1、課程設計報告題 目： 計數器設計 學 院： 信息學院 專 業： 計算機 學 號： 19 姓 名： 吳昱建 指導教師： 李偉 李大海 完成日期： 2014 年 6 月 14 日 目錄一、課程設計的目的4二、課程設計的任務和要求42.1題目：42.2設計要求：4三、總體設計43.1.硬件設計思路及系統框圖43.2軟件設計思路及程序流程框圖5四、硬件設計74.1 設計目的74.2 電路設計原理74.3 總體電路設計7系統板上硬件連線：83元件清單84.3 單片機電路設計94.3.1 80C51單片機94.3.2 顯示電路設計114.3.3 控制電路設計12輸出電路設計12五、系統軟件設計135.1

2、總體流程圖135.2單片機數碼管介紹145.3 數碼管顯示實現165.4 鍵控子程序165.5 C語言源程序：16六、電路仿真調試186.1 仿真平臺18軟件介紹18系統概述196.2 仿真測試236.3 測試總結26心得體會26附錄一27附錄二29一、課程設計的目的1、通過本課程設計使學生進一步鞏固單片機原理及應用的基本概念、基本理論，分析問題的基本方法，增強系統地運用已學的理論知識解決實際問題的能力和查閱資料的能力。培養一定的自學能力和獨立分析問題、解決問題的能力，能通過獨立思考、查閱工具書、參考文獻，尋找解決方案。二、課程設計的任務和要求2.1題目：計數器設計2.2設計要求：設計十進制0

3、-99的計數器，采用按鍵計數，數碼管顯示。1、采用按鍵產生計數值：按下按鍵，計數值加1；2、采用兩位數碼管顯示，計數初值為0；3、當計數達到99時，再次按下按鍵，計數值從1開始增加；4、設計一個按鍵，用于清空計數值。三、總體設計3.1.硬件設計思路及系統框圖 1)硬件設計思路：00-99加計數器硬件系統主要由AT89S51單片機，數碼管,電容，電源等元件組成，利用單片機的P0口、P1口作為輸出端，來控制數碼管的顯示，通過單片中燒入程序，然后利用 P3.7口作為輸入端，通過點動控制實現開關量的控制和計數,然后再通過數碼顯示器顯示出來。通過調試仿真從而實現00-99加計數。 元件名稱型號數量/個用

4、途單片機AT89S511控制核心晶振12MHZ1晶振電路電容30uF2晶振電路排阻Respack82上位電阻電阻10k1復位電路電源+5v1提供電源撥碼開關BUTTON_11發出信號數碼管7SEG-MPX1-CC2顯示電路2) 原器件清單3) 系統框圖單片機數碼管電子電路開關 系統框圖3.2軟件設計思路及程序流程框圖1) 軟件設計思路：實現00-99計數功能，子程序實現將高低電位轉化為數碼管的十進制數字，實現手動開關計數。通過手動給脈沖信號，實現計數，再加到99時，在手動給脈沖時，回到初始狀態00，從而實現00到99加計數。2）對照表3) 程序流程圖 開 始 程序框圖Count初始為0數碼顯示

5、“00”按鍵識別成功嗎？Count=Count+1Count=100嗎？顯示Count計數器YNNY程序流程圖四、硬件設計4.1 設計目的設計十進制0-99的計數器，采用按鍵計數，數碼管顯示。1、采用按鍵產生計數值：按下按鍵，計數值加1；2、采用兩位數碼管顯示，計數初值為0；3、當計數達到99時，再次按下按鍵，計數值從1開始增加；4、設計一個按鍵，用于清空計數值。4.2 電路設計原理0099加減計數器硬件主要由AT89C51單片機，數碼管,電容，電源等元件組成，利用單片機的P0口、P2口作為輸出端，來控制數碼管的顯示，通過單片中燒入程序，然后利用 P3.2，P3.3口作為輸入端，通過點動控制實

6、現開關量的控制和計數,然后再通過數碼顯示器顯示出來。通過調試仿真從而實現00-99加減計數。4.3 總體電路設計圖4.1 總體電路圖系統板上硬件連線： （1把“單片機系統”區域中的P0.0/AD0P0.7/AD7端口用8芯排線連接到“四路靜態數碼顯示模塊”區域中的任一個ah端口上；要求：P0.0/AD0對應著a，P0.1/AD1對應著b，P0.7/AD7對應著h。（2把“單片機系統”區域中的P2.0/A8P2.7/A15端口用8芯排線連接到“四路靜態數碼顯示模塊”區域中的任一個數碼管的ah端口上； （3把“單片機系統”區域中的P3.7/RD端口用導線連接到“獨立式鍵盤”區域中的SP1端口上；

7、3元件清單 元件名稱型號數量/個用途單片機AT89C511控制核心晶振12MHZ1晶振電路電容30uF2晶振電路排阻Respack81上位電阻電阻1k1復位電路電源+5v1提供電源撥碼開關BUTTON_12發出信號數碼管7SEG-MPX1-CC2顯示電路4.3 單片機電路設計4.3.1 80C51單片機 1）主要特性： 與MCS-51兼容 4K字節可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環 數據保留時間：10年 全靜態工作：0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內震蕩器和時

8、鐘電路2）管腳說明：電源引腳 Vcc（40腳）：典型值5V。 Vss（20腳）：接低電平。外部晶振 XTAL1、XTAL2分別與晶振兩端相連接。輸入輸出口引腳： P0口：I/O雙向口。作輸入口時，應先軟件置“ 1”。 P1口：I/O雙向口。作輸入口時，應先軟件置“ 1”。 P2口：I/O雙向口。作輸入口時，應先軟件置“ 1”。 P3口：I/O雙向口。作輸入口時，應先軟件置“ 1”。 控制引腳： RST、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp組成了MSC-51的控制總線。 RST（9腳）：復位信號輸入端（高電平有效）。 ALE/-PROG(30腳）：地址鎖存信號輸出端。 第二功能：編程脈

9、沖輸入。 -PSEN（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。 -EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲器使能端。 第二功能：編程電壓輸入端（+21V）。AT89C51單片機的P口特點： P0口：是一個8位漏極開路輸出型雙向I/O端口。作為輸出端口時，每位能以吸收電流的方式驅動8 個TTL輸入，對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序或數據存儲器時，它是時分多路轉換的地址（低8位）/數據總線，在訪問期間將激活內部的上拉電阻。 P1口：P1口是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1口的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電

10、位，這時可作輸入口。P2口作輸入口使用時，因為內部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（Iil）。 P2口：P2口是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2口的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。P2口作輸入口使用時，因為內部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（Iil）。在訪問外部程序存儲器時和16位外部地址的外部數據存儲器（如執行 MOVX DPTR）時，P2口送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執行 MOVX RI）時，P2口引腳上的內容（就是專用寄存器(S

11、FR)區中的P2寄存器的內容），在整個訪問期間不會改變。 P3口：P3口是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3口的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。P3口作輸入口使用時，因為內部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（Iil）。（2）排阻的作用所謂排阻就是若干個參數完全相同的電阻，它們的一個引腳都連到一起，作為公共引腳。其余引腳正常引出。所以如果一個排阻是由n個電阻構成的，那么它就有n+1只引腳，一般來說，最左邊的那個是公共引腳。它在排阻上一般用一個色點標出來。排阻一般應用在數字電路上，

12、比如：作為某個并行口的上拉或者下拉電阻用。使用排阻比用若干只固定電阻更方便。 排阻有a型和b型的區別。 a型排阻的引腳總是奇數的。它的左端有一個公共端（用白色的圓點表示），常見的排阻有4、7、8個電阻，所以引腳共有5或8或9個。 B型排阻的引腳總是偶數的。它沒有公共端，常見的排阻有4個電阻，所以引腳共有8個。 排阻的阻值讀法如下：“103”表示：10k，“510”表示：51。以此類推常用于顯示數碼管。4.3.2 顯示電路設計分別與數碼管的A、B、C、D、E、F、G、DP相連接。圖4.1 8位共陰極LED燈 控制電路設計控制電路，鍵一與p3.7相連。當電鍵按下時接口接低電平，從而實現對計數器的控

13、制。鍵一聯通實現計數。 圖4.2 復位電路輸出電路設計顯示電路由LED數碼管連接p2 P0接口實現數字的輸出，由控制電路發出操作指令后，單片機調用相應程序，并將音樂信號由p2 P0口輸出，通過LED實現計數顯示圖4.3 輸出電路五、系統軟件設計5.1 總體流程圖系統的軟件設計也是工具系統功能的設計。單片機軟件的設計主要包括執行軟件（完成各種實質性功能）的設計和監控軟件的設計。單片機的軟件設計通常要考慮以下幾個方面的問題： 1、根據軟件功能要求，將系統軟件劃分為若干個相對獨立的部分，設計出合理的總體結構，使軟件開發清晰、簡潔和流程合理； 2、培養良好的編程風格，如考慮結構化程序設計、實行模塊化、

14、子程序化。既便于調試、鏈接，又便于移植和修改； 3、 建立正確的數學模型，通過仿真提高系統的性能，并選取合適的參數； 4、 繪制程序流程圖； 5、 合理分配系統資源； 6、為程序加入注釋，提高可讀性，實施軟件工程； 7、注意軟件的抗干擾設計，提高系統的可靠性總體流程圖圖5.1程序流程圖5.2單片機數碼管介紹在本任務中用2位數碼管顯示當前數值的十位，個位，由于數碼管個數不多，故采用靜態顯示方式， 2位數碼管的相同段并聯在一起，由一個6位I/O（P1口）輸出字形碼控制顯示某一字形，每個數碼管的公共端由另外一個I/O口（P0口)輸出的字位碼控制，即數碼管顯示的字形是由單片機I/O口輸出的字形碼確定，

15、而哪個數碼管點亮是由單片機I/O口輸出的字位碼確定的。2個數碼管分時輪流循環點亮，在同一時刻只有1個數碼管點亮，但由于數碼管具有余輝特性及人眼具有視覺暫留特性，所以適當地選取循環掃描頻率，看上去所有數碼管是同時點亮的，察覺不出閃爍現象。動態顯示方式所接數碼管不能太多，否則會因每個數碼管所分配的實際導通時間太少，使得數碼管的亮度不足。在本任務中，為了簡便，字形碼和字位碼都沒由加驅動電路，在實際應用中應加驅動電路。數碼管有共陰極和共陽極兩種， 對于共陽數碼管，字形驅動輸出0有效，字位驅動輸出1有效；而對于共陰數碼管則相反，即：字形驅動輸出1有效，字位驅動輸出0有效 顯示器普遍地用于直觀地顯示數字系

16、統的運行狀態和工作數據，按照材料及產品工藝，單片機應用系統中常用的顯示器有： 發光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED顯示器是現在最常用的顯示器之一， 發光二極管（LED）由特殊的半導體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件（半導體顯示器）。分段式顯示器（LED數碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發出清晰的光。只要按規律控制各發光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED數碼管有共陽、共陰之分。圖是共陽式、共陰式LED數碼管的原理圖和符號。 5.3 數碼管顯示實現unsigned

17、char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;5.4 鍵控子程序鍵控子程序主要由開始計數程序組成，由一個計數器中斷實現。while(1) if(P3_7=0) delay10ms(); if(P3_7=0) Count+; if(Count=100) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(P3_7=0);5.5 C語言源程序： C語言介紹 C語言是一種面向過程的計算機程序設計語言，它是目前眾多計算機語言中舉世公認的優秀的結構程序設計語言之一。它

18、由美國貝爾研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。1978后，C語言已先后被移植到大、中、小及微型機上。 C語言發展如此迅速，而且成為最受歡迎的語言之一，主要因為它具有強大的功能。許多著名的系統軟件，如DBASE 都是由C 語言編寫的。用C 語言加上一些匯編語言子程序，就更能顯示C 語言的優勢了，像PC- DOS 、WORDSTAR等就是用這種方法編寫的。 C語言是一種成功的系統描述語言，用C語言開發的UNIX操作系統就是一個成功的范例;同時C語言又是一種通用的程序設計語言，在國際上廣泛流行。世界上很多著名的計算公司都成功的開發了不同版本的C語言，很多優秀的應用程序也都使用C語言開發的

19、，它是一種很有發展前途的高級程序設計語言。 1. C是中級語言。它把高級語言的基本結構和語句與低級語言的實用性結合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節和地址進行操作， 而這三者是計算機最基本的工作單元。 2. C是結構式語言。結構式語言的顯著特點是代碼及數據的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結構化方式可使程序層次清晰，便于使用、維護以及調試。C 語言是以函數形式提供給用戶的，這些函數可方便的調用，并具有多種循環、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結構化。 3. C語言功能齊全。具有各種各樣的數據類型，并引入了指針概念，可使程序效率更高。而且計算功能、邏輯判斷功

20、能也比較強大，可以實現決策目的的游戲。 4. C語言適用范圍大。適合于多種操作系統，如Windows、DOS、UNIX等等；也適用于多種機型。 5. C語言對編寫需要硬件進行操作的場合，明顯優于其它解釋型高級語言，有一些大型應用軟件也是用C語言編寫的。 6. C語言具有較好的可移植性，并具備很強的數據處理能力，因此適于編寫系統軟件，三維，二維圖形和動畫。它是數值計算的高級語言。7.#include unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; unsigned char Count; v

21、oid delay10ms(void) unsigned char i,j; for(i=20;i0;i-) for(j=248;j0;j-); void main(void) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(1) if(P3_7=0) delay10ms(); if(P3_7=0) Count+; if(Count=100) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(P3_7=0); 六、電路仿真調試6.1 仿真平臺軟件介紹 Keil軟件是目前最流行開發MCS-5

22、1系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯

23、編語言編程，其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。 系統概述 目前流行的51系列單片機開發軟件是德國Keil公司推出的Keil C51軟件，Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢。下面詳細介紹Keil C51開發系統各部分功能和使用。 Keil C51單片機軟件開發系統的整體結

24、構C51工具包的整體結構，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發環境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程。開發人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 Keil

25、C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。ProteusProteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EAD工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。迄今為止是世界上唯

26、一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、KEIL和MATLAB等多種編譯器件庫超過27000種元器件，可方便地創建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰；可輸出高質量圖紙：通過個性化

27、設置，可以生成印刷質量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。仿真功能ProSPICE混合仿真：基于工業標準SPICE3F5，實現數字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內部原型或使用廠家的SPICE文件自行設計仿真器件，Labcenter也在不斷地發布新的仿真器件，還可導入第三方發布的仿真器件； 多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數信號、單頻FM、數字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入； 豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電

28、流表、數字圖案發生器、頻率計/計數器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器等； 生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結合動態器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動； 高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析。單片機協同支持主流的cpu類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級還

29、在繼續增加，如即將支持CORTEX、DSP處理器；支持通用外設模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進/伺服電機、RS232虛擬終端、電子溫度計等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現雙向異步串行通信； 實時仿真：支持UART/USART/仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。 編譯及調試：支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環境（如IAR、Keil和H

30、itech）結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試。設計平臺原理圖到PCB的快速通道： 原理圖設計完成后，一鍵便可進入ARES的PCB設計環境，實現從概念到產品的完整設計； 先進的自動布局/布線功能：支持器件的自動/人工布局；支持無網格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設計更為合理； 完整的PCB設計功能：最多可設計16個銅箔層，2個絲印層，4個機械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設置，自動設計規則檢查，3D 可視化預覽； 多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括Gerber文件的導入或導出，便利與其它PCB設計工具的互轉（如protel）和PCB板的設計和加工。6.2

31、 仿真測試點擊開關，開始仿真測試： 按鍵一及p3.7低電位，開始計數如圖：再次點擊按鍵，在此計數。 計數到99后又重新歸06.3 測試總結計數器很好的實現了計數的功能，并滿足了下面的要求：設計十進制0-99的計數器，采用按鍵計數，數碼管顯示。1、采用按鍵產生計數值：按下按鍵，計數值加1；2、采用兩位數碼管顯示，計數初值為0；3、當計數達到99時，再次按下按鍵，計數值從1開始增加；4、設計一個按鍵，用于清空計數值。心得體會通過兩周的單片機課程設計，讓人感受頗深，雖然有關于單片機的知識，但更重要的是團隊合作。剛開始時，我們有點迷茫，我懂得知識理論的知識但要實際操作，總是有差距的，雖然對于我們來說有一定的難度，但是我們經研究從最簡單的編程開始，對于80C51單片機的編程，我們使用的是我們所學匯編語言，結合自己所學的及尋找大量資料，我們幾個擬定了初步的程序，然后進行修改及用Keil軟件進行調試， 然后進一步修改，最終在我們努力下，完成了程序。結束了軟件，我們開始進行硬件，我們用Proteus 軟件進行繪圖和仿真，在這一過程中，我們對該軟