微机综合设计说明书 可调方波发生器.docx
《微机综合设计说明书 可调方波发生器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机综合设计说明书 可调方波发生器.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
微机综合设计说明书可调方波发生器
桂林电子科技大学
微机综合设计
设
计
报
告
指导老师：
吴兆华
学生：
张成伟
学号：
0800150231
桂林电子科技大学机电工程学院
一、设计题目
可调方波发生器
二、设计内容与要求
用AT89C51单片机控制可设置方波脉宽2us~10ms,步进1us，改变变阻器R1的值，用分压接法取电阻器动触头电压输入到ADC0804VIN+，用while语句实现不停实现A/D转换，用计时器中断程序输出方波，通过读A/D数据子程序返回脉宽，达到可调脉宽的目的
三、设计目的意义
1、本次课程设计以AT89S51单片机为核心器件，以单片机最小系统为基础，外围电路与A/D转换器连接，构成脉宽可调的方波发生器。
该方波发生器能实现脉宽2us~10ms可调的方波输出。
其核心技术为单片机并行端口的应用、单片机定时器中断应用和数模转换器应用技术。
采用ADC0804构成脉宽调节电路控制模块，操作方便，通过电压转换间接改变脉宽，脉宽可以通过程序进行设定；设计过程中遇到的问题是输出方波的频率、怎样实现脉宽可调、脉宽输出误差，通过不断调试程序，合理编写中断服务程序来修正误差提高精确度，达到设计要求。
该方波发生器具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。
2、进一步熟悉和掌握单片机内部结构及工作原理，加深对单片机理论知识的理解，对中断系统、定时、计数器、A/D转换器与单片机连接、片选和启动控制外部扩张硬件连接的控制等有跟进一步理解。
3、培养团队协作能力，查找资料、解决问题的能力，学会使用KEIL和PROTEUS等软件，用C语言或汇编语言编写一个较完整的实用程序，并仿真运行，利用现有条件进行模拟仿真，通过实物绘制PCB，并用万用表等工具判断元器件极性。
四、系统硬件电路图
4.1可调方波发生器设计方案
在电子技术领域中，实现方波了生器的方法有很多，可以采用不同的原理及器件构成不同的路，但可以实现功能。
在本次的设计中，通过改变变阻器的阻值来完成模拟信号的变化。
由模数转换器ADC0804采集模拟模拟信号并将其转换成数字信号送到单片机。
单片机根据ADC0804传来的数字量和四个独立按键的微调信号来改变定时器定时时间，从而调节方波的脉冲宽度。
4.1.1方波发生的原理
方波可由间隔的高低电平相间而成，选用定时器/计数器T0作定时器,输出为P0,,因而只要每隔一定时间对P0.取反就可以得到方波，定时器初值设定可调整，脉宽可以控制定时器定时时间间接控制。
方波波形如图4.1所示:
图4.1方波波形如图
4.1.2可调方波发生器设计思路
微处理器模块AT89S51，模数转换模块，4个独立键盘模块，复位电路模块，晶振电路模块。
本设计中用到定时器为定时器T0,工作在方式1下。
键盘是通过键盘扫描程序与单片机共同来控制的。
通过调节变阻器和键盘操作共同来完成按要求对频率进行调节。
可调方波发生器的原理方框图如图1所示:
简单的流程为：
开始——>定时器启动——>启动A/D转换器子程序、调用读A/D转换器子程序——>判断是否有键按下——>将AD数字量与键盘信号换算为脉冲宽度——>执行定时器中断子程序——>脉宽输出
4.2可调方波发生器系统总电路原理图
图4.3可调方波发生器系统总电路原理图
4.3电路原理图各功能模块及其功能概述
4.3.1单片机最小系统
单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:
单片机、晶振电路、复位电路.具体电路如图4.3所示：
图4.4单片机最小系统电路图
4.3.1.1晶振电路
单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的，因而时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
常用的时钟电路方式有两种：
一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式，这里采用的是内部时钟方式，外接晶振。
时钟电路由片外晶体、微调电容和单片机的内部电路组成。
选取频率为12MHz和晶振，微调电容是瓷片电容。
图4.5晶振电路图
4.3.1.2复位电路
RST/VPD（9脚）复位信号时钟电路工作后，在引脚上出现两个机器周期的高电平，芯片内部进行初始复位，复位后片内存储器初始化，P1—P3口输出高电平，初始值07H写入堆栈指针SP、清0程序计数器PC和其余特殊功能寄存器，但始终不影响片内RAM状态，只要该引脚保持高电平，89C51将循环复位，RAT/VPD从高电平到低电平单片机将从0号单元开始执行程序，另外该引脚还具有复用功能，只要将VPD接+5V备用电源，一旦Vcc电位突然降低或断电，能保护片内RAM中的信息不丢失，恢复电后能正常工作。
图4.6复位电路电路图
AT89C81通常采用上电自动复位和开关手动复位，我们采用的是手动复位开关如图所示。
手动开关未按下之前，电容正极处于家电状态，当按键按下去后，VCC与GND导通，电容放电，从而实现放电。
图4.7手动复位开关电路图
4.3.2AD0804转换模块
图4.8AD转换模块电路图
图4.951单片机A/D接口图
其中CS片选与单片机PSEN相连，RD与单片机P2.7相连，WR与单片机P2.5相连，INTR与单片机P2.4相连。
，ADC0804数据输出线与AT89C51的数据总线直接相连。
通过对P2口位操作就能对A/D转换器进行启动、读数的操作。
4.3.3独立按键模块
图4.10按键接口电路图4.1151单片机按键接口
4.4原理图中所用元器件列表
元件名称
元件型号或大小
元件个数
单片机
AT89s51
1
电解电容
47uF电容
2
瓷片电容
30pf电容
4
晶振
12M晶振
2
按键
按键
2
电阻
10k
4
电阻
1k
5
铜板
铜板12cm*10cm
5
插座
40脚插座
1
插针
插针
1
4.5可调方波发生器系统设计所用软件
4.5.1Proteus仿真软件
●软件简介
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
●功能特点
Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：
multisim）的功能。
这些功能是：
1．原理布图2．PCB自动或人工布线3．SPICE电路仿真
其革命性的特点：
1．互动的电路仿真
用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
2．仿真处理器及其外围电路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。
在引脚上鼠标指针变成X状，单击，移动到目的引脚，再次单击。
●电路仿真的作用
PROTEUS是单片机课堂教学的先进助手。
PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。
前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。
由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台
仿真电路图如下：
图4.12仿真电路图
4.5.2Protel99se绘图软件
本次课程设计选用Protel99se作为电路绘图工具。
Protel99se是电子设计者的首选软件，虽然Protel软件的原厂商Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本AltiumDesigner6.0，但对于本次课程设计Protel99se已经足够使用。
Protel99SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。
通常，硬件电路设计师在设计电路时，都需要遵循一定的步骤。
要知道，严格按照步骤进行工作是设计出完美电路的必要前提。
●对一般的电路设计而言，其过程主要分为以下3步：
（1）设计电路原理图
在设计电路之初，必须先确定整个电路的功能及电气连接图。
用户可以使用Protel99提供的所有工具绘制一张满意的原理图，为后面的几个工作步骤提供可靠的依据和保证。
（2）生成网络表
要想将设计好的原理图转变成可以制作成电路板的PCB图，就必须通过网络表这一桥梁。
在设计完原理图之后，通过原理图内给出的元件电气连接关系可以生成一个网络表文件。
用户在PCB设计系统下引用该网络表，就可以此为依据绘制电路板。
（3）设计印刷电路板
在设计印刷电路板之前，需要先从网络表中获得电气连接以及封装形式，并通过这些封装形式及网络表内记载的元件电气连接特性，将元件的管脚用信号线连接起来，然后再使用手动或自动布线，完成PCB板的制作。
●电路原理图设计方法与步骤：
（1）设置原理图设计环境。
画原理图环境的设置主要包括图纸大小、捕捉栅格、电气栅格、模板设置等
（2）放置元件将电气和电子元件放到图纸上。
一般情况下元件的原理图符号在元件库中都可以找到，只需要将元件库中的元件从库中取出，放置在图上。
由于元件种类繁多，分别放在不同的元件库中，所以在使用过程之中，应该了解各个元件库中元件的类型（3）原理图布线。
（4）编辑与调整。
可以编辑的属性包括元件名、参数、封装图等。
调整元件和导线的位置等操作。
（5）检查原理图（6）生成网络表网络表就是元件名、元件封装、参数及元件之间的连接表，通过该表可以确认各个元件和它们之间的连接关系（7）打印输出
●印制电路板设计方法与步骤：
（1）启动Protel99SE，进入印制电路板设计环境
（2）参数设置。
主要设置元器件的布置参数、板层参数、布线参数等。
一般某些参数可用其默认值，参数设置是印制电路板设计中非常重要的步骤（3）调入网络表及添加元件封装。
网络表是指导印制电路板自动布线的规则，也是电路原理图设计系统与印制电路板设计系统的中间载体。
对于装入的每个元器件必须有正确的外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行（4）布置元件。
Protel99SE既可以
升级会员 