基于單片機方波發(fā)生器課程設計報告

1、<p>　　單 片 機 課 程 設 計 </p><p>　　題 目 ____________________</p><p>　　姓 名 ____________________</p><p>　　學 院 ____________________</p><p>　　專 業(yè) ___________

2、_________</p><p>　　學 號 ____________________</p><p>　　指導教師 ____________________</p><p>　　成 績 ____________________</p><p>　　二〇一二年五月二十二日制</p><p><

3、;b>　　摘 要</b></p><p>　　本課程設計設計的是一種AT89C51單片機構成的波形發(fā)生器，可產生方波、三角波、正弦波、鋸齒波等多種波形，波形的周期可用程序改變，并可根據需要選擇單極性輸出或雙極性輸出，具有線路簡單、結構緊湊、性能優(yōu)越等特點。文章給出了源代碼，通過仿真測試，其性能指標達到了設計要求。</p><p>　　關鍵詞：單片機；DAC；信號發(fā)生器&

4、lt;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 系統功能要求：2</p><p>　　1.1、設計內容2</p><p><b>　　1.2設計原理2</b></p><p>　　第二章 方波發(fā)生器設計方案論證3</p>&l

5、t;p>　　2.1 方案的設計與選擇 3</p><p>　　第三章 系統的硬件電路的設計4</p><p>　　3.1系統硬件原理4</p><p>　　3.2芯片端口資源分配表4</p><p>　　第四章 軟件設計5</p><p><b>　　4.1 主程序5</b&g

6、t;</p><p>　　4.2系統初始化子程序5</p><p>　　4.3鍵盤中斷子程序5</p><p>　　4.4 定時器中斷子程序6</p><p>　　第五章、 系統調試7</p><p>　　第六章、 結果分析9</p><p><b>　　參考文獻10<

7、;/b></p><p><b>　　附件 111</b></p><p>　　附錄2 基于單片機方波發(fā)生器的器件清單16</p><p>　　第一章 系統功能要求：</p><p>　　用單片機產生頻率可調的方波信號。輸出方波的頻率范圍為1Hz-200Hz，頻率誤差比小于0.5%。要求用4 個按鈕改

8、變方波給定頻率，按鈕每按下一次，給定頻率改變一次。用示波器觀察方波波形。</p><p><b>　　1.1、設計內容</b></p><p>　　本課程設計是設計一個方波發(fā)生器，用4個按鈕控制方波的頻率以及占空比。</p><p><b>　　1.2設計原理 </b></p><p>　　AT89

9、C51單片機具有組成微型計算機的各部分部件：CPU、RAM、I/O定時器/計數器以及串行通訊接口等。只要將AT89C51的ROM，接口電路，再配置鍵盤及其接口，顯示器及其接口，數模轉換及波形輸出，指示燈及其接口等四部分，即可構成所需波形發(fā)生器。其信號發(fā)生器構成原理框圖如圖1所示。 </p><p>　　圖1 – 方波信號發(fā)生器設計原理框圖 </p><p>　　在信號發(fā)生器中，只用到片內中

10、斷請求，即是在AT89C51輸出一個波形采樣點信號后，接著啟動定時器，在定時器未產生中斷之前，AT89C51等待，直到定時器計時結束，產生中斷請求，AT89C51響應中斷，接著輸出下一個信號波形，如此循環(huán)。當有按鍵按下時，產生外部中斷請求信號，CPU暫停當前工作，處理中斷請求，重新裝入定時初值，開始定時。 </p><p>　　第二章 方波發(fā)生器設計方案論證</p><p>　　在電子技

11、術領域中，實現方波發(fā)生器的方法有很多種，可以采用不同的原理及器件構成不同的電路，但可以實現相同的功能。</p><p>　　2.1 方案的設計與選擇 實現方波發(fā)生器的方法很多， 但主要有三個方案： 采用單片函數發(fā)生器 8038， 采用鎖相式頻率合成器，采用單片機編程。</p><p>　　通過對比， 決定采用單片機編程的方法來實現。 該方法可以通過編程的方法來控制信號波形的頻

12、率和幅度， 而且在硬件電路不變的情況下， 通過改編程序來實現頻率的變換。此外，由于通過編程方法產生的是數字信號，所以信號的精度可以做得很高。 </p><p>　　本設計用到一個AT89C51微處理器，4個按鍵，一個四與門。AT89C51用到兩個定時器，定時器0和定時器1。其中定時器0工作在定時方式1下，決定方波頻率；定時器1工作在定時方式1下，用來設定占空比。按鍵1與2控制方波信號頻率。按下按鍵1或2時，

13、進行頻率的調節(jié)，占空比不變。1鍵按下時，頻率增加100Hz，若2鍵按下時，頻率增加10Hz。頻率最大值為500Hz，當頻率大于最大值時，重新賦值為50Hz。另外兩個按鍵控制方波信號占空比。當按鍵3和4按下時，進行占空比調節(jié)，頻率不變。3鍵按下時，占空比進行增加10%，4鍵按下時，占空比增加1%。占空比最大值為100%，當占空比大于100%時，重新賦值為0%。 </p><p>　　第三章 系統的硬件電路的設計&l

14、t;/p><p>　　3.1系統硬件原理 </p><p>　　系統硬件原理圖如圖2。本次設計中，采用內部時鐘方式。 AT89C51單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口分別連接四個按鍵，對輸出方波的頻率、占空比進行控制。P2.0口作為方波輸出口，可以通過示波器來觀察波形。四個鍵盤口連接一個四與門，與INT0口連接，將鍵盤中斷請求信號送入CPU。 </p><p&

15、gt;　　圖2 – 系統硬件原理圖 </p><p>　　3.2芯片端口資源分配表</p><p>　　表2 74LS21芯片端口資源分配表 </p><p>　　表3 AT89C51 芯片端口資源分配表 </p><p><b>　　第四章 軟件設計</b></p><p>　　方波發(fā)生器的軟

16、件設計包括主程序、延時子程序、系統初始化程序、鍵盤中斷子程序、定時器中斷子程序。 </p><p><b>　　4.1 主程序 </b></p><p>　　主程序包括系統初始化，和一個死循環(huán)系統。當有中斷請求信號產生時，跳出循環(huán)， 執(zhí)行中斷程序。流程圖如圖3 所示。 </p><p>　　圖3 – 主程序流程圖 </p><

17、;p>　　4.2系統初始化子程序 </p><p>　　在此程序中，給所有變量賦初值：鍵盤掃描口、初始頻率與占空比及定時、開中斷、定時器0與定時器1的工作方式等。初始化時啟動了定時器0和定時器1.其中初始頻率為50Hz，占空比為50%。鍵盤中斷處理子程序流程圖如圖4所示 </p><p>　　4.3鍵盤中斷子程序 </p><p>　　鍵盤用外中斷0實現。當有

18、鍵按下時，產生低電平送入INT0口，形成中斷請求信號，CUP轉去執(zhí)行鍵盤中斷子程序，進行頻率調節(jié)或占空比調節(jié)。 （1）頻率調節(jié) 按下按鍵1或2時，進行頻率的調節(jié)，占空比不變。1鍵按下時，頻率增加100Hz，若2鍵按下時，頻率增加10Hz。頻率最大值為500Hz，當頻率大于最大值時，重新賦值為50Hz。 （2）占空比調節(jié) 當按鍵3和4按下時，進行占空比調節(jié)，頻率不變。3鍵按下時，占空比進行增加10%，4鍵按下時，占空比增加1%。占空比最大

19、值為99%，當占空比大于99%時，重新賦值為1%。 </p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　

20、　圖 4 – 鍵盤中斷處理子程序流程圖</p><p>　　4.4 定時器中斷子程序 定時器中斷子程序中有定時器 0 與定時器 1 中斷， 頻率定時器 0 中斷流程圖與占空比定時器 1 流程圖分別如圖 5、圖 6 所示。①定時器 0 中斷執(zhí)行的操作有：復位，啟動自身進行頻率定時，同時啟動定時器 1，進行占空比定時，輸出高電平。②定時器 1 中斷，停止自身的計時，輸出低電平。</p>

21、<p>　　第五章、 系統調試 </p><p>　　在本次課程設計中， 使用 Proteus 軟件進行仿真調試。調試內容主要為軟硬件的協同，觀察波形輸出結果是否能夠與設計方案所設計的那樣達到要求。調試結果如下： 1) 在 Proteus 軟件中運行仿真，示波器窗口中出現方波波形，顯然波形頻率與占空比分別為 50Hz 和 50%，符合程序初始化的結果。</p><p>

22、　　圖 7 – Proteus 仿真 – 初始狀態(tài)</p><p>　　分別按下按鍵 1、 2 調節(jié)方波頻率?？梢钥吹椒讲úㄐ晤l率不斷增加，一快一慢，而占空比依然為 50%未變。</p><p>　　圖 8 – Proteus 仿真 – 調節(jié)方波頻率 </p><p>　　3) 重新在初始狀態(tài)下進行仿真。 分別按下按鍵 3、 4 調節(jié)方波占空比， 可以看到方波波形

23、的占空比發(fā)生變化，而頻率未變。</p><p>　　圖 9 – Proteus 仿真 – 調節(jié)方波占空比 </p><p><b>　　第六章、 結果分析</b></p><p>　　在本次設計中， 方波信號發(fā)生器的頻率和占空比都獨立可調。 輸出方波信號的占空比圍為 0%—100%，調節(jié)精度為 1%；頻率范圍為 50Hz—500Hz，調節(jié)精度為

24、 10Hz。頻率和占空比之間的調節(jié)彼此獨立。 進行頻率調節(jié)時， 每次可以增加 100Hz 或 10Hz， 超過 500Hz輸出為 50Hz 的方波；進行占空比調節(jié)時，每次可增加 1%或 10%， 超出 100%時輸出占空為 0%方波?？傮w看來，設計成果達到了設計要求。 輸出方波的波形穩(wěn)定，調節(jié)也較為簡單。</p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p&g

25、t;　　[1] 皮大能.南光群.劉金華.單片機課程設計指導書.北京理工大學出版社，2010.7.</p><p>　　[2] 李光飛.樓然苗.胡佳文.謝象佐.單片機課程設計實例指導.北京航空航天大學出版社，2004.9.</p><p>　　[3] 求是科技.單片機典型模塊設計實例導航.人民郵局出版社.2004.5.</p><p>　　[4] 童詩白.模擬電路技術

26、基礎[M].北京：高等教育出版社，2000.5.</p><p>　　[5] 方大千.鮑俏偉.實用電子控制電路.國防工業(yè)出版社，2003.4. </p><p>　　[6] 李朝青.單片機原理及接口技術.北京航空航天大學出版社.2011.6</p><p><b>　　附件 1</b></p><p>　　基于單片機方

27、波發(fā)生器的程序清單：</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　float fosc=12000000; //系統時鐘頻率</p>&l

28、t;p>　　sbit KEY1=P1^0; //控制頻率百位；</p><p>　　sbit KEY2=P1^1; //控制頻率十位；</p><p>　　sbit KEY3=P1^2; //控制占空比十位；</p><p>　　sbit KEY4=P1^3; //控制占空比個位；</p><p>　　sbit OUTPUT=P2^0;

29、 //方波輸出端口;</p><p>　　uchar zkb;</p><p>　　uint freq;</p><p>　　uchar TIMER0_L,TIMER0_H,TIMER1_L,TIMER1_H; //定</p><p>　　/****************************</p><p>&l

30、t;b>　　延時子程序</b></p><p>　　****************************/</p><p>　　void delay(uchar n) //延時</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b><

31、/p><p>　　while(n--)</p><p>　　{for(i=255;i>0;i--)</p><p><b>　　{}</b></p><p><b>　　}}</b></p><p>　　/*******************</p><

32、;p><b>　　系統初始化</b></p><p>　　*******************/</p><p>　　void chushihua(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P1=0x0f;</b></p>

33、;<p><b>　　freq=50;</b></p><p><b>　　zkb=50;</b></p><p>　　TIMER0_L=0xe0;</p><p>　　TIMER0_H=0xb1;</p><p>　　TIMER1_L=0xf0;</p><p&g

34、t;　　TIMER1_H=0xd8;</p><p>　　TL0=0xe0; //初始頻率 50Hz 定時 20ms</p><p><b>　　TH0=0xb1;</b></p><p>　　TL1=0xf0; //初始占空比 50%定時 10ms</p><p><b>　　TH1=0xd8;</b&

35、gt;</p><p>　　TMOD=0x11; //定時器 1 和定時器 0 工作在方式 1</p><p>　　IT0=1; //選擇 INT0 為下降沿觸發(fā)方式</p><p>　　EX0=1; //外部中斷 0 允許</p><p>　　ET0=1; //定時器 1 和定時器 0 中斷允許</p><p>&l

36、t;b>　　ET1=1;</b></p><p>　　EA=1; //系統中斷允許</p><p>　　TR0=1; //定時器 1 和定時器 0 開始定時</p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p&

37、gt;　　/*********************</p><p><b>　　主函數</b></p><p>　　*********************/</p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　

38、　chushihua(); //系統初始化</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ }</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/************************</p>&

39、lt;p><b>　　定時器中斷子程序</b></p><p>　　************************/</p><p>　　void Timer0_freq() interrupt 1 //頻率定時器 0 中斷</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TR1

40、=1; //啟動定時器 1，占空比定時</p><p>　　TL0=TIMER0_L;</p><p>　　TH0=TIMER0_H;</p><p>　　OUTPUT=1; //輸出高電平</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Timer1_zkb() inter

41、rupt 3 //占空比定時器 1 中斷</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TR1=0; //定時器 1 停止</p><p>　　TL1=TIMER1_L;</p><p>　　TH1=TIMER1_H;</p><p>　　OUTPUT=0; //輸出低電平</

42、p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***********************</p><p><b>　　鍵盤掃描子程序</b></p><p>　　***********************/</p><p>　　void keyscan() i

43、nterrupt 0 using 1 //外部中斷 0</p><p>　　{float TF0,TZ1;</p><p>　　EX0=0; //關中斷</p><p>　　delay(10); //延時消抖</p><p>　　if(P1!=0x0f) //判斷是否有鍵按下</p><p><b>　　{&

44、lt;/b></p><p>　　if(KEY1==0) freq+=100; //按鍵為 1 號，頻率加 100</p><p>　　if(KEY2==0) freq+=10; //按鍵為 2 號，頻率加 10</p><p>　　if(freq>500) freq=50; //頻率大于 500Hz，重新賦值為 5</p><p&g

45、t;　　if(KEY3==0) zkb+=10; //按鍵為 3 號，占空比加 10</p><p>　　if(KEY4==0) zkb++; //按鍵為 4 號，占空比加 1</p><p>　　if(zkb>100) zkb=1; //占空比大于 100，重新賦值為</p><p>　　TF0=(65536-fosc/(12.0*freq));//頻率定時

46、初值</p><p>　　TZ1=(65536-(fosc*zkb)/(12.0*100*freq)); //占空比定時</p><p>　　TIMER0_H=(uint)TF0/256;</p><p>　　TIMER0_L=(uint)TF0%256;</p><p>　　TIMER1_H=(uint)TZ1/256;</p>

47、<p>　　TIMER1_L=(uint)TZ1%256;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　P1=0x0f; //給鍵盤掃描口賦初值</p><p>　　EX0=1; //開中斷</p><p>　　TR0=1; //定時器 1 和定時器 0 開始定時</p>&l

48、t;p><b>　　TR1=1;}</b></p><p>　　附錄2 基于單片機方波發(fā)生器的器件清單 </p><p>　　9*15萬能板..............................................1個</p><p>　　40P鎖緊座..................................

49、.............1個</p><p>　　40P晶振座子.............................................1個</p><p>　　自鎖開關................................................1個</p><p>　　按鍵..........................

50、..........................5個</p><p>　　25V10uf電解電容.........................................5個 </p><p>　　30pf瓷片電容............................................5個</p><p>　　3mmLED燈.......

51、.........................................15個</p><p>　　40P單排排針.............................................5個</p><p>　　40P單排排座............................................5個</p><p>　　

52、10K9腳排阻.............................................5個</p><p>　　方頭USB-B母...........................................2個</p><p>　　10k電阻................................................4個</p>

53、<p>　　AT89C52................................................1個 </p><p>　　74LS21.................................................1個</p><p>　　1uf電容........................................