单片机方波脉冲计数控制设计方案

单片机方波脉冲计数控制

设计方案

一、设计题目

用8031单片机控制可测方波1~100Hz，并显示每分钟计数的脉冲。

二、设计容与要求

设计方波脉冲控制显示系统，用51单片机控制输出方波输出，频率围为1~100Hz，并用数码管显示每分钟计数的脉冲数和当前频率，用两个按键分别控制频率的增减，同时用一个复位键，可以快速回到起始状态。

三、设计目的和意义

1、通过方波脉冲控制系统的设计，将单片机原理课上所学的知识融会贯通、加深理解。培养独立设计、制作和调试单片机应用系统的能力，熟悉单片机应用系统的软硬件调试方法和系统的设计开发过程，为今后的工作实践活动夯实基础。

2、通过方波脉冲计数控制系统的设计，掌握51系列单片机的部定时/计数器的功能和使用方法；掌握单片机外部中断的应用和程序的编程方法；掌握数码管的使用和编程方法。通过设计方案分析、选择和设计，设计并搭制硬件电路，编写控制程序等一系列工作，掌握单片机应用的基本方法，更重要的是学会一种科学的解决问题的逻辑思维，和完成任务的方法。

3、培养一个解决困难问题的积极心态，为今后在工作上奠定坚实的基础。

四、设计任务分析

设计题目要求用单片机控制可测方波脉冲1~100Hz，并显示每分钟计数的脉冲数。由要求可知道，任务包括方波的产生和方波脉冲数的显示两个部分。方波由单片机部定时器来产生，通过改变其定时初值来改变方波的频率，在硬件电路中可利用按键来控制频率的增减。方波的波形利用示波器来观察。

由此，可有几个方案来实现题目的要求。

方案一：51单片机最小系统，外接上一个数码管显示电路用以显示每分钟的脉冲数。数码管的断码选择端直接与单片机的P0口连接，位码选择端与P2口连接。利用改变定时初值的方式来改变方波频率。这个方案的优点是硬件电路简单，节省元器件，程序编写容易。但是缺点也明显，只用一个数码管，无法显示当前的脉冲频率，而且无法用硬件实现频率的+1，-1的变化。虽然实现了题目的基本功能，但是功能简单有限，也就达不到课程设计的目的了。以下是方案一的电路图：

图1 方案一原理图

方案二：51单片机最小系统，加上两个数码管显示电路，分别显示脉冲数和频率。此外，每个数码管用74HC573数据锁存器来驱动，增加两个按键用来控制频率的增减。这个方案的优点是能利用数码管显示当前的频率和脉冲数，并且能用按键控制频率的大小。数码管利用数据锁存器驱动，驱动能力更强，还可以支持I/O口扩展。缺点是，数码管电路布线比较困难，跳线多。

综合分析以后，我们决定用方案二，虽然方案二难度相比方案一而言难度加大了，但是功能实现得很彻底。当然，面对PCB布局布线的困难，我们只能采用双面板的形式。我们也相信，这个对我们而言将更具挑战性。下面就对方案二进行详细分析。

五、系统硬件电路

硬件电路主要包括51单片机最小系统（晶振电路和复位电路）、数码管显示电路。原理图如下。

图1 51单片机最小系统原理图

图2 51单片机最小系统PCB图

图3 数码管显示电路原理图

图4 数码管显示电路PCB图

图5 元器件清单

5.1 电路原理图绘制

5.1.1 电路图绘制要点

绘制电路原理图要熟悉运用绘制软件（Protel 99 SE或者Altium Designer软件），绘制的最终目的是得到美观、清晰的图。因而在绘制前根据需要，对绘图环境参数设计；绘制时正确元件载入（特别是元器件的封装形式一定要选着正确）与编辑；元件载入后正确连线，调整得到美观的原理图

电路图绘制注意事项：

1、元器件之间连线用Wire命令而不是用Line命令，虽然从表面上看，两者都是直线，只是颜色稍有些不同，但用Wire命令放置的导线是具有电气特性的，而用Line命令放置的直线是不具有电气意义的，两者具有根本区别的。

2、注意理解说明文字（Annotation）和网络标号（Net Label）的区别：说明文字是没有电气特性的，只是纯粹的文字解释，而网络标号是有电气特性的，它可以把电路图具有相同网络标号的电气连线是连在一起的，即在两个以上没有相互连接的网络中，把应该连接在一起的电气连接点定义成相同的网络标号，可以使它们在电气含义上属于真正的同一网络。

3、导线的端点与元件引脚的端点相连，而不是把导线和元件的引脚重叠，最常见的错误是当导线与元件引脚重叠时，这时软件会自动在元件引脚的端点加一节点，这时再把节点删除掉，认为就这样就正确了，实际上如果只是为了得到一原理图，这样做并没有什么不妥，但却不能得到正确的网络表。

4、导线与导线之间不要有重叠。

5、不要在同一地方放两个以上相同的元件（如两个电源地符号重叠在一起）。

6、在放置电源地符号时，电源地符号的显示类型（Style）为Power Ground，这时Power Port的属性对话框中网络标号（Net）的容默认是不显示的，因此有些初学者在放置电源地符号时，没有留意网络标号的容，致使有网络标号（Net）的容网络标号为“GND”，有些网络标号的容却为“VCC”，如果纯粹只为得到一原理图，这样做是没有问题的，但是若利用自动布线来设计PCB板时，却会造成电源和地短路，从而使整块PCB板报废。正确的做法是在放置电源地符号符号，把Power Port的属性对话框中网络标号（Net）的容全部设置为GND。

7、在绘制电路原理图时，通常总线、总线分支线和网络标号是一起存在的，要注意总线和总线分支线不具有电气特性的，而网络标号是具有电气特性的，因此在放置总线时不能用加粗了的导线来替代，也不能用导线来替代总线分支线，总线分支线和元件引脚之间不能直接连在一起，而应通过导线接在一起，网络标号应放在导线上，不能放在元件引脚上，不能用说明文字（Annotation）来替代网络标号（Net Label）。

8、元器件封必需要有合适的封装方式。没封装会影响后面生产PCB原理图。封装形式