一種基于單片機的計數器研制

張航 祝家奇 鄧云飛

摘 要：本文單片機計數器以單片機和各種元器件為基礎，設計電路硬件系統。計數器可以實現信號的獲取、信號的轉換處理、信號的記錄及顯示功能。借助Keil 軟件實現對C語言的編譯以適用單片機的運行環境，使用protel繪制電路原理圖及PCB印刷電路板。最終，將硬件電路與軟件程序結合以達到計數的目標，設計出一款具有七位數計數能力和自帶檢測功能的計數器。

關鍵詞：單片機；計數器

隨著計數器應用越來越多，計數器有同步計數器、異步計數器、加法計數器、減法計數器以及不同進制的計數器等[1， 2]。計數器的身影早已出現在了各行各業中，如物流、工程測量、航空、電力、采礦、儀表、自動化控制、包裝、機械加工、冶金、制藥、機械、軍工、石化、運輸計數、人流計數等[3， 4]。

基于國內外研究分析，本次設計是用單片機、LCD顯示器、控制按鍵為元件來設計的計算器，主要實現計數信號的采集，分析及輸出顯示功能，最終設計目標是系統本身要有抗干擾能力、一定的穩定性并能精確計數，能夠正確顯示、能進行自測以及具有通用性。

1 電路設計

1）方案設計。

stm32系列的單片機則是高性能的單片機，運行內存比較大，能夠適應較復雜環境使用，所以選用stm32系列單片機進行設計。對于單片機計數器系統的設計需要分為幾大模塊，整個系統包括作為運算核心的單片機芯片、按鍵輸入模塊、脈沖信號模塊、晶振電路模塊、顯示模塊以及外部電路集成，如圖1所示。

2）整體電路方案。

計數器以單片機為整個系統核心，需要晶振電路、電源電路、復位電路、顯示電路等。由單片機芯片、脈沖電路、復位電路以及芯片外圍集成電路組成PCU電路，而由LCD顯示器與PWM調光電路組成液晶顯示模塊，如圖3所示。最后，電源系統是單片機系統中最重要的模塊之一，如圖4所示。

2 軟件結構設計

計數器的研制基于模塊化的思想，如圖5所示，整個單片機系統分為一個主程序調動各個子程。

3 硬件設計

在PCB界面添加材料封裝，調整尺寸、邊框等，將元件布置好，如圖6所示。焊接PCB電路板，將各個原部件焊接在電路板上，組成計數器系統，如圖7所示。

安裝計數器系統后，對系統進行調節。光電編碼器順時針旋轉，CNT1通道信號提前，試驗結果為通道記錄55個脈沖，通道2記錄54個脈沖，如圖8所示。光電編碼器逆時針旋轉，CNT2通道信號提前，試驗結果為通道1記錄75個脈沖，通道2記錄76個脈沖，如圖9所示。最終，系統調試顯示測試成功。

4 結論

基于單片機設計計數器，計數器系統主要由單片機芯片、按鍵輸入模塊、脈沖信號模塊、晶振電路模塊、顯示模塊以及外部電路集成。單片機計數器硬件電路為基礎，結合軟件程序達到計數的目標。使用protel繪制電路原理圖和PCB圖，并進行分析、修改。采用計算機c語言對預先設計的單片機運行規則進行編程，在IAR環境中對c程序進行編譯，并下載到IAR仿真器中完成仿真。最終，設計出一款具有七位數計數能力和自帶檢測功能的計數器。

參考文獻：

[1]徐瑋，沈建良，等. AVR單片機快速入門.北京：機械工業出版社，2011.

[2]張祥雪，張立.單光子計數器的校驗方法研究.光學技術，2007，33（4）：561563.

[3]沈建良，賈玉坤，等.STM32F10X系列ARM微控制器入門與提高.北京：北京航空航天大學出版社，2013.

[4]楊之廉，許軍.集成電路導論.北京：清華大學出版社，2012.