畢業設計-基于at89c2051單片機的電子定時器設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 定時器 /計數器方式控制寄存器 TMOD 不能進行位 尋址，只能用字節傳送指令設置定時器工作方式，低半字節定義為定時器 0，高半字節定義為定時器 1。復位時， TMOD 所有位均為 0。 定時器 /計數器控制寄存器 TCON： TCON 在特殊功能寄存器中，字節地址為 88H，位地址 (由低位到高位 )為 88H一 8FH，由于有位地址，十分便于進行位操作。 TCON的作用是控制定時器的啟、停，標志定時器溢出和中斷情況 。 12 TCON 的格式如下圖所示。其中， TFl， TRl， TF0 和 TR0位用于定時器／計數器； IEl， ITl， IE0 和 IT0 位用于中斷系統。 各位定義如下： TF1： 定時器 1 溢出標志位。當字時器 1計滿溢出時，由硬件使 TF1 置 “1” ，并且申請中斷。進入中斷服務程序后，由硬件自動清 “0” ，在查詢方式下用軟件清 “0” 。 TR1： 定時器 1 運行控制位。由軟件清 “0” 關閉定時器 1。當 GATE=1，且INT1 為高電平時， TR1 置 “1” 啟動定時器 1；當 GATE=0， TR1 置 “1” 啟動定時器 1。 TF0： 定時器 0溢出標志。其功能及操作情況同 TF1。 TR0： 定時器 0運行控制位。其功能及操作情況同 TR1。 IE1： 外部中斷 1 請求標志。 IT1： 外部中斷 1 觸發方式選擇位。 IE0： 外部中斷 0 請求標 志。 IT0： 外部中斷 0 觸發方式選擇位。 TCON 中低 4位與中斷有關，我們將在下節課講中斷時再給予講解。由于 TCON 是可以位尋址的，因而如果只清溢出或啟動定時器工作，可以用位操作命令。例如：執行 “CLR TF0” 后則清定時器 0 的溢出；執行 “SETB TR1” 后可啟動定時器 1開始工作（當然前面還要設置方式定）。 定時器 /計數器的初始化： 由于定時器 /計數器的功能是由軟件編程確定的，所以一般在使用定時 /計數器前都要對其進行初始化，使其按設定的功能工作。初始貨的步驟一般如下： 13 確定工作方式（即對 TMOD 賦值 ）； 預置定時或計數的初值（可直接將初值寫入 TH0、 TL0 或 TH TL1）； 根據需要開放定時器 /計數器的中斷（直接對 IE 位賦值）； 啟動定時器 /計數器（若已規定用軟件啟動，則可把 TR0或 TR1 置 “1” ；若已規定由外中斷引腳電平啟動，則需給外引腳步加啟動電平。當實現了啟動要求后，定時器即按規定的工作方式和初值開始計數或定時）。 因為在不同工作方式下計數器位數不同，因而最大計數值也不同。 現假設最大計數值為 M，那么各方式下的最大值 M值如下： 方式 0： M=213=8 192 方式 1： M=216=65 536 方式 2： M=28=256 方式 3：定時器 0 分成兩個 8位計數器，所以兩個 M均為 256。 因為定時器 /計數器是作 “ 加 1” 計數，并在計數滿溢出時產生中斷，因此初值 X可以這樣計算： X=M計數值 定時器 /計數器的四種工作方式： 定 T0 或 T1 無論用作定時器或計數器都有 4 種工作方式：方式 0、方式 方式 2和方式 3。除方式 3外， T0 和 T1 有完全相同的工作狀態。下面以 T1 為例，分述各種工作方式的特點和用法。 工作方式 0： 13位方式由 TL1 的低 5 位和 TH1 的 8 位構成 13 位計數器（ TL1的高 3位無效 ）。工作方式 0的結構見下圖： 14 為定時／計數選擇： C／ T＝ 0， T1 為定時器，定時信號為振蕩周期 12 分頻后的脈沖； C／ T＝ l， T1 為計數器，計數信號來自引腳 T1的外部信號。 定時器 T1 能否啟動工作，還受到了 R GATE 和引腳信號 INT1 的控制。由圖中的邏輯電路可知，當 GATE＝ 0時，只要 TR1＝ 1 就可打開控制門，使定時器工作；當 GATE＝ 1 時，只有 TR1＝ 1 且 INT1＝ 1，才可打開控制門。 GATE， TR1， C／ T的狀態選擇由定時器的控制寄存器 TMOD， TCON 中相應位狀態確定， INT1 則是外部引腳上的信 號。 在一般的應用中，通常使 GATE＝ 0，從而由 TRl 的狀態控制 Tl的開閉： TRl＝ 1，打開 T1； TRl＝ 0，關閉 T1。在特殊的應用場合，例如利用定時器測量接于INT1 引腳上的外部脈沖高電平的寬度時，可使 GATE＝ 1， TRl＝ 1。當外部脈沖出現上升沿，亦即 INT1 由 0變 1電平時，啟動 T1 定時，測量開始；一旦外部脈沖出現下降沿，亦即 INT1 由 l變 O時就關閉了 T1。 定時器啟動后，定時或計數脈沖加到 TLl 的低 5 位，從預先設置的初值 (時間常數 )開始不斷增 1。 TL1 計滿后，向 THl 進位。當 TL1 和 THl都計滿之后， 置位 T1 的定時器回零標志 TFl，以此表明定時時間或計數次數已到，以供查詢或在打開中斷的條件下，可向 CPU 請求中斷。如需進一步定時 /計數，需用指令重置時間常數。 方式 0是 13位計數結構的工作方式，其計數器由 TH0 全部 8 位和 TL0 的低5位構成。當 TL0 的低 5位計數溢出時，向 TH0 進位，而全部 13 位計數溢出時，則向計數溢出標志位 TF0 進位 。 ⑵ TMOD 寄存器初始化 為把定時器 /計數器 1 設定為方式 0，則 M1M0＝ 00；為實現定時功能，應使 C/T＝ 0；為實現定時 15 器 /計數器 1的運行控制，則 GATE＝ 0。定時器 /計 數器 0 不用，有關位設定為 0。因此 TMOD 寄存 器應初始化為 00H。 ⑶ 由定時器控制寄存器 TCON 中的 TR1 位控制定時的啟動和停止 TR1＝ 1 啟動， TR1＝ 0停止。 工作方式 1： 1 是 16 位計數結構的工作方式，計數器由 TH0 全部 8 位和 TL0 全部 8 位構成。與工作方式 0 基本相同，區別僅在于工作方式 1 的計數器 TL1 和 TH1 組成 16 位計數器，從而比工作方式 0 有更寬的定時 /計數范圍。 工作方式 2 8位自動裝入時間常數方式。由 TLl構成 8位計數器， THl 僅用來存放時間常數。啟動 T1 前， TLl 和 THl 裝入相同的時間 常數，當 TL1 計滿后，除定時器回零標志 TFl 置位，具有向 CPU 請求中斷的條件外， THl中的時間常數還會自動地裝入TLl，并重新開始定時或計數。所以，工作方式 2 是一種自動裝入時間常數的 8位計數器方式。由于這種方式不需要指令重裝時間常數，因而操作方便，在允許的條件下，應盡量使用這種工作方式。當然，這種方式的定時／計數范圍要小于方式 0和方式 1。工作方式 2的結構見下圖． 當計數溢出后，不是像前兩種工作方式那樣通過軟件方法，而是由預置寄存器TH以硬件方法自動給計數器 TL 重新加載。變軟件加載為硬件加載。 16 初 始化時， 8 位計數初值同時裝入 TL0 和 TH0 中。當 TL0 計數溢出時，置位 TF0，同時把保存在預置寄 存器 TH0 中的計數初值自動加載 TL0，然后 TL0 重新計數。如此重復不止。這不但省去了用戶程序中的 重裝指令，而且也有利于提高定時精度。但這種工作方式下是 8位計數結構，計數值有限，最大只能到 255。 這種自動重新加載工作方式非常適用于循環定時或循環計數應用，例如用于產生固定脈寬的脈沖， 此外還可以作串行數據通信的波特率發送器使用。 工作方式 3 2個 8位方式。工作方式 3 只適用于定時器 0。如果使定時器 1為工作方式3， 則定時器 1將處于關閉狀態。 當 T0 為工作方式 3時， THo 和 TL0 分成 2 個獨立的 8位計數器。其中， TL0既可用作定時器，又可用作計數器，并使用原 T0 的所有控制位及其定時器回零標志和中斷源。 TH0 只能用作定時器，并使用 T1 的控制位 TRl、回零標志 TFl和中斷源，見下圖。 通常情況下， T0 不運行于工作方式 3，只有在 T1 處于工作方式 2，并不要求中斷的條件下才可能使用。這時， T1 往往用作串行口波特率發生器 (見 1． 4)，TH0 用作定時器， TL0 作為定時器或計數器。所以，方式 3 是為了使單片機有 1個獨立的定時器／計 數器、 1個定時器以及 1個串行口波特率發生器的應用場合而特地提供的。這時，可把定時器 l 用于工作方式 2，把定時器 0用于工作方式3。 17 下才可能使用。這時， T1往往用作串行口波特率發生器， TH0 用作定時器，TL0 作為定時器或計數器。所以，方式 3是為了使單片機有 1個獨立的定時器／計數器、 1個定時器以及 1 個串行口波特率發生器的應用場合而特地提供的。這時，可把定時器 l 用于工作方式 2，把定時器 0用于工作方式 3。 3 電子定時器的設計 本文所涉及的電子定時器要求能定時給電器供電或斷電，最大時間可以長 達30h,操作使用方便，采用 AT89C2051 單片機控制， 4位共陽數碼管顯示時間，繼電器做電器電源輸出控制。 18 系統硬件電路設計 芯片的選擇 硬件電路要實現對交流大電流電源的控制、定時時間的設定顯示和到點提醒等功能。若采用 40 腳的單片機有利于設計，但會增大電路板的體積。本設計采用 ATMEL 公司的 AT89C2051 單片機，芯片位 20 腳，體積小，工作電壓范圍寬（ ~6V）。性價比比較高。 交流控制接口電路 交流接口電路可以選擇繼電器控制，也可采用可控硅控制等。本設計采用的是 前一種 —— 繼電器控制。 顯示電路 顯示電路采用 4 個共陽極 LED 數碼管。為了在定時達到分（鐘）的時候能顯示出時鐘在計時，兩個數碼管之間增加一個發光二極管，以其閃爍來代表秒走動；為了使硬件電路簡單，采用單片機直接驅動 LED 數碼管（ AT89C2051 輸出口能吸收 20mA 電流），用動態掃描法實現 LED 顯示。 報警電路 報警電路采用普通的 5V 成品蜂鳴器。 系統程序的設計 程序采用模塊化、結構化設計，并采用軟件抗干擾，使軟件的可靠性比較高，可維護性較強。 主要模塊有： 1） 主程序 2） 菜單程序 3） 到點工作程序 4） 抗干擾程序 19 主程序流程圖 N Y N Y N 關中斷，設置堆棧 有上電復位標志？ 冷啟動 全面初始化 熱啟動 恢復正常 調用顯示程序 F 鍵被按下？ 調用顯示程序，設定時間 開始計時、工作 到點了嗎？ 停止計時， 調用到點工作程序 開始 結束 20 4 重要元件及重要電路 AT89C2051 的內部結構及功能和引腳說明 AT89C2051 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 2k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機數據存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術 生產，兼容標準 MCS51 指令系統，片內置通用 8 位中央處理器和 Flash存儲單元，功能強大 AT89C2051 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合。 程序保密 89C2051 設計有 2個程序保密位，保密位 1 被編程之后，程序存儲器不能再被編程除非做一次擦除，保密位 2 被編程之后，程序不能被讀出。 軟硬件的開發 89C2051 可以采用下面 2 種方法開發應用系統。 （ 1） 由于 89C2051 內部程序存貯器為 Flash，所以修改它內部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程 89C2051 的編程器即可。 調試人員可以采用程序編輯 編譯 固化 插到電路板中試驗這樣反復循環的方法，對于熟練的 MCS51程序員來說，這種調試方法并不十分困難。當做這種調試不能夠了解片內 RAM 的內容和程序的走向等有關信息。 （ 2） 將普通 8031/80C31 仿真器的仿真插頭中 ～ 和 ～ 引出來仿真 205T,這種方法可以運用單步、斷點的調試方法，但是仿真不夠真實，比如， 2051的內部模擬比較器功能， P1 口、 P3口的增強下拉能力等等。 21 AT89C2051 主要性能 AT8