单片机的课程设计30秒定时器.docx
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单片机的课程设计30秒定时器
计数原理............................3
单片机的定时器设计
一、篮球计时器的作用
在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就视为犯规。
本课程设计的“篮球竞赛24秒定时器”，可用于篮球比赛中对球员持球时间作24秒时间限制。
一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动报警，从而判定此球员犯规。
二、设计的具体实现
1.系统概述
总体设计思路及方案
图总设计图
流程图：
最小系统，就是最简单的输出/输入构成，并且能实现最基本的运行条件，如应有供电、时钟附属电路等。
单片机的最小系统包括晶振电路复位电路和电源，这时最小系统基本组成当然还可以添加矩阵键盘数码管等。
此实验的原理是，利用单片机的最小系统，通过锁存器74HC573控制数码管，来实现30秒定时器的功能。
图最小系统
计数原理
80C51单片机内部设有两个16位的可编程定时器/计数器。
在定时器/计数器中除了有两个16位的计数器之外，还有两个特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。
定时器/计数器的结构
16位的定时/计数器分别由两个8位专用寄存器组成，即：
T0由TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。
每个寄存器均可单独访问。
这些寄存器是用于存放定时或计数初值的。
此外，其内部还有一个8位的定时器方式寄存器TMOD和一个8位的定时控制寄存器TCON。
这些寄存器之间是通过内部总线和控制逻辑电路连接起来的。
定时计数器的原理
当定时器/计数器为定时工作方式时，计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生，显然，定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。
因一个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率fcount=1/12osc。
如果晶振为12MHz，则计数周期为：
T=1/（12×106）Hz×1/12=1μs这是最短的定时周期。
若要延长定时时间，则需要改变定时器的初值，并要适当选择定时器的长度（如8位、13位、16位等）。
当定时器/计数器为计数工作方式时，通过引脚T0和T1对外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。
计数器在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平。
若一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。
此后的机器周期S3P1期间，新的计数值装入计数器。
所以检测一个由1至0的跳变需要两个机器周期，故外部事年的最高计数频率为振荡频率的1/24。
当CPU用软件给定时器设置了某种工作方式之后，定时器就会按设定的工作方式独立运行，不再占用CPU的操作时间，除非定时器计满溢出，才可能中断CPU当前操作。
CPU也可以重新设置定时器工作方式，以改变定时器的操作。
由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。
定时器工作方式
8051的两个定时器/计数器都有4种工作方式是，即工作方式0～3。
由于本次课程设计主要涉及定时器/计数器0的工作方式2，所以以下将重点介绍定时器/计数器0的工作方式2。
本次课程设计使用定时器工作方式2，是由于其相对定时器工作方式0和工作方式1有一定的长处。
工作方式0和工作方式1有一个共同点，就是计数溢出后计数器全为0，因此循环定时应用时就需要反复设置计数初值。
这不但影响定时精度，而且也给程序设计带来麻烦。
工作方式2就是针对此问题而设置的，它具有自动重新加载计数初值的功能，免去了反复设置计数初值的麻烦。
定时器/计数器0的工作方式0和工作方式2所对应的电路逻辑结构图分别如图和图所示。
图定时器/计数器0的工作方式0逻辑结构
图定时器/计数器0的工作方式2逻辑结构
对比上述两图，可以发现工作方式0和工作方式2对应的逻辑结构还是有许多部分相同的，如两图的右半部分，而两图左半部分则有所差异。
下面将对其相同点和不同点作简要分析，这也是为什么这次课程设计选择工作方式2的原因。
相同点：
两种工作方式，计数脉冲既可以来自芯片内部，也可以来自外部。
来自内部的是机器周期脉冲，图中OSC是英文Oscillator（振荡器）的缩写，表示芯片的晶振脉冲，经12分频后，即为单片机的机器周期脉冲。
来自外部的计数脉冲由T0引脚输入，计数脉冲由控制寄存器TMOD的
位进行控制。
当
=0时，接通机器周期脉冲，计数器每个机器周期进行一次加1，这就是定时器工作方式；当
=1时，接通外部计数引脚T0，从T0引入计数脉冲输入，这就是计数工作方式。
不同点：
如图3-1所示的左半部分，工作方式0条件下，TL0使用了5位，当TL0的低5位计数溢出时，向TH0进位；而全部13位计数溢出时，向计数溢出标志位TF0进位，将其置1。
如图3-2所示的左半部分，工作方式2条件下，16位计数器被分成两部分，TL作为计数器使用，TH作为预置寄存器使用，初始化时把计数初值分别装入TL和TH中。
当计数溢出后，由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL重新加载。
变软件加载为硬件加载。
更详细点，初始化时，8位计数初值同时装入TL0和TH0。
当TL0计数溢出时，置位TF0，并用保存在预置寄存器TH0中的计数初值自动加载TL0，然后开始重新计数。
如此重复，这样不但省去了用户程序中的重装指令，而且也有利于提高定时精度。
2.单元电路设计
8051单片机
图电源电路
图8051电路图
（1）P1口：
P1口是一8位双向I/O口。
口引脚～提供内部上拉电阻。
和要求外部上拉电阻。
和还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入（AIN0）和反相输入（AIN1）。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。
当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。
当引脚～用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流（IIL）。
P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。
（2）P3口：
P3口的～、是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。
用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。
P3口缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。
用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流（IIL）。
P3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表1所示。
P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
P3口引脚
功能
RXD（串行输入端口）
TXD（串行输出端口）
INT0（外中断0）
INT1（外中断1）
TO（定时器0外部输入）
T1（定时器1外部输入）
表2-1-1 P3口的功能
（3）RST：
复位输入。
RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。
当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。
每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
（4）XTAL1：
作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
（5）XTAL2：
作为振荡器反相放大器的输出。
（6）Vcc：
电源电压；（7）GND：
地。
两个基本电路
图复位电路图晶振电路
复位电路：
一般需要送4个时钟周期的高电平。
按键后：
电容器被短路放电、RST直接和VCC相连，就是高电平，此时进入“复位状态”。
松手后：
电源开始对电容器充电，此时，充电电流在电阻上，形成高电平送到RST，仍然是“复位状态”；
稍后，充电结束，电流降为0，电阻上的电压也将为0，RST降为低电平，开始正常工作。
晶振电路：
产生一个固定频率的脉充，驱动芯片等元件工作。
晶振也叫晶体振荡器，能产生振荡，其特点是固有频率十分稳定，而且震动具有多谐性，除了奇频震动外还有奇次谐波泛音震动。
性能上，晶振的品质因素Q和特性阻抗都非常高，而且接入系数很小，因此具有很高的频率稳定度。
两个小的瓷片电容叫负载电容，可以用来微调晶体震荡频率，这个电容要根据所用晶体来选择，晶体规格书里面会有其负载电容的值大致为20~35PF。
一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分。
它是根据晶振厂家提供的晶振要求负载电容选值的，换句话说，晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度的保证频率值的误差。
也能保证温漂等误差。
两个电容的取值都是相同的，或者说相差不大，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。
程序清单
ORG0000H
SJMPMAIN
ORG000BH
LJMPT0_ISR
ORG0030H
MAIN:
MOVP0,#3FH;初始化赋值
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#3FH
MOVR0,#00H
MOVR1,#24
MOVDPTR,#TAB
KEY:
JB,$;判断启动键是否按下
ACALLDELAY30MS
JNB,$
ACALLSTART
SJMPKEY
START:
MOVTMOD,#01H;启动程序
MOVTH0,#0D8H
MOVTL0,#0EFH
SETBET0
SETBEA
SETBTR0
STOP:
JB,ZTJX;判断复位键是否程序
ACALLDELAY30MS
JNB,$
SJMPMAIN;复位程序
ZTJX:
JB,XS;判断暂停键是否按下
ACALLDELAY30MS
JNB,$
ZT:
CLRTR0;K2按下后暂停计数，并关中断
CLRET0
CLREA
JB,$;K2再次按下继续计数
ACALLDELAY30MS
JNB,$
JX:
SETBET0;第二次按下暂停键后继续倒计时（继续启动）
SETBEA
SETBTR0
XS:
MOVA,R1;显示子程序
MOVB,#10
DIVAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A;显示秒十位
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,A;显示秒个位
CJNER0,#100,STOP;1S时间到否，未到直接转数码管显示
MOVR0,#00H;1S时间到，R0重赋初值
MOVA,R1;R1减1，不为0转数码管显示，为0则重新开始
CLRC
SUBBA,#1
MOVR1,A
JNCSTOP;计数未到0继续判断暂停键和停止键
MOVR1,#24;计数到0停止计数并关中断，
CLRET0
CLREA
CLRTR0
SJMPSND;跳到报警程序
SJMPKEY;跳回开始检测启动键
RET
DELAY30MS:
MOVR6,#150;延时程序子程序
AAA;MOVR7,#100
DJNZR7,$
DJNZR6,AAA;
RET
T0_ISR:
CLRTR0;中断程序子程序
MOVTH0,#0D8H
MOVTL0,#0EFH
INCR0
SETBTR0
RETI
SND:
CLR;报警程序子程序（红色发光二极管亮一下就灭）
MOVR7,#0FFH
DL:
MOVR6,#0FFH
DL1:
DJNZR6,DL1
DJNZR7,DL
SETB
RET
TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH
END
附录：
元器件细明表
1
IC名单
型号
个数
2
单片机
8051
1
3
锁存器
74HC573
2
4
数码管
2位的，共阴极
2
5
晶振
12MHz
1
6
电容
39PF
2
7
电容
10UF
2
8
开关
按键开关
2
9
开关
波动开关
1
10
电路板
10*20
1
11
排阻
10K欧
1
12
电阻
3K欧
1
13
电阻
30欧
1
14
发光二极管
亮
3
15
单片机底座
40引脚
1
16
三极管
C1008npn
1
17
蜂鸣器
1
升级会员 