软件实践报告――基于单片机的10000s计时系统

摘要I摘要工程实践教学环节是为了学生能够更好地巩固和实践所学专业知识而设置的，在本次工程实践中，我以嵌入式C语言课程中所学知识为基础，设计了10000s以内的计时器电路并进行仿真。本系统以MCS-51系列中的8051单片机为核心，基于KeilμVision程序设计平台和Proteus硬件仿真平台，能够实现10000s以内的计时。该系统通过12MHz晶振控制时间，T0计时器进行计时，并通过6位数码管显示屏输出进行显示。本系统的设计说明重点介绍了如下几方面的内容：1）10000s以内的计时电路的基本功能，同时对程序及电路原理也进行了简要的阐述；2）介绍了系统的总体设计、给出了系统的整体结构框图，并对其进行了功能模块划分及所采用的元器件进行了详细说明；3）对系统各功能模块的软、硬件实现进行了详细的设计说明。关键词：MCS-518051单片机；计时器；仿真目录II目录第一章绪论...............................................................................................................11.1课题背景.....................................................................................................................................11.2课题简介.....................................................................................................................................21.3设计目的.....................................................................................................................................21.4设计任务.....................................................................................................................................21.5章节安排说明............................................................................................................................3第二章10000S计时系统简介.................................................................................42.1单片机概述.................................................................................................................................42.2单片机发展现状.........................................................................................................................62.310000S计时系统程序简介.........................................................................................................92.410000S计时系统程序代码.........................................................................................................9第三章系统总体设计及主要器件简介.................................................................123.110000S计时系统组成结构.......................................................................................................123.210000S计时系统主要器件.......................................................................................................12第四章10000S计时系统硬件设计.......................................................................144.1基于8051单片机的计时系统电路设计.................................................................................144.2计时系统工作原理...................................................................................................................15参考文献...................................................................................................................18第一章绪论1第一章绪论1.1课题背景目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数字电路实现对时,分,秒进行数字显示的计时装置,广泛用于比赛,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。单片机数字时钟是以单片机为核心，在其基础上设计出来的数字时钟。在日常生活中最常见，应用也最广泛。近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。在电子技术飞速发展的今天，电子产品的人性化和智能化已经非常成熟，其发展前景仍然不可估量。如今的人们需求的是一种能给自己带来方便的电子产品，当然最好是人性化和智能化的，如何能做到智能化呢？单片机的引入就是一个很好的例子。单片机又称单片微型计算机，也称为微控制器，是微型计算机的一个重要分支，单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是集CPU，RAM，ROM，I/O接口和中断系统于同一硅片上的器件。单片机的诞生标志着计算机正式形成了通过计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。目前单片机已渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机已在广阔的计算机应用领域中表现得淋漓尽致。因此，单片机已成为电子类工作者必须掌握的专业技术之一。单片机就是一个微型中央处理器，通过编程即能完成很多智能化的工作，因此它的出现给电子技术智能化和微型化起到了很大的推动作用。第一章绪论21.2课题简介在电子产品中，时间的控制与显示是必不可少的，在人们日常生活中，到处都离不开时间，因此通过单片机进行计时在生活中得到了普遍应用。本次设计以嵌入式C语言课程中所学知识为基础，设计了10000s以内的计时器电路并进行仿真。本系统以MCS-51系列中的8051单片机为核心，基于KeilμVision程序设计平台和Proteus硬件仿真平台，能够实现10000s以内的计时。该系统通过12MHz晶振控制时间，T0计时器进行计时，并通过6位LED显示屏输出进行显示。设计中注重对单片机工作原理以及定时器计时原理，中断控制及LED显示原理的理解，以便今后自己在单片机领域的学习和开发打下基础，提高自己的动手能力和设计能力，培养创新能力，丰富自己的理论知识，做到理论和实践相结合。本次设计的重要意义还在于对单片机的内部结构和工作状态做更进一步的了解，同时还对单片机的接口技术，中断技术，存储方式和控制方式作更深层次的了解。此次设计更进一步了解基本电路的设计流程，提高自己的设计理念，丰富自己的理论知识，巩固所学知识，使自己的动手动脑能力有更进一步提高，为自己今后的学习和工作打好基础，为自己的专业技能打好基础。1.3设计目的通过本次工程实践，运用嵌入式C语言课程所学知识及查阅相关资料，完成10000s以内计时器程序及电路的设计，达到理论知识与实践更好结合、提高综合运用所学知识和设计能力的目的。通过本次设计训练，可以使我们在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。1.4设计任务在本次工程实践中，主要完成如下方面的设计任务：1）简要综述单片机技术发展的国内外现状及在定时器及中断控制方面的应用情况；2）掌握MCS-51系列某种产品（例如8051）的最小电路及外围扩展电路的设计方法；3）了解单片机定时器及中断控制的功能及工作过程；4）完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定；5）用一种计算机绘图软件完成原理电路的绘制；6）完成系统设计说明书（页数不低于10页）。第一章绪论31.5章节安排说明整个设计总共分为四个章节，第一章是前言部分，主要介绍了设计单片机10000s以内计时系统的意义、目的及主要内容；第二章简要介绍了单片机发展的国内外现状、温度巡检系统在工业上的几种具体应用，并对计时器计时原理进行了简要的说明。第三章是系统的总体设计阶段，这一部分主要介绍了系统的整体功能，绘制出系统的整体结构框图。另外按照各部分实现的功能不同，将整个系统分成了三个功能块，并对每一个功能块所采用的元器件进行了详细介绍。第四章是系统详细设计阶段，对每一个功能块的芯片图进行了详细的说明，对每一个引脚的接线都进行了详细的设计，此外还编写了主要功能模块的基本程序，详尽阐述了各模块的工作过程。第二章10000s计时系统简介4第二章10000s计时系统简介2.1单片机概述单片机全称单片微型计算机，又称为微控制器或嵌入式控制器。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常内还有CPU、ROM、RAM、并行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。2.1.1单片机简介单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算、逻辑