毕业设计(论文)基于单片机的m=999的计数器的设计与实现.doc
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1、摘 要 在当今社会飞速发展的格局下,越来越多的流水线上的产品和各种商业场合 的人员需要进行计数.基于单片机构成的计数器有直观和计数精确等优点,目前 已在各种行业中普遍使用。 计数器是一个用以实现计数功能的时序部件,它不仅可用来计数,还常用作 数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。 单片机体积小,功耗小,价格低,用途灵活,无处不在,属专用计算机。是 一种特殊器件,需经过专门学习方能掌握应用,应用中要设计专用的硬件和软件。 单片机在计数器领域的应用也十分广泛,计数器种类很多,根据构成计数器中各触 发器的时钟脉冲引入方式,可分为同步计数器和异步计数器。根据计数制的不同, 可分为二
2、进制计数器和非二进制计数器。根据计数的增减趋势,又分为加法、减 法和可逆计数器,还有可预置数和可编程序功能计数器等等。数字式电子计数器 有多种计数触发方式,它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接 触式触发的,有采用电子传感器这类非接触式触发的。本文所设计的计数器是接 触式触发。 关键字: 计数器 单片机 价格廉 功耗小 触发器 ABSTRACTABSTRACT In todays society under the pattern of rapid development, more and more on the lines of products and various bus
3、iness settings need to automatically count. MCU-based products pose a direct and automatic counters have the advantage of accurate count, is already in the Species commonly used in industry. To counter is a function of the temporal component count, it not only can be used to count, also used as digi
4、tal system, frequency and execution timing digital computing, and other special logic function. Application of microcomputer in the counter is very extensive, counter is a lot of more phyletic, the rootAccording to the composition of each counter flip-flop clock pulse, can be divided into synchronou
5、s counterImplement and asynchronous counter. According to the different numeration system, and can be divided into binary counterBinary counter. According to the trend of increase, and divided into addition, subtraction, and reversible Counter. And preset count and programmable functions counter etc
6、. The digital electronic counter trigger a number of counts, it is from the actual conditions of use and environmental decisions. The use of a mechanical contact the trigger, use electronic sensors to trigger the non-contact, infrared sensors is one of them, it is a non-contact electronic sensors. U
7、sing infrared sensors produced by electronic counters. This paper is designed to counter the use of infrared sensors produced. Keywords:Keywords: Counting SCM Low power consumption Price is cheap trigger 目目 录录 第第一一章章 绪绪 论论.1 1.1 选题背景.1 1.2 数字单片机的技术发展.1 1.3 以单片机为核心的嵌入式系统.3 1.4 本研究课题的发展趋势.3 1.5 设计研究的要
8、求及主要内容应解决的问题 .4 第二章第二章 整体设计方案整体设计方案 .5 2.1 设计方案选择.5 2.2 单片机的选择.5 2.3 其他器件简介.9 第三章第三章 计数器的硬件设计计数器的硬件设计 .13 3.1 最小系统设计.13 3.2 LED 显示电路 .16 3.3 键盘控制电路.18 3.4 电路总图 .19 3.4 实物图.20 第四章第四章 计数器计数器的的软件设计软件设计 .21 4.1 系统软件设计流程图.21 4.2 程序设计.22 第五章第五章 系统仿真系统仿真 .25 5.1 PROTEUS软件介绍.25 5.2 M=999 的计数器的仿真 .25 5.3 KEI
9、L软件介绍 .26 5.4 PROTEL软件简介.27 结结 论论 .29 参参 考考 文文 献献 .31 致致 谢谢 .33 第一章 绪 论 本章介绍了本研究课题的背景及意义,阐述了其发展状况。对当前各种计数 器的特点及其计数器的未来发展趋势作了概况。另外,简要说明了本文所做的工 作。 1.1 选题背景 随着计数器技术的不断发展与进步,计数器的种类越来越多,应用的范围越 来越广,随之而来的竞争也越来越激烈。过硬的技术也成为众多生产厂商竞争的 焦点之一。厂商为了在竞争中处于不败之地,从而不断地改进技术,增加产品的 种类。 现计数器的种类以增加到:电磁计数器、电子计数器、机械计数器(拉动机 械计
10、数器、转动机械计数器、按动机械计数器、测长机械计数器) 、液晶计数器 等。 计数器的应用范围也遍布印刷、纺织、印染、针织、电缆、电讯、军工、轻 工、机械、开关、断路器、矿山、实行多班制的纺织行业的织布机、织带机、制 线、制带、造纸、制革、薄膜、高压开关电器产品、试验设备,印刷设备、短路 器、医疗、纺织、机械、仓库和码头的货运、行人及车辆过往的数量计数、冶金、 食品、国防、包装、配料、石油、化工、发电、机床、仪表、自动化控制等行业。 1.2 数字单片机的技术发展 1.2.1 内部结构的进步 单片机在内部已集成了越来越多的部件,这些部件包括一般常用的电路,例 如:定时器,比较器,A/D 转换器,D
11、 /A 转换器,串行通信接口,Watchdog 电路, LCD 控制器等。 有的单片机为了构成控制网络或形成局部网,内部含有局部网络控制模块 CAN。例如,Infineon 公司的 C 505C,C515C,C167CR,C167CS-32FM,81C90。 因此,这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制,系统较为复杂时,构成一 个控制网络十分有用。 为了能在变频控制中方便使用单片机,形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有 的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路,这些单片机有 Fujitsu 公司的 MB89850 系列、MB89860 系列;Motorola 公司的 MC68HC
12、08MR16、MR24 等。在这些单片机中,脉宽调制电路有 6 个通道输出,可产 生三相脉宽调制交流电压,并内部含死区控制等功能。 特别引人注目的是:现在有的单片机已采用所谓的三核(TrCore)结构。这 是一种建立在系统级芯片(System on a chip)概念上的结构。这种单片机由三 个核组成:一个是微控制器和 DSP 核,一个是数据和程序存储器核,最后一个是 外围专用集成电路(ASIC)。这种单片机的最大特点在于把 DSP 和微控制器同时 做在一个片上。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前 单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有 Infineon 公司的 TC
13、10GP;Hitachi 公司的 SH7410,SH7612 等。 1.2.2 功耗、封装及电源电压的进步 现在新的单片机的功耗越来越小,特别是很多单片机都设置了多种工作方式, 这些工作方式包括等待,暂停,睡眠,空闲,节电等工作方式。 现在单片机的封装水平已大大提高,随着贴片工艺的出现,单片机也大量采 用了各种合符贴片工艺的封装方式出现,以大量减少体积。扩大电源电压范围以 及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前,一般单片机都 可以在 3.35.5V 的条件下工作。而一些厂家,则生产出可以在 2.26V 的条件 下工作的单片机。 1.2.3 工艺上的进步 现在的单片机基本上采用
14、 CMOS 技术,但已经大多数采用了 0.6?m 以上的光 刻工艺,有个别的公司,如 Motorola 公司则已采用 0.35?m 甚至是 0.25?m 技术。 这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。 1.3 以单片机为核心的嵌入式系统 单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器。目前,把单片机嵌入式系统和 Internet 连接已是一种趋势。要实现嵌入式设备和 Internet 连接,就需要把传 统的 Internet 理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来。为了使复杂的或简单的嵌 入式设备,例如单片机控制的机床、单片机控制的门锁,能切实可行地和 Internet 连接,就要求专门为嵌入
15、式微控制器设备设计网络服务器,使嵌入式设 备可以和 Internet 相连,并通过标准网络浏览器进行过程控制。 EmWare 公司提出嵌入式系统入网的方案-EMIT 技术。这个技术包括三个主 要部分:即 emMicro, emGateway 和网络浏览器。 目前,单片机应用中提出了一个新的问题:这就是如何使 8 位、16 位单片机 控制的产品,也即嵌入式产品或设备能实现和互联网互连? TASKING 公司目前正在为解决这个问题提供了途径。该公司已把 emWare 的 EMIT 软件包和有关的软件配套集成,形成一个集成开发环境,向用户提供开发方 便。嵌入互联网联盟 ETI(embed the I
16、nternet Consortium)正在紧密合作,共 同开发嵌入式 Internet 的解决方案 。 1.4 本研究课题的发展趋势 自单片机出现至今,单片机技术已走过了近 20 年的发展路程。纵观 20 年来 单片机发展历程可以看出,单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模 集成电路技术的发 展为先导,以广泛的应用领域拉动,表现出较微处理器更具 个性的发展趋势。单片机的应用在后 PC 时代得到了前所未有的发展,但对处理 器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展,以应用需求为目标,市场越 来越细化,充分突出以“单片”解决问题,而不像多年前以 MCS51/96 等处理器 为中心,外
17、扩各种接口构成各种应用系统。单片机系统作为嵌入式系统的一部分, 主要集中在中、低端应用领域(嵌入式高端应用主要由 DSP、ARM、MIPS 等高性 能处理器构成),在这些应用中,目前也出现了一些新的需求,主要体现在以下 几个方面: (1)以电池供电的应用越来越多,而且由于产品体积的限制,很多是用钮扣电 池供电,要求系统功耗尽可能低,如手持式仪表、水表、玩具等。 (2)随着应用的复杂,对处理器的功能和性能要求不断提高。既要外设丰富、 功能灵活,又要有一定的运算能力,能做一些实时算法,而不仅仅做一些简单的 控制。 (3)产品更新速度快,开发时间短,希望开发工具简单、廉价、功能完善。特 别是仿真工具
18、要有延续性,能适应多种 MCU,以免重复投资,增加开发费用。 (4)产品性能稳定,可靠性高,既能加密保护,又能方便升级。 1.5 设计研究的要求及主要内容应解决的问题 1.4.1 要求 1.整个系统有较强的抗干扰能力. 2.计数范围:000999. 3.将计数值准确显示出来. 1.4.2 应解决问题 基于单片机构成的产品自动计数器研究的主要内容包括:如果构成检测电路、 MCS-51 单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、LED 显示驱动模块 的选择、MCS-51 单片机的扩展。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高 MCS-51 单片机的抗干扰能力以及稳定性。 第二章 整体设计方
19、案 2.1 设计方案选择 方案一 采用多种数字逻辑电路来实现逻辑控制、主门、门控、计数单元的设计要求, 这样设计的电路整体比较复杂,而且不宜完成发挥部分的功能要求。所以方案一 不采用。 方案二 可以采用 FPGA 来实现逻辑控制、主门、门控、计数单元的设计要求,并且 设计方便,但由于对 FPGA 的技术原理掌握不够熟练,所以放弃方案二。 方案三 系统采用 8051 为核心的单片机控制系统,实现原理图中的逻辑控制、主门、 门控、计数的设计要求 单片机计数器的方式控制寄存器 TMOD 中的 GATE 位=1 时,可以很方便的进行 INT0 引脚的外部输入信号的时间间隔测量。且单片机的控制电路很容易
20、实现扩展, 比如语音模块、测温 I2C 模块、时钟模块、A/D 模块等。故采用方案三。 2.2 单片机的选择 2.2.1 MCS-51 系列单片机简介 8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品,以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计 数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制 总线等三大总线,现在我们分别加以说明: 中央处理器: 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是 8 位数据宽度的处理器,能 处理 8 位二进制数据或代码,CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调
21、的工 作,完成运算和控制输入输出功能等操作。 数据存储器(RAM): 8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元,它们 是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能 用于存放用户数据,所以,用户能使用的 RAM 只有 128 个,可存放读写的数据, 运算的中间结果或用户定义的字型表。 图 2-1 8051 内部结构图 程序存储器(ROM): 8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。 定时/计数器(ROM): 8051 有两个 16 位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于 控
22、制程序转向。 并行输入输出(I/O)口: 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3),用于对外部数据的传输。 全双工串行口: 8051 内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该 串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。 中断系统: 8051 具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个 串行中断,可满足不同的控制要求,并具有 2 级的优先级别选择。 时钟电路: 8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲 时序,但 8051 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型,一
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