方波发生器说明书.docx
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方波发生器说明书
燕山大学
课程设计说明书
题目：
方波发生器
学院：
电气工程学院
年级专业：
10级检测2班
学号：
学生姓名：
指导教师：
孟宗
教师职称：
教授
燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：
电气工程学院基层教学单位：
仪器科学与工程系
学号
学生姓名
专业（班级）
10检测2班
设计题目
方波发生器
设
计
技
术
参
数
设计一个以单片机为核心的方波发生器，通过键盘可以改变方波的占空比和频率，并显示波形的频率。
设
计
要
求
设计键盘输入电路、波形的输出电路、显示电路（4位数码管）；编制相应的程序。
工
作
量
设计的内容满足课程设计的教学目的与要求，设计题目的难度和工作量适合学生的知识和能力状况，工作量饱满。
工
作
计
划
查阅资料进行设计准备、设计硬件电路、编制程序，编制程序、验证设计、撰写任务书。
参
考
资
料
单片微型计算机接口技术及其应用张淑清国防工业出版社
单片机原理及应用技术张淑清国防工业出版社
单片机应用技术汇编
指导教师签字
基层教学单位主任签字
说明：
此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
目录
摘要························································2第一章设计要求及整体思路···································3
1.1设计要求·········································3
1.2设计思路·········································3
第2章相关原理介绍·········································4
2.1LED显示器及接口·································4
2.2键盘及接口······································6
2.38051定时器/计数器······························8
第3章设计说明············································10
第四章程序设计············································10
4.1程序流程········································10
4.2方波发生器汇编程序······························11
4.3结果显示········································20
第五章总结与体会··········································21
参考文献···················································22
摘要
作为微型计算机的一个重要分支，单片机自20世纪70年代问世以来在工业控制、机电一体化、家电等领域的应用越来越普遍。
社会对掌握单片机应用技术人才的需求越来越多，相应的单片机技术的开发应用也逐渐成为高等院校仪器仪表、数控、电气自动化以及机电一体化等专业学生必须掌握的技术之一。
单片机有两种基本结构形式:
一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。
另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。
本课题讨论的方波发生器的核心是前应用极为广泛的51系列单片机。
本设计是一个以80C51单片机为核心的方波发生器，通过对键盘输入电路、波形的输出电路、显示电路的设计已经程序的编程，实现通过键盘改变方波占空比和频率，并显示波形频率的功能。
关键字：
单片机80C51方波发生器键盘
第一章设计要求及整体思路
1.1设计要求
根据任务书要求，设计要求如下：
（1）设计一个以单片机为核心的方波发生器。
（2）通过键盘可以改变方波的占空比和频率。
（3）使用LED显示器显示波形的频率和占空比。
（4）用汇编语言设计键盘输入、波形的输出、显示（5位数码管），编制相应的程序。
1.2设计思路
基于MCS—51单片机8051芯片所设计的可以实现键位与数字动态显示的一种频率，占空比可调方波发生器。
设四位数码管显示频率范围为1HZ-9999HZ，可在键盘上自定义50HZ,100HZ,200HZ,300HZ等频率，占空比任意取20%，40%，50%，60%，80%等值，然后在这些范围内，通过对键盘特定按键的功能设定，达到使单片机通过对响应键盘的动态扫描，输出可调对应频率和占空比方波的目的，并使用单片机伟福2000仿真实验箱LED七段数码管显示。
根据程序设计要求，数码管显示频率以及占空比改变后当前的数值，方波发生器输出以数码管显示对应频率和占空比的方波。
根据实验室伟福2000仿真实验箱条件，键盘使用的是4*6键盘，使用其中的四个按键，分别设定功能频率+，频率-，占空比+，占空比-。
实验箱有6个LED数码管，使用其中3个显示频率，2个显示占空比。
按键每按下一次，当前频率或占空比转向下一选定的频率或占空比值。
数码管显示当前所调换到的频率及占空比，并把该数值当做方波发生器的输入频率及输入占空比。
单片机控制该方波发生器以该数值作为频率和占空比显示方波，从而得到我们想要频率及占空比的方波。
最后，可采用示波器观察方波波形，也可通过连接发光二极管，观察其频闪和亮度，大致估算。
第二章相关原理介绍
2.1LED显示器及接口
一、LED显示器的结构及显示码
共阴极连接：
把七个发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极,使用时公共阴极接地。
每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端连接,阳极端输入高电平时,发光二极管点亮,输入低电平时则不亮。
连接方法如图1b。
共阳极接法：
把七个发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极,使用时阳极接+5V电源,每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端连接,阴极输入低电平时,发光二极管点亮,输入高电平则不亮。
连接方法如图1c。
a外形图b共阴极c共阳极
图1七段LED显示器结构及外形
为了显示字符,要为LED显示器提供显示段码,组成一个“8”字形字符的七段,加上一个小数点位,共八段,所以提供给LED显示器的显示段码为1个字节,对应关系如表1。
共阴极LED数码管字型码如表2。
表2共阴极LED显示器字形码
字型
共阴极字形代码
字型
共阴极字形代码
字型
共阴极字形代码
0
3FH
6
7DH
C
39H
1
06H
7
07H
d
5EH
2
5BH
8
7FH
E
79H
3
4FH
9
6FH
F
71H
4
66H
A
77H
灭
00H
5
6DH
b
7CH
2、LED显示器控制方式
1.静态显示
当显示器显示某个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。
亮度大，硬件、软件相对简单，字符不闪烁，可以用并行或串行方式。
图2并行输出的静态显示
2.动态显示
用扫描的方法一位一位轮流点亮显示器的各位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次，在保证足够快的扫描速度下，利用人眼的视觉暂留效应可以看到整个动态显示，字符也不会闪烁。
分时使各数码管轮流点亮，硬件简单。
图3动态扫描式显示电路
2.2键盘及接口
一、独立式键盘
一个具有4个按键的独立式键盘，每一个按键的一端都接地，另一端接MEGA16的I/O口。
独立式键盘每一按键都需要一根I/O线，占用MEGA16的硬件资源较多。
因此独立式键盘只适合按键较少的场合。
键盘是一组按键或开关的集合，键盘接口向计算机提供被按键的代码。
特点：
使用方便、结构复杂、成本高。
图4独立式键盘接口
二、矩阵式键盘
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。
当键盘上没有键闭合时，所有的行线与列线断开，行线呈高电平。
当键盘上某一键闭合时，该键所对应的行线与列线短路。
图5矩阵式键盘接口
矩阵式键盘识别过程（以4*4键盘为例）：
1.先判断有无键按下，列线输出0000，然后输入行线状态，若没有键按下，则行线状态为全1（1111）；若有任一键按下，则行线状态不为全（1111）。
2.再确认哪个键被按下，列线逐行输出0（如1110），然后输入行线状态，若没有键按下，则行线状态为全1（1111）；若有任一键按下，则行线状态不为全为1（如0111，说明右上角那个键被按下）。
2.38051定时器/计数器
一、基本概念
计数：
计数是指对外部事件的个数进行计量。
其实质就是对外部输入脉冲的个数进行计量。
实现计数功能的器件称为计数器。
定时：
8051单片机中的定时器和计数器是一个部件，只不过计数器记录的是外界发生的事件，而定时器则是由单片机内部提供一个非常稳定的计数源进行定时的。
这个计数源是由单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲源。
所以定时器计数脉冲的时间间隔与晶振有关。
图6定时器/计数器的结构
2、工作方式控制寄存器TMOD
TMOD用于控制定时器/计数器的工作模式及工作方式，其字节地址为89H，格式如下。
其中，低4位用于决定T0的工作方式，高4位用于决定T1的工作方式。
表3TMOD格式
三、定时器/计数器的控制寄存器TCON
设定好了定时器/计数器的工作方式后，它还不能进入工作状态，必须通过设置控制寄存器TCON中的某些位来启动它工。
要使定时器/计数器停止运行，也必须通过设置TCON中的某些位来实现。
当定时器/计数器计满溢出，或有外部中断请求时，TCON能标明溢出和中断情况。
下面介绍控制寄存器TCON每位的含义：
表4TCON格式
4、确定时时/计数器初值
因为在不同工作方式下计数器位数不同，因而最大计数值也不同。
现假设最大计数值为M，那么各方式下的最大值M值如下：
方式0：
M=213=8192
方式1：
M=216=65536
方式2：
M=28=256
方式3：
定时器0分成两个8位计数器，所以两个M均为256。
因为定时器/计数器是作“加1”计数，并在计数满溢出时产生中断，因此初值可以这样计算：
X=2n-fosc/12×T
假设晶振频率为12MHZ，则最大定时时间为
方式0:
TMAX=213×1us=8.192ms
方式1:
TMAX=216×1us=65.536ms
方式2和方式3：
TMAX=28×1us=0.256ms
第3章设计说明
设计频率可调范围是50HZ,100HZ,200HZ,250HZ,300HZ,对应占空比可调范围是20%，40%，50%，60%,80%。
本设计采用的是矩阵式键盘，通过定义四个功能键，实现对占空比和频率的调整。
由于要求用5位LED显示器显示占空比和频率，为节省CPU空间，采用动态扫描方式。
在按键释放后，显示器显示对应的频率和占空比。
其中数码管从左边起，前三位显示频率，后两位显示占空比。
对应功能键：
A占空比等级+
B占空比等级-
C频率等级+
D频率等级-
对应频率显示码：
3FH,6DH,3FH；050HZ
06H,3FH,3FH；100HZ
5BH,3FH,3FH；200HZ
5BH,6DH,3FH；250HZ
66H,3FH,3FH；300HZ
对应占空比显示码：
5BH,3FH；20%
66H,3FH；40%
6DH,3FH；50%
7DH,3FH；60%
7FH,3FH；80%
第4章程序设计
4.1程序流程
初始化后单片机产生初值，将初值以动态扫描的方式显示于八段数码管，同时还对键盘进行实时扫描。
在扫描后，单片机读取键值，并将键值通过数码管模块显示出来，方波发生器输出该频率，占空比的方波。
图7程序流程图
4.2方波发生器汇编语言程序
FREQUENCYEQU30H；定义频率等级缓冲区
TH0_HIGHEQU32H；定义高电平计数缓冲区,给定时器TH0赋值
TL0_HIGHEQU33H；定义高电平计数缓冲区,给定时器TL0赋值
TH0_LOWEQU34H；定义低电平计数缓冲区,给定时器TH0赋值
TL0_LOWEQU35H；定义低电平计数缓冲区,给定时器TL0赋值
DUTYEQU31H；定义占空比等级缓冲区
FLAGEQU36H；定义高电平低电平转换标志
OFFSETEQU37H；定义用来存储偏移量
ORG0000H；定义程序的初始地址
LJMPINIT
ORG000BH
LJMPTIMER0
ORG0070H
DUTYMAP：
DB5BH,66H,6DH,7DH,7FH；数码管上显示的占空比数字20%40%50%60%80%
FRENQMAP：
；频率转换表格
DB3FH,6DH,3FH；50HZ
DB06H,3FH,3FH；100HZ
DB5BH,3FH,3FH；200HZ
DB5BH,6DH,3FH；250HZ
DB66H,3FH,3FH；300HZ
DELAY：
；延时子程序
MOVR7,#00H
DELAYLOOP：
DJNZR7,DELAYLOOP
DJNZR6,DELAYLOOP
RET
INIT：
MOVSP,#40H；更改堆栈指针，避免堆栈与工作寄存器区发生冲突
MOVTMOD,#01H；定时器0方式1
MOVTH0_HIGH,#0F0H
MOVTL0_HIGH,#070H
MOVTH0_LOW,0C2H
MOVTL0_LOW,080H
MOVTH0,#TH0_LOW；先输出低电平定时器初值
MOVTL0,#TL0_LOW
MOVFREQUENCY,#00H；频率初值为50HZ
MOVDUTY,#00H；占空比初值为20%
SETBEA；允许中断开放
SETBET0；定时器T0溢出中断允许
SETBTR0
MAIN：
CALLDISPLAYLED；显示
CALLTESTKEY；是否有键键入
JZMAIN；无键键入,继续显示
CALLGETKEY；有键键入，读入键码
CALLKEYFUNC；有键键入，调用相应的功能
CALLCHANGESTATE；根据占空比等级，频率等级的改LJMPMAIN变转变状态
OUTBITEQU08002H；位控制口
OUTSEGEQU08004H；段控制口
INEQU08001H；键盘读入口
LEDBUFEQU60H；显示缓冲区
DISPLAYLED：
；LED显示子程序
MOVR0,#LEDBUF；显示缓存区
MOVR1,#06H；共6个八段管
MOVR2,#20H；从左边开始显示
DISPIAYLOOP：
MOVDPTR,#OUTBIT；位控制口
MOVA,#00H
MOVX@DPTR,A；关所有八段管
MOVA,@R0
MOVDPTR,#OUTSEG；段控制口
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#OUTBIT
MOVA,R2
MOVX@DPTR,A；显示一位八段管
MOVR6,#01H；延时1ms
CALLDELAY
MOVA,R2；显示下一位
RRA
MOVR2,A
INCR0
DJNZR1,DISPIAYLOOP
RET
TESTKEY：
；键盘是否有键按下
MOVDPTR,#OUTBIT
MOVA,#00H
MOVX@DPTR,A；输出线（列线）置为0
MOVDPTR,#IN；输入线（行线）
MOVXA,@DPTR；读入键状态
CPLA
ANLA,#0FH；高四位不用，四根行线
RET
KEYTABLE：
；键码定义
DB16H,15H,14H,0FFH
DB13H,12H,11H,10H
DB0DH,0CH,0BH,0AH；0AH定义占空比等级+，对应键盘A
DB0EH,0CH,0BH,09H；0BH定义占空比等级-，对应键盘B
DB0FH,02H,05H,08H；0CH定义频率等级+，对应键盘C
DB00H,01H,04H,07H；0DH定义频率等级-，对应键盘D
GETKEY：
；有键按下读取键值
MOVDPTR,#OUTBIT
MOVP2,DPH；定义输出线地址
MOVR0,#LOW（IN）
MOVR1,#20H；从最左边的列线开始扫描
MOVR2,#06H；共六根列线，扫描6次
KEYLOOP：
；判断行线电平
MOVA,R1
CPLA
MOVX@DPTR,A；给Y0低电平
CPLA
RRA
MOVR1,A；为扫描Y1准备
MOVXA,@R0；开始行扫
CPLA
ANLA,#0FH；判断行线电平
JNZGETKEYNUM；行线有高电平，有键按下
DJNZR2,KEYLOOP；没有，则开始扫描下一列
MOVR2,#0FFH；没有键按下,返回0FFH
SJMPEXIT
GETKEYNUM：
MOVR1,A；键值=列X4+行
MOVA,R2
DECA
RLA
RLA
MOVR2,A；R2=（R2-1）*4
MOVA,R1；R1中为读入的行值
MOVR1,#04H
GETKEYNUMLOOP：
RRCA；移位找出所在行
JCEXIT
INCR2；R2=R2+行值
DJNZR1,GETKEYNUMLOOP
EXIT：
；查表找键码
MOVA,R2
MOVDPTR,#KEYTABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVR2,A；取出键码保存在R2中
WAITRELEASE：
；等待按键释放
MOVDPTR,#OUTBIT
CLRA；清零
MOVX@DPTR,A
MOVR6,#06H；调用延时，延时6ms
CALLDELAY
CALLTESTKEY
JNZWAITRELEASE
MOVA,R2
RET
KEYFUNC：
MOVB,A；保存返回的键值
ANLA,#0FH；屏蔽掉高四位
CLRCY
SUBBA,#0AH；求出偏移量给A
ANLA,#03H；屏蔽掉其他键的干扰
MOVDPTR,#KEYFUNC；转移指令表的基地址送数据指针DPTR
JMP@A+DPTR；散转指令
KEYFUNC：
AJMPKey1；A键占空比调高
AJMPKey2；B键占空比调低
AJMPKey3；C键频率调高
AJMPKey4；D键频率调低
Key1：
；定义A键功能
MOVA,DUTY
XRLA,#04H；占空比等级是否到最大
JZKEY1_1
INCDUTY；占空比等级+1
JMPKeyEnd
Key1_1：
MOVDUTY,#04H；占空比等级为4，不能再提高
JMPKeyEnd
Key2：
MOVA,DUTY
XRLA,#00H；占空比等级是否到最小
JZKEY2_1
DECDUTY；占空比等级-1
JMPKeyEnd
Key2_1：
MOVDUTY,#00H
JMPKeyEnd
Key3：
MOVA,FREQUENCY
XRLA,#04H；频率等级是否到最大
JZKEY3_1
INCFREQUENCY；频率等级+1
JMPKeyEnd
KEY3_1：
MOVFREQUENCY,#04H；频率等级为4，不能再提高
JMPKeyEnd
Key4：
MOVA,FREQUENCY
XRLA,#00H；频率等级是否到最小
JZKEY4_1
DECFREQUENCY；频率等级-1
JMPKeyEnd
KEY4_1：
MOVFREQUENCY,#00H
JMPKeyEnd
KeyEnd：
RET
CHANGESTATE：
MOVA,#FREQUENCY
MOVB,03H；三个数码管显示频率
MULAB；将频率等级乘上3的偏移量
MOVDPTR,#FRENQMAP
MOVCA,@A+DPTR；查找各频率等级对应的显示码
MOVLEDBuf+4,A；显示最高位
INCDPTR
MOVCA,@A+DPTR；次一位显示码
MOVLEDBuf+3,A
MOVLEDBuf+2,#3FH；最低位均显示为0
MOVA,#DUTY；查找各占空比等级对应显示码
MOVDPTR,#DUTYMAP
MOVCA,@A+DPTR；查找最高位显示码
MOVLEDBuf+1,A；两位显示占空比
MOVLEDBuf+0,#3FH；最低为显示为0
DUTYCHANGE：
；查找对应频率值的占空比所设定时初值
CLRTR0；禁止T0计时
MOVA,#FREQUENCY
MOVB,14H
MULAB；将频率等级乘上20的偏移量
MOVOFFSET,A；将得到的频率的偏移量保存
MOVA,#DUTY
MOVB,04H
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