《 單片機應(yīng)用技術(shù)》課件-項目五 制作電子秒表

項目五制作電子秒表硬件設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試任務(wù)導(dǎo)讀任務(wù)導(dǎo)入軟件設(shè)計任務(wù)1、電子秒表任務(wù)目標(biāo)導(dǎo)讀學(xué)習(xí)目標(biāo)技能目標(biāo)了解51單片機定時計數(shù)器工作原理。掌握電子秒表的編程方法。掌握8段LED數(shù)碼管使用方法。了解51單片機定時計數(shù)器工作原理8段LED數(shù)碼管使用。掌握電子秒表的編程方法1.51單片機定時計數(shù)器工作原理。2.獨立按鍵的工作原理。3.掌握數(shù)碼管顯示電路的硬件設(shè)計。4.掌握電子秒表的C語言驅(qū)動程序編寫。知識教學(xué)點

任務(wù)目標(biāo)導(dǎo)讀教學(xué)重點、難點

教學(xué)重點：1.定時計數(shù)器的工作原理及使用方法。2.數(shù)碼管的動態(tài)顯示控制方式。教學(xué)難點：1.掌握電子秒表的C語言驅(qū)動程序編寫。參考學(xué)時：1學(xué)時～2學(xué)時

常見的秒表4任務(wù)一電子秒表的制作任務(wù)一電子秒表的制作1.用單片機定時器進(jìn)行計時。2.

秒表精度為1/100秒，用2個數(shù)碼管顯示出計時值，59秒，顯示數(shù)碼管點亮。3.設(shè)置一個啟動健，一個停止鍵，一個清零鍵。項目設(shè)計任務(wù)：以單片機為核心控制器設(shè)計一個數(shù)字式電子秒表（二）項目設(shè)計要求：（三）項目完成要求：1.畫出仿真電路圖并說明電路的工作原理。2.畫出程序設(shè)計流程圖。3.編寫和調(diào)試各模塊源程序。4.完成整個項目源程序的綜合調(diào)試。數(shù)字式電子秒表設(shè)計任務(wù)6任務(wù)一電子秒表的制作數(shù)字式電子秒表硬件系統(tǒng)方框圖數(shù)碼管顯示電路單片機控制器鍵盤輸入電路晶體振蕩電路復(fù)位電路7任務(wù)一電子秒表的制作2.實驗板硬件電路任務(wù)一電子秒表的制作顯示電路：用6位一體的共陰數(shù)碼管構(gòu)成，P0口接段碼，P2.0～P2.5接位碼。鍵盤輸入電路：用獨立式按鍵方式，S1作為秒表的啟動鍵。S2作為秒表的停止鍵，S3作為秒表的清零鍵。9任務(wù)一電子秒表的制作（一）實現(xiàn)定時的方法:最方便的辦法是利用單片機內(nèi)部的定時器/計數(shù)器。結(jié)合了軟件定時精確和硬件定時電路獨立的特點。定時器/計數(shù)器基礎(chǔ)

軟件定時采用時基電路定時可編程定時器定時軟件延時不占用硬件資源，但占用了CPU時間，降低了CPU的利用率。例如延時程序。例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構(gòu)成硬件定時電路。但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟件進(jìn)行控制和修改，即不可編程，且定時時間容易漂移。定時器/計數(shù)器如何使用呢？任務(wù)一電子秒表的制作假如有一個水容器1000滴水剛好裝滿初始時已經(jīng)裝入500滴水問：還需滴入多少滴水才能將其裝滿？答：還需滴入500滴水才能將其裝滿，501滴溢出。答：還需500秒時間才能將其裝滿，501秒溢出。問：如果每秒滴入1滴水，還需多長時間才能將其裝滿？這就是“計數(shù)”這就是“定時”這就是“計數(shù)初值”（二）定時計數(shù)的概念----一個定時/計數(shù)的形象實例11任務(wù)一電子秒表的制作12（三）定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

定時器/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時器/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。T1計數(shù)器T0計數(shù)器控制單元1.定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)

任務(wù)一電子秒表的制作132.定時器/計數(shù)器的工作原理用作計數(shù)器：此時設(shè)置為計數(shù)器模式，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。每來一個外部脈沖，計數(shù)器加1。但單片機對外部脈沖有基本要求：脈沖的高低電平持續(xù)時間都必須大于1個機器周期。定時與計數(shù)都是利用計數(shù)實現(xiàn)！！用作定時器：此時設(shè)置為定時器模式，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t。定時應(yīng)用計數(shù)運用任務(wù)一電子秒表的制作00方式013位計數(shù)器01方式116位計數(shù)器10方式2可自動重新裝載初值的8位計數(shù)器11方式3T0分為2個8位計數(shù)器，T1停止計數(shù)M1M0操作方式功能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0控制T1控制T0定時/計數(shù)器（T0、T1）由TMOD中M1M0決定工作方式3.單片機定時/計數(shù)器工作方式14任務(wù)一電子秒表的制作

二組M1、M0分別控制T0、T1的工作方式（二位組合對應(yīng)方式0、方式1、方式2、方式3。INT1INT0引腳輸入電平的控制。GATE：門控位。設(shè)定T1、T0運行時是否受GATE=0不受外部中斷控制1受外部中斷控制C/T=0為定時功能1為計數(shù)功能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0控制T1控制T0T0、T1定時/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD4.定時/計數(shù)器控制寄存器TMOD15任務(wù)一電子秒表的制作16計數(shù)器工作方式選擇M1 M0工作方式功能說明00方式013位計數(shù)器01方式116位計數(shù)器10方式2自動重裝8位計數(shù)器11方式3定時器0：分成兩個8位定時器1：停止計數(shù)建議不采用該工作方式！在精確定時采用該工作方式！任務(wù)一電子秒表的制作

當(dāng)T溢出時，由硬件自動使TF置1，并向CPU申請中斷，CPU響應(yīng)中斷后，自動對TF清零；也可查詢處理，用軟件對TF清零或置位。LSBMSBTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0T1、T0

啟/?？刂莆籘1、T0

溢出標(biāo)志位與外部中斷INT1、INT0有關(guān)在中斷系統(tǒng)中介紹“0”停止“1”啟動“1”有溢出“0”無溢出可編程可控制工作記錄有無溢出5.T0、T1定時/計數(shù)器控制寄存器TCON17任務(wù)一電子秒表的制作T1（P3.5）GATETR1INT1震蕩器÷12TL15位TH18位TF1中斷KC/T=0C/T=1控制定時/計數(shù)器方式0邏輯圖111“+1”中斷13位的定時計數(shù)器，由TH的8位和TL的低5位組成TL4～0（以T1為例T0原理相同）。13位計數(shù)器TF1“+1”“+1”(1)方式0M1M0=00工作原理18任務(wù)一電子秒表的制作16位的定時計數(shù)器，由TH1的8位和TL1的8位組成T1（P3.5）GATETR1INT1震蕩器÷12TL18位TH18位TF1中斷KC/T=0C/T=1控制

定時/計數(shù)器方式1邏輯圖16位計數(shù)器“+1”1中斷（以T1為例，T0原理相同）TF1“+1”“+1”(2)方式1M1M0=01工作原理19任務(wù)一電子秒表的制作可自動重裝載的8位計數(shù)器TH1（TH0）被定義為賦值寄存器TL1（TL0）被定義為計數(shù)器定時/計數(shù)器方式2邏輯圖T1(P3.5)

GATETR1INT1震蕩器÷12TL18位TF1中斷KC/T=0C/T=1控制TH18位重裝載重裝載1“+1”以T1為例：中斷TL18位TF1“+1”“+1”⑶方式2M1M0=1020任務(wù)一電子秒表的制作僅僅T0能工作在方式3，將16位計數(shù)器T0分為兩個獨立的8位計數(shù)器TH0、TL0。TL0占用T0的控制位：C/T、GATE、TR0、INT0、TF0，TL0功能和操作與T0在方式0、1、2時相同，可工作在定時方式或計數(shù)方式。TH0只能工作在定時方式，占用T1的控制位TR1、TF1，并控制T1的中斷。當(dāng)T0工作在方式3時，T1只能工作在方式0～2，且不能產(chǎn)生中斷請求，此時，T1僅能控制C/T位切換計數(shù)或定時工作方式，計數(shù)器溢出輸出一般送往串行口，充當(dāng)波特率發(fā)生器。(4)方式321任務(wù)一電子秒表的制作51單片機的定時/計數(shù)器T0、T1是可編程的,因此在使用之前需要進(jìn)行初始化。其編程包括以下幾個步驟：(1)確定工作方式，即對TMOD寄存器進(jìn)行賦值(2)計算計數(shù)初值,并寫入寄存器TH0、TL0或TH1、TL1中。最好直接寫負(fù)值。(3)如果用中斷方式，置位ETx允許T/C中斷(4)如果用中斷方式，置位EA使CPU開中斷(5)置位TRx啟動計數(shù)（四）定時/計數(shù)器應(yīng)用時的初始化1.初始化步驟：22任務(wù)一電子秒表的制作2.定時/計數(shù)器應(yīng)用時的初值計算計數(shù)器的初值由程序設(shè)定設(shè)計數(shù)器寬度為n，定時時長為T，要求計數(shù)脈沖個數(shù)為N，計數(shù)初值為X，機器周期為TCY

。計數(shù)：2n＝N+XX=2n-N定時：2n＝T/TCY+XX=2n-T/TCY=

-T/TCY

計數(shù)器的初值由程序設(shè)定實際應(yīng)用時最好用（簡單）：

X=-N計數(shù)方式

X=-T/TCY

定時方式23任務(wù)一電子秒表的制作（三）軟件系統(tǒng)程序設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求確定系統(tǒng)程序的整體結(jié)構(gòu)，盡可能采用模塊化程序設(shè)計的方法，將任務(wù)劃分為相對獨立的功能模塊，明確各模塊的功能；畫出各程序模塊的詳細(xì)流程圖；根據(jù)流程圖逐一編寫程序；最后將各個模塊連接成完整的程序。對于本項目來說，我們可以將系統(tǒng)程序劃分為五個相對獨立的功能模塊，即主程序，LED動態(tài)掃描顯示子程序，獨立式鍵盤掃描子程序，待顯數(shù)據(jù)處理子函數(shù)，定時器中斷服務(wù)子程序。1.軟件系統(tǒng)整體設(shè)計思路：24任務(wù)一電子秒表的制作主程序：主要完成系統(tǒng)初始化，如I/O口端口初始化，定時/計數(shù)器、中斷的初始狀態(tài)設(shè)定，調(diào)用各功能模塊子程序等。待顯示數(shù)據(jù)處理子程序：作用是將等待顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行分離。例如我們要在四個數(shù)碼管上顯示1234，首先要將1234分離出1、2、3、4送到顯示緩沖區(qū)，然后根據(jù)顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)去查找相應(yīng)的代碼段，送到數(shù)碼管上，這樣才能顯示出要顯示的數(shù)據(jù)。常用的方法是用“除法”和“求模”。25任務(wù)一電子秒表的制作LED顯示子程序：顯示子程序的作用是根據(jù)顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)查找相應(yīng)的代碼段并送到與數(shù)碼管代碼段連接的單片機端口，打開相應(yīng)的位選信號，經(jīng)延時后消隱。在我們的設(shè)計任務(wù)中，要在第1個和第3個數(shù)碼管上顯示小數(shù)點，方法有兩種：第一種方法是將數(shù)碼管的代碼段再建立一個帶小數(shù)點的數(shù)組，當(dāng)要顯示小數(shù)點時查帶小數(shù)點的數(shù)組，當(dāng)小數(shù)點不亮?xí)r查不帶小數(shù)點的數(shù)組。第二種方法是將從顯示數(shù)據(jù)的代碼段從數(shù)組查出后，再將其與0x7f進(jìn)行相與。26任務(wù)一電子秒表的制作數(shù)碼管顯示流程圖27任務(wù)一電子秒表的制作鍵盤掃描程序流程圖28任務(wù)一電子秒表的制作項目五制作電子秒表硬件設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試任務(wù)導(dǎo)讀任務(wù)導(dǎo)入軟件設(shè)計任務(wù)2、5分鐘倒計時任務(wù)目標(biāo)導(dǎo)讀學(xué)習(xí)目標(biāo)技能目標(biāo)了解51單片機定時計數(shù)器工作原理。掌握電子秒表的編程方法。掌握8段LED數(shù)碼管使用方法。了解51單片機定時計數(shù)器工作原理8段LED數(shù)碼管使用。掌握倒計時定時器的編程方法1.51單片機定時計數(shù)器工作原理。2.獨立按鍵的工作原理。3.掌握數(shù)碼管顯示電路的硬件設(shè)計。4.掌握倒計時器的C語言驅(qū)動程序編寫。知識教學(xué)點

任務(wù)目標(biāo)導(dǎo)讀教學(xué)重點、難點

教學(xué)重點：1.定時計數(shù)器的工作原理及使用方法。2.數(shù)碼管的動態(tài)顯示控制方式。教學(xué)難點：1.掌握倒計時的C語言驅(qū)動程序編寫。參考學(xué)時：1學(xué)時～2學(xué)時

什么是倒計時定時器？32設(shè)定加熱一只雞的時間為15分鐘（900s），啟動后微波爐開始倒計時，并在顯示屏上顯示剩余時間。圖示當(dāng)前剩余時間為5分45秒（345s）。單片機只需要每過1s更新一次顯示時間，當(dāng)更新顯示900次（900s）后就讓微波爐停止加熱即可。所以定時過程可視為單片機計算單位時間（可以是1s、1ms、1μs）的個數(shù)，當(dāng)計時完成后，把單位時間乘以個數(shù)就得到了定時的時間長度。任務(wù)一五分鐘倒計時器常見的定時器33任務(wù)一五分鐘倒計時器1.用單片機定時器進(jìn)行計時。2.

秒表精度為1/100秒，用4個數(shù)碼管顯示出倒計時時間，例如04分35秒，顯示數(shù)碼管點亮。3.設(shè)置一個啟動健，一個停止鍵。項目設(shè)計任務(wù)：以單片機為核心控制器設(shè)計一個5分鐘倒計時器（二）項目設(shè)計要求：（三）項目完成要求：1.畫出仿真電路圖并說明電路的工作原理。2.畫出程序設(shè)計流程圖。3.編寫和調(diào)試各模塊源程序。4.完成整個項目源程序的綜合調(diào)試。5分鐘倒計時器設(shè)計34任務(wù)一五分鐘倒計時器5分鐘倒計時器系統(tǒng)方框圖數(shù)碼管顯示電路單片機控制器鍵盤輸入電路晶體振蕩電路復(fù)位電路35任務(wù)一五分鐘倒計時器實驗板硬件電路任務(wù)一五分鐘倒計時器顯示電路：用6位共陰數(shù)碼管構(gòu)成，P0口接段碼，P2.0～P2.5接位碼。鍵盤輸入電路：用獨立式按鍵方式，S1作為秒表的啟動鍵。S2作為秒表的停止鍵。。37任務(wù)一五分鐘倒計時器（一）實現(xiàn)定時的方法:最方便的辦法是利用單片機內(nèi)部的定時器/計數(shù)器。結(jié)合了軟件定時精確和硬件定時電路獨立的特點。定時器/計數(shù)器基礎(chǔ)

軟件定時采用時基電路定時可編程定時器定時軟件延時不占用硬件資源，但占用了CPU時間，降低了CPU的利用率。例如延時程序。例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構(gòu)成硬件定時電路。但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟件進(jìn)行控制和修改，即不可編程，且定時時間容易漂移。定時器/計數(shù)器如何使用呢？任務(wù)一五分鐘倒計時器假如有一個水容器1000滴水剛好裝滿初始時已經(jīng)裝入500滴水問：還需滴入多少滴水才能將其裝滿？答：還需滴入500滴水才能將其裝滿，501滴溢出。答：還需500秒時間才能將其裝滿，501秒溢出。問：如果每秒滴入1滴水，還需多長時間才能將其裝滿？這就是“計數(shù)”這就是“定時”這就是“計數(shù)初值”（二）定時計數(shù)的概念----一個定時/計數(shù)的形象實例39任務(wù)一五分鐘倒計時器40（三）定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

定時器/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時器/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。T1計數(shù)器T0計數(shù)器控制單元1.定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)

任務(wù)一五分鐘倒計時器412.定時器/計數(shù)器的工作原理用作計數(shù)器：此時設(shè)置為計數(shù)器模式，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。每來一個外部脈沖，計數(shù)器加1。但單片機對外部脈沖有基本要求：脈沖的高低電平持續(xù)時間都必須大于1個機器周期。定時與計數(shù)都是利用計數(shù)實現(xiàn)??！用作定時器：此時設(shè)置為定時器模式，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t。定時應(yīng)用計數(shù)運用任務(wù)一五分鐘倒計時器00方式013位計數(shù)器01方式116位計數(shù)器10方式2可自動重新裝載初值的8位計數(shù)器11方式3T0分為2個8位計數(shù)器，T1停止計數(shù)M1M0操作方式功能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0控制T1控制T0定時/計數(shù)器（T0、T1）由TMOD中M1M0決定工作方式3.單片機定時/計數(shù)器工作方式42任務(wù)一五分鐘倒計時器

二組M1、M0分別控制T0、T1的工作方式（二位組合對應(yīng)方式0、方式1、方式2、方式3。INT1INT0引腳輸入電平的控制。GATE：門控位。設(shè)定T1、T0運行時是否受GATE=0不受外部中斷控制1受外部中斷控制C/T=0為定時功能1為計數(shù)功能T0、T1定時/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD4.定時/計數(shù)器控制寄存器TMOD43GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0控制T1控制T0任務(wù)一五分鐘倒計時器44計數(shù)器工作方式選擇M1 M0工作方式功能說明00方式013位計數(shù)器01方式116位計數(shù)器10方式2自動重裝8位計數(shù)器11方式3定時器0：分成兩個8位定時器1：停止計數(shù)建議不采用該工作方式！在精確定時采用該工作方式！任務(wù)一五分鐘倒計時器

當(dāng)T溢出時，由硬件自動使TF置1，并向CPU申請中斷，CPU響應(yīng)中斷后，自動對TF清零；也可查詢處理，用軟件對TF清零或置位。LSBMSBTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0T1、T0

啟/?？刂莆籘1、T0

溢出標(biāo)志位與外部中斷INT1、INT0有關(guān)在中斷系統(tǒng)中介紹“0”停止“1”啟動“1”有溢出“0”無溢出可編程可控制工作記錄有無溢出5.T0、T1定時/計數(shù)器控制寄存器TCON45任務(wù)一五分鐘倒計時器T1（P3.5）GATETR1INT1震蕩器÷12TL15位TH18位TF1中斷KC/T=0C/T=1控制定時/計數(shù)器方式0邏輯圖111“+1”中斷13位的定時計數(shù)器，由TH的8位和TL的低5位組成TL4～0（以T1為例T0原理相同）。13位計數(shù)器TF1“+1”“+1”(1)方式0M1M0=00工作原理46任務(wù)一五分鐘倒計時器16位的定時計數(shù)器，由TH1的8位和TL1的8位組成T1（P3.5）GATETR1INT1震蕩器÷12TL18位TH18位TF1中斷KC/T=0C/T=1控制

定時/計數(shù)器方式1邏輯圖16位計數(shù)器“+1”1中斷（以T1為例，T0原理相同）TF1“+1”“+1”(2)方式1M1M0=01工作原理47任務(wù)一五分鐘倒計時器可自動重裝載的8位計數(shù)器TH1（TH0）被定義為賦值寄存器TL1（TL0）被定義為計數(shù)器定時/計數(shù)器方式2邏輯圖T1(P3.5)

GATETR1INT1震蕩器÷12TL18位TF1中斷KC/T=0C/T=1控制TH18位重裝載重裝載1“+1”以T1為例：中斷TL18位TF1“+1”“+1”⑶方式2M1M0=1048任務(wù)一五分鐘倒計時器僅僅T0能工作在方式3，將16位計數(shù)器T0分為兩個獨立的8位計數(shù)器TH0、TL0。TL0占用T0的控制位：C/T、GATE、TR0、INT0、TF0，TL0功能和操作與T0在方式0、1、2時相同，可工作在定時方式或計數(shù)方式。TH0只能工作在定時方式，占用T1的控制位TR1、TF1，并控制T1的中斷。當(dāng)T0工作在方式3時，T1只能工作在方式0～2，且不能產(chǎn)生中斷請求，此時，T1僅能控制C/T位切換計數(shù)或定時工作方式，計數(shù)器溢出輸出一般送往串行口，充當(dāng)波特率發(fā)生器。(4)方式349任務(wù)一五分鐘倒計時器51