)源不同。</p

5、><p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要用到定時(shí)功能，在此只介紹定時(shí)方式。</p><p>　　在定時(shí)方式下，C/=0，開(kāi)關(guān)打向上，計(jì)數(shù)器TH0、TL0的計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自振蕩器的12分頻后的脈沖（），即對(duì)系統(tǒng)的機(jī)器周期計(jì)數(shù)，當(dāng)開(kāi)關(guān)受控合上時(shí)，每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器TH0,TL0加1，當(dāng)計(jì)滿了預(yù)設(shè)的個(gè)數(shù)。TH0,TL0回零，置位定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷標(biāo)志位TF0（或TF1），產(chǎn)生溢出中斷。</p>

6、<p>　　3 與定時(shí)/計(jì)數(shù)器有關(guān)的特殊功能寄存器</p><p>　　51系列單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器為可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，在定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作之前，必須將控制命令寫(xiě)入定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制寄存器，即進(jìn)行初始化。下面介紹定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式寄存器TMOD及控制寄存器TCON。</p><p>　　3.1工作方式控制寄存器TMOD</p><p>　　表3.1 定

7、時(shí)/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器TMOD</p><p>　　T1 T0</p><p>　　TMOD GATE C/ M1 M0 GATE C/ M1 M0</p><p>　　GATE為門控位，當(dāng)GATE = 0 啟動(dòng)不受或的控制，當(dāng)GATE = 1 啟動(dòng)受或的控制。</p>

8、<p>　　C/為外部計(jì)數(shù)器/定時(shí)器方式選擇位，當(dāng)C/= 0 為定時(shí)方式，當(dāng)C/= 1 為計(jì)數(shù)方式。</p><p>　　M1M0為工作模式選擇位，其模式與說(shuō)明如下：</p><p>　　M1 M0 模式 說(shuō)明</p><p>　　0 0 0 13位定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p>　　高八位TH（7

9、 ~ 0）+ 低五位TL（4 ~ 0）</p><p>　　0 1 1 16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p>　　TH（7 ~ 0）+ TL（7 ~ 0）</p><p>　　1 0 2 8位計(jì)數(shù)初值自動(dòng)重裝</p><p>　　TL（7 ~ 0） TH（7 ~ 0）</p><

10、p>　　1 1 3 T0運(yùn)行，而T1停止工作，8位定時(shí)/計(jì)數(shù)。</p><p>　　3.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON</p><p>　　表3.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON</p><p>　　TCON TR1 TR0 </p>

11、<p>　　TR0為定時(shí)/計(jì)數(shù)器0運(yùn)行控制位，分兩種情況。當(dāng)GATE = 0 時(shí)，若TR0 = 1，開(kāi)啟T0計(jì)數(shù)工作，若TR0 = 0，停止T0計(jì)數(shù)；當(dāng)GATE = 1 時(shí)，若TR0 = 1 且= 1時(shí)，開(kāi)啟T0計(jì)數(shù)。</p><p>　　4 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式</p><p>　　根據(jù)對(duì)TMOD寄存器中M1和M0的設(shè)定，T0可選擇四種不同的工作方式，而T1只具有三種工作方式

12、（即方式0、方式1和方式2）。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)采用方式0，即13位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　當(dāng)TMOD中的M1＝0、M0＝0時(shí)，選定方式0工作。方式0時(shí)，計(jì)數(shù)寄存器由13位組成，即THx高八位(作計(jì)數(shù)器)和TLx的低5位(32分頻的定標(biāo)器)構(gòu)成。TLx的高3位未用。</p><p>　　計(jì)數(shù)時(shí)，TLx的低5位溢出后向THx進(jìn)位，THx溢出

13、后將TFx置位，并向CPU申請(qǐng)中斷。</p><p><b>　　5 程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在原基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了開(kāi)關(guān)控制和頻率選擇功能，程序如下：</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　LJMP MAIN</p><p>　　ORG 0100H</p

14、><p>　　MAIN: MOV TMOD,#00H ;初始化定時(shí)器</p><p>　　SETB TR1 ;啟動(dòng)定時(shí)器</p><p>　　SW1: JB P1.1,SW2 ;檢測(cè)開(kāi)關(guān)是否開(kāi)啟，開(kāi)啟則跳轉(zhuǎn)到SW2</p><p>　　CLR P1.0 ;開(kāi)關(guān)關(guān)閉，P1.0口輸出低電平&l

15、t;/p><p>　　WAIT: JNB P1.1,WAIT ;等待開(kāi)關(guān)打開(kāi)</p><p>　　SW2: JNB P1.2,K1 ;檢測(cè)開(kāi)關(guān)是否撥到500Hz檔</p><p>　　SW3: JNB P1.3,K2 ;檢測(cè)開(kāi)關(guān)是否撥到1KHz檔</p><p>　　SW4: JNB P1.4,K

16、3 ;檢測(cè)開(kāi)關(guān)是否撥到2KHz檔 </p><p>　　K1: MOV TH1,#0E0H ;裝入500Hz方波的時(shí)間常數(shù)</p><p>　　MOV TL1,#18H</p><p>　　AJMP LOOP</p><p>　　K2: MOV TH1,#0F0H ;裝入1KHz方波的時(shí)間常數(shù)<

17、;/p><p>　　MOV TL1,#0CH</p><p>　　AJMP LOOP</p><p>　　K3: MOV TH1,#0F8H ;裝入2KHz方波的時(shí)間常數(shù)</p><p>　　MOV TL1,#06H</p><p>　　AJMP LOOP</p><p>　

18、　LOOP: JNB TF1,LOOP ;檢測(cè)溢出標(biāo)記</p><p>　　CLR TF1 ;溢出標(biāo)記清零</p><p>　　CPL P1.0 ;P1.0端口輸出電平取反</p><p><b>　　AJMP SW1</b></p><p><b>　　END&l

19、t;/b></p><p>　　程序全部編譯后，得到.HEX文件，作為仿真芯片的燒錄文件。</p><p>　　6 Proteus仿真</p><p>　　本次仿真選用AT89C51單片機(jī)，選取單刀多擲開(kāi)關(guān)和示波器制作仿真。由于在Proteus中，單片機(jī)的一些端口已設(shè)置默認(rèn)值，故無(wú)需再外加其他元件。仿真電路如下圖所示：</p><p>

20、<b>　　圖6.1 仿真電路</b></p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到下檔，即程序設(shè)計(jì)中的關(guān)閉檔，示波器輸出波形如下圖所示：</p><p>　　圖6.2 關(guān)閉檔示波器波形</p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到左下檔，即程序設(shè)計(jì)中的500Hz檔，示波器輸出波形如下圖所示：</p><p>　　圖6.3 500Hz檔示波器波形&

21、lt;/p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到左上檔，即程序設(shè)計(jì)中的1KHz檔，示波器輸出波形如下圖所示：</p><p>　　圖6.4 1KHz檔示波器波形</p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到上檔，即程序設(shè)計(jì)中的2KHz檔，示波器輸出波形如下圖所示：</p><p>　　圖6.5 2KHz檔示波器波形</p><p><b>

22、　　7 心得體會(huì)</b></p><p>　　這次單片機(jī)原理與應(yīng)用的課程設(shè)計(jì)，題目是單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)500Hz方波的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)翻閱《單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)》的課本，以及相關(guān)資料，我確定了程序設(shè)計(jì)思路和電路原理圖。這個(gè)設(shè)計(jì)主要采用AT89C51芯片。</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable

23、and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器。</p><p>　　利用WAVE軟件，通過(guò)匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)其功能的控制。我再次的翻閱課本及相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)程序，最后我寫(xiě)出了產(chǎn)生500Hz方波的匯編程序，并對(duì)其做了功能擴(kuò)展。</p><p>　　接下來(lái)就是運(yùn)行，修改調(diào)試以及Proteus仿真。在程序編譯過(guò)程中也出現(xiàn)了些小問(wèn)題，如漏掉“，” ，

24、指令鍵入錯(cuò)誤等，但經(jīng)過(guò)檢查和修改，終于編譯成功了。</p><p>　　在閱讀及學(xué)習(xí)了Proteus軟件的用法及實(shí)例的相關(guān)資料后，通過(guò)設(shè)計(jì)電路和程序的設(shè)計(jì)思路，我做出了仿真電路，經(jīng)仿真后得出了500Hz的方波，在此過(guò)程中還擴(kuò)展了開(kāi)關(guān)控制及頻率選擇功能，我從中感悟到了擴(kuò)展的一般思路。</p><p>　　通過(guò)這次《單片機(jī)原理與應(yīng)用》的課程設(shè)計(jì)，我從中不僅學(xué)到了生成方波信號(hào)的程序設(shè)計(jì)原理和基本

25、思路，并且深入了解了AT89C51芯片的編程控制，而且也加深了對(duì)理論的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步理解了匯編語(yǔ)言的指令功能和用法，了解了如何通過(guò)程序去控制硬件，通過(guò)硬件測(cè)試如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并通過(guò)修改程序而解決問(wèn)題，更學(xué)會(huì)了如何通過(guò)各種途徑收集資料，從中獲取需要的信息，并為我所用，成為自己的能力，這對(duì)于今后的學(xué)習(xí)還是工作都有著積極的影響。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><

26、;p>　　[1] 李群芳，張士軍，黃建.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)（第2版）.北京：電子工業(yè)出版社，2005.1.</p><p>　　[2] 周潤(rùn)景，張麗娜，劉印群.PROTEUS入門實(shí)用教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.9.</p><p>　　[3] 姚燕南，薛鈞義.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).北京：高等教育出版社，2004.11.</p><p>　　

27、[4] 朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩，王志奎.Proteus教程—電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真.北京：清華大學(xué)出版社，2008.9.</p><p>　　[5] 毛敏.MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用實(shí)踐教程.北京：高等教育出版社，2006.7.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，我從中學(xué)到了不少東西，不僅加強(qiáng)