淺析單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計

趙嘉鑫

摘 要：單片機(jī)是一種可編程控制的芯片，其可以根據(jù)使用者編程邏輯對某個物體進(jìn)行控制，起到指令傳輸?shù)淖饔?，因此單片機(jī)經(jīng)常被使用到各種系統(tǒng)設(shè)計中，其中就包括了計數(shù)器系統(tǒng)。對此本文將對單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計方法進(jìn)行研究，主采用keil、Proleus軟件進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計中所使用的單片機(jī)為AT89C51單片機(jī)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);編程;計數(shù)器系統(tǒng)

0.引言

計數(shù)器系統(tǒng)是一種常見于自動化控制系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，其功能雖然簡單，但通用性很強(qiáng)，是實(shí)現(xiàn)自動化控制邏輯的重要組成部分，如利用計數(shù)器系統(tǒng)對數(shù)字進(jìn)行記錄，其所記錄的數(shù)字代表了時間，當(dāng)計數(shù)器系統(tǒng)所記錄數(shù)字達(dá)到指定值后，就會觸發(fā)其他子系統(tǒng)功能，由此來實(shí)現(xiàn)控制目的。而計數(shù)器系統(tǒng)的計數(shù)功能就來源于單片機(jī)，可見單片機(jī)是計數(shù)器系統(tǒng)的基礎(chǔ)，良好的單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計能夠?qū)ξ覀兊纳睢⒐ぷ鞑粩喟l(fā)展，對此進(jìn)行研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1.單片機(jī)相關(guān)理論分析

1.1單片機(jī)原理

本質(zhì)上單片機(jī)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(jìn)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(jī)引腳外圍電路進(jìn)行控制。單片機(jī)外圍電路的運(yùn)作能夠起到驅(qū)動作用，促使受控目標(biāo)發(fā)生運(yùn)動，這既為單片機(jī)運(yùn)作原理。

1.2單片機(jī)編程與仿真

單片機(jī)需要在使用者做好編程工作后才能依照對應(yīng)邏輯進(jìn)行運(yùn)作，因此做好編程工作是使用單片機(jī)的基礎(chǔ)，同時在一些相對復(fù)雜的單片機(jī)工作中，如單片機(jī)相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計，使用者并不能保障通過單次編程就能讓單片機(jī)完全符合運(yùn)作要求，對此就有必要在每次編程之后進(jìn)行仿真測試，再根據(jù)仿真測試結(jié)果對編程進(jìn)行調(diào)整，這樣才能保障單片機(jī)相關(guān)系統(tǒng)逐漸完善，這一點(diǎn)在單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)中也是一樣。這一條件下，面對單片機(jī)編程與仿真需求，建議使用相關(guān)軟件來開展相關(guān)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(jìn)行單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計。

2.單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計

單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計涉及到單片機(jī)編程、計數(shù)器電路與自動化控制邏輯，因此其設(shè)計方案大體可以分為三個步驟，分別為硬件設(shè)計、軟件設(shè)計與電路設(shè)計，其中硬件設(shè)計主要負(fù)責(zé)提供基礎(chǔ)支撐、軟件設(shè)計負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)計數(shù)功能、電路設(shè)計負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，對此下文將對各步驟設(shè)計方法進(jìn)行分析，并提出系統(tǒng)仿真測試方案，用于檢測系統(tǒng)可行性。

2.1硬件設(shè)計

單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)硬件設(shè)計分為兩個步驟，即最小系統(tǒng)設(shè)計、電路設(shè)計，各步驟具體內(nèi)容如下。

（1）最小系統(tǒng)設(shè)計

在AT89C51單片機(jī)基礎(chǔ)上，除單片機(jī)本身以外，其最小系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路。①時鐘電路：借助單片機(jī)內(nèi)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(diào)電容組成，用跨接方式安裝，由此實(shí)現(xiàn)時鐘電路設(shè)計，該電路主要負(fù)責(zé)向單片機(jī)輸出時鐘信號;②復(fù)位電路：采用賦值方法來實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路，即在單片機(jī)內(nèi)安裝復(fù)位按鈕與相關(guān)電路，這樣當(dāng)系統(tǒng)計數(shù)運(yùn)作時單片機(jī)的相關(guān)引腳將處于低電平狀態(tài)，數(shù)值隨計數(shù)數(shù)字變化，而當(dāng)使用者按下復(fù)位按鈕，則單片機(jī)相關(guān)引腳將處于高電平狀態(tài)，電路賦值為0000H。

（2）電路設(shè)計

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

2.2軟件設(shè)計

軟件設(shè)計是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)計數(shù)功能的主要步驟，本文主要采用C語言來進(jìn)行編程設(shè)計。首先打開keil軟件進(jìn)行編輯，輸入計數(shù)功能程序，并對C51源程序進(jìn)行調(diào)試，由此生成HEX文件，其次針對單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)中的主程序、子程序進(jìn)行邏輯設(shè)置，即主程序邏輯為：開始→變量展示→計數(shù)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(shè)計的電路基礎(chǔ)上，將電路與系統(tǒng)架構(gòu)導(dǎo)入keil軟件中，并在keil軟件中找到hex文件，將其加載至電路內(nèi)單片機(jī)處，隨后開始仿真。對仿真過程進(jìn)行觀察，如果本系統(tǒng)能夠在自動運(yùn)作中進(jìn)行左移一位運(yùn)作（每左移一位就代表計數(shù)增長一位），就代表系統(tǒng)具備自動計數(shù)功能;如果本系統(tǒng)在達(dá)到計數(shù)最高位后會自動歸零，就代表系統(tǒng)能自動復(fù)位;如果通過復(fù)位按鍵能夠讓計數(shù)隨時復(fù)位，則說明系統(tǒng)可控。

3.仿真測試結(jié)果

根據(jù)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(jié)果：（1）系統(tǒng)在自動運(yùn)行過程中會根據(jù)“秒速”頻率不斷左移，說明系統(tǒng)具備自動計數(shù)功能;（2）設(shè)置“10”為最大計數(shù)，系統(tǒng)在計數(shù)達(dá)到“10”之后會恢復(fù)到“0”，電路賦值為0000H，說明系統(tǒng)可自動復(fù)位;（3）在最大計數(shù)基礎(chǔ)上，待單片機(jī)計數(shù)系統(tǒng)計數(shù)到“7”時按下了復(fù)位按鈕，系統(tǒng)技術(shù)第一時間恢復(fù)到“0”，電路賦值為0000H，說明系統(tǒng)計數(shù)功能可控。由此可知，本系統(tǒng)計數(shù)功能良好，運(yùn)作具有自動化表現(xiàn)，同時人工可以隨時介入計數(shù)過程，系統(tǒng)可控性優(yōu)秀。

4.結(jié)語

綜上，本文對單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了分析，闡述了單片機(jī)相關(guān)理論、單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計方案，并借助仿真測試方案驗(yàn)證了系統(tǒng)可行性。分析結(jié)果顯示，文中設(shè)計方法可以成功實(shí)現(xiàn)單片機(jī)計數(shù)器系統(tǒng)，且該系統(tǒng)自動性、可控性良好，在實(shí)際應(yīng)用中可起到準(zhǔn)確、可控計數(shù)的作用。

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