淺析單片機計數器系統設計

趙嘉鑫

摘 要：單片機是一種可編程控制的芯片，其可以根據使用者編程邏輯對某個物體進行控制，起到指令傳輸的作用，因此單片機經常被使用到各種系統設計中，其中就包括了計數器系統。對此本文將對單片機計數器系統設計方法進行研究，主采用keil、Proleus軟件進行設計，設計中所使用的單片機為AT89C51單片機。

關鍵詞：單片機;編程;計數器系統

0.引言

計數器系統是一種常見于自動化控制系統中的子系統，其功能雖然簡單，但通用性很強，是實現自動化控制邏輯的重要組成部分，如利用計數器系統對數字進行記錄，其所記錄的數字代表了時間，當計數器系統所記錄數字達到指定值后，就會觸發其他子系統功能，由此來實現控制目的。而計數器系統的計數功能就來源于單片機，可見單片機是計數器系統的基礎，良好的單片機計數器系統設計能夠對我們的生活、工作不斷發展，對此進行研究具有一定的現實意義。

1.單片機相關理論分析

1.1單片機原理

本質上單片機是一種集成芯片，使用者可以通過編程對芯片的各個引腳進行控制，使不同引腳在不同時刻輸出的不同類電平，即低電平與高電平，這樣就能對單片機引腳外圍電路進行控制。單片機外圍電路的運作能夠起到驅動作用，促使受控目標發生運動，這既為單片機運作原理。

1.2單片機編程與仿真

單片機需要在使用者做好編程工作后才能依照對應邏輯進行運作，因此做好編程工作是使用單片機的基礎，同時在一些相對復雜的單片機工作中，如單片機相關系統設計，使用者并不能保障通過單次編程就能讓單片機完全符合運作要求，對此就有必要在每次編程之后進行仿真測試，再根據仿真測試結果對編程進行調整，這樣才能保障單片機相關系統逐漸完善，這一點在單片機計數器系統中也是一樣。這一條件下，面對單片機編程與仿真需求，建議使用相關軟件來開展相關工作，而這些軟件中較具代表性的就是keil、Proleus軟件，因此本文也將選擇兩者來進行單片機計數器系統設計。

2.單片機計數器系統設計

單片機計數器系統設計涉及到單片機編程、計數器電路與自動化控制邏輯，因此其設計方案大體可以分為三個步驟，分別為硬件設計、軟件設計與電路設計，其中硬件設計主要負責提供基礎支撐、軟件設計負責實現計數功能、電路設計負責實現控制邏輯，對此下文將對各步驟設計方法進行分析，并提出系統仿真測試方案，用于檢測系統可行性。

2.1硬件設計

單片機計數器系統硬件設計分為兩個步驟，即最小系統設計、電路設計，各步驟具體內容如下。

（1）最小系統設計

在AT89C51單片機基礎上，除單片機本身以外，其最小系統由時鐘電路、復位電路。①時鐘電路：借助單片機內的反相放大器XTAL1、XTAL2兩端分別作為輸入端、輸出端，在兩者之間安裝振蕩器，該振蕩器由石英晶振、兩個微調電容組成，用跨接方式安裝，由此實現時鐘電路設計，該電路主要負責向單片機輸出時鐘信號;②復位電路：采用賦值方法來實現復位電路，即在單片機內安裝復位按鈕與相關電路，這樣當系統計數運作時單片機的相關引腳將處于低電平狀態，數值隨計數數字變化，而當使用者按下復位按鈕，則單片機相關引腳將處于高電平狀態，電路賦值為0000H。

（2）電路設計

電路設計主要是對電路運作邏輯進行構建，具體方法上首先利用Proleus軟件找到AT89C51單片機，通過BUTTON功能按鍵展示電容CAP、電解電容CAP-ELEC、發光二極管晶體震蕩管CRYSTAL、電阻RES等相關電器元件。其次將元件依照功能放置在AT89C51單片機相關引腳上，如在P1口的八個引腳上放置八個發光二極管陰極元件，這樣可以對二極管燈開閉進行控制。最后將帶有電子元件的單片機引腳與時鐘電路、復位電路連接，借助兩個電路來進行指令輸出，并實現單片機自動控制邏輯。

2.2軟件設計

軟件設計是實現單片機計數器系統計數功能的主要步驟，本文主要采用C語言來進行編程設計。首先打開keil軟件進行編輯，輸入計數功能程序，并對C51源程序進行調試，由此生成HEX文件，其次針對單片機計數器系統中的主程序、子程序進行邏輯設置，即主程序邏輯為：開始→變量展示→計數器啟動→停滯;子程序邏輯為：timer0→左移一位→Oxff？→重置LED或返回終端。

2.3仿真測試方案

在Proleus軟件所設計的電路基礎上，將電路與系統架構導入keil軟件中，并在keil軟件中找到hex文件，將其加載至電路內單片機處，隨后開始仿真。對仿真過程進行觀察，如果本系統能夠在自動運作中進行左移一位運作（每左移一位就代表計數增長一位），就代表系統具備自動計數功能;如果本系統在達到計數最高位后會自動歸零，就代表系統能自動復位;如果通過復位按鍵能夠讓計數隨時復位，則說明系統可控。

3.仿真測試結果

根據以上（2.3仿真測試方案）中提出的三個測試方向，通過觀察與記錄得到了仿真結果：（1）系統在自動運行過程中會根據“秒速”頻率不斷左移，說明系統具備自動計數功能;（2）設置“10”為最大計數，系統在計數達到“10”之后會恢復到“0”，電路賦值為0000H，說明系統可自動復位;（3）在最大計數基礎上，待單片機計數系統計數到“7”時按下了復位按鈕，系統技術第一時間恢復到“0”，電路賦值為0000H，說明系統計數功能可控。由此可知，本系統計數功能良好，運作具有自動化表現，同時人工可以隨時介入計數過程，系統可控性優秀。

4.結語

綜上，本文對單片機計數器系統設計進行了分析，闡述了單片機相關理論、單片機計數器系統設計方案，并借助仿真測試方案驗證了系統可行性。分析結果顯示，文中設計方法可以成功實現單片機計數器系統，且該系統自動性、可控性良好，在實際應用中可起到準確、可控計數的作用。

參考文獻

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