占空比可调方波发生器.docx

1、占空比可调方波发生器东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 课 程 单片机课程设计 题 目 占空比可调的方波发生器 院 系 电气信息工程学院测控系 专业班级 测控 学生姓名 学生学号 指导教师 2012年 3 月 19日东北石油大学课程设计任务书课程 单片机课程设计 题目 占空比可调的方波发生器 专业 测控技术与仪器 姓名 学号 一、任务 使用集成运算放大器、稳压二极管、二极管、电阻等器件设计方波函数发生器。二、设计要求1 根据技术要求和现有开发环境，分析课设题目。2 设计系统实现方案。3 频率可调，用一个变阻器来调整波形的频率，频率调节范围为20Hz2000Hz3 写出详细的设计报告。4 给

2、出全部电路和源程序三、参考资料1 何立民.MCS51单片机应用系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社,2003.2 徐君毅.单片微型机原理与应用M.上海：上海科技出版社,19953 公茂法.单片机人机接口实例集M.北京：航空航天大学出版社,1998.4 沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现M.北京：电子工业出版社, 2005.5 李广弟，朱月秀等.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社, 2003.完成期限 2012.3.19至2012.3.30 指导教师 专业负责人 2012年 3月 19 日第1章 绪论单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点

3、，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。 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目前应用极为广泛的 51系列单片机。1.1 设计内容本课程设计是设计一个方波发生器，用

4、4位数码管显示方波的频率。1.2 设计基本要求频率可调，用一个变阻器来调整波形的频率，频率调节范围为20Hz2000Hz；占空比可调，采用两个按键来实现增加、减小波形的占空比作用，占空比调节步长为1%，即每按键一次，占空比增加或减少1%。占空比用另外两位数码管显示。系统上电时频率依变阻器的阻值设定，占空比设定为50%。而我们在此设计的方波发生器与要求要设计的有点区别，所设计的频率调节范围为1Hz15000Hz，以调节变阻器的阻值来实现频率的调节相对来说要麻烦些。因此，频率也使用按键来进行调节，不同的频率及占空比可以使用不同的按键来实现，而以键盘扫描来实现各键的不同功能；显示部分可以使用ZLG7

5、290芯片及数码管来实现。由此即可构成一个最小单片机应用系统。第2 章 总体方案论证与设计在电子技术领域中，实现方波发生器的方法有很多种，可以采用不同的原理及器件构成不同的电路，但可以实现相同的功能。在此次设计中，有些地方与课题原本的具体要求有点不同。如实现频率调节时，不是按要求利用调整变阻器的阻值来完成的，而是用按键来实现的。2.1 方案论述微处理器模块AT89S52，频率与占空比信息显示模块，24矩阵键盘模块，74LS164移位寄存器显示驱动模块。本设计中用到两个定时器，定时器0和定时器1，其中定时器0工作在定时方式下，决定方波的频率；定时器1同样工作在定时方式下，用于设定占空比。用LED

6、显示器来显示频率与占空比，键盘的操作是通过外中断与单片机共同来控制的，键盘操作来完成按要求对频率与占空比进行调节。2.2 方波发生器的总体硬件组成框图第3章 系统硬件设计3.1 最小单片机系统单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的，有条不紊地进行工作。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11.0592MHz的晶振，微调电容是瓷片电容。89S52单片机的P0.7口作为波形输出口，若接示波

7、器，则可通过示波器来观察波形，是一个矩形波。此单元电路包括时钟电路、复位电路，具体电路如图所示：3.2 小键盘接口电路小键盘如图3-2所示。它包括8个键，系统中用到的键只有5个，分别为0号、1号、2号、3号、4号键。其中0号键是状态键，采用外部中断控制，用它来确定其它几个键的按键功能，具体作用在前述的系统功能中已做介绍了；另外4个键为功能键，调节频率与占空比的。小键盘中引出的6根线依次分别接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5口。 图3-2 小键盘接口电路3.3 LED显示电路采用静态显示来实现显示功能，如图4所示。移位寄存器74LS164，实现串行输入，并行输出

8、。串行数据由RXD输出，从74LS164的A、B端口输入寄存器，移位时钟由TXD提供。在移位时钟作用下，存放显示器段码的串行发送缓冲器数据逐位由A、B端移入到74LS164中，再由Q0到Q7并行输出到显示数码管相应的LED上。8片74LS164首尾相串，而时钟端则接在一起。这部分的最终功能是显示频率与占空比。显示部分具体电路如图3-3所示： 图3-3 LED显示电路由于系统的要求不高，比较单一的，再加上我们是通过定时器来调节频率的，而非电阻，因此实现起来就相对简化了。仅用键盘、AT89S52及串行显示便可完成设计，达到所要求实现的功能。方波发生器工作原理与功能：简单的流程为：主程序扫描键盘，将

9、设置信息输入，处理后，输出到LED显示器显示。单片机的晶振为11.0592MHz，用到了两个定时器，即定时器0与定时器1，分别进行频率与占空比的定时，两个定时器都是工作在方式1。根据计算定时器初值的公式： 计算出定时器0与定时器1所要装入的初值。此电路的键盘是由一个状态键，四个功能键（调节频率与占空比的增减）组成，其特殊之处在于利用外部中断实现键盘扫描。状态键有三种状态，当其处于状态0时，则其它的键会处于无用状态，当其处于状态1时，可通过按四个调节键来调节频率，处于第三种状态时，按四个调节键中的前两个便可对占空比进行调节了。第4章 系统的软件设计软件是该LED显示屏控制系统的重要组成部分，在系

10、统的软件设计中我们也才用了模块化设计，将系统的各部分功能编写成子模块的形式，这样增强了系统软件的可读性和可移植性。4.1 主程序主程序包括系统初始化及显示程序，是一个死循环系统。其流程图如图所示：4.2 系统初始化子程序在此程序中，给所有变量赋初值，有键盘扫描口、选择串行口工作方式SCON、状态标志位flag、初始频率与占空比及其定时、定时器0与定时器1的工作方式等。初始化时启动了定时器0与定时器1。4.3 显示子程序利用分离频率的各位数值，将各位数值分别显示出来。在程序中利用了频率显示的高位灭零的方法以致最高位为0时就不显示，以致显示效果美观化。一共有五位是显示频率的，若频率小于10000时

11、，则万位不显示；若频率小于1000时，则万位与千位都不显示，依次类推。占空比的显示规律与频率的一样。显示子程序流程图如图4-2所示：4.4 键盘扫描程序键盘扫描用外中断0实现，采用的是线反法，键盘扫描码采用逐行扫描的方法。关于键盘扫描程序的说明：频率可调时，占空比保持原状不变，反之亦然，只能进行单一变量的调节，状态标志flag的初始值为0。（1）频率调节： i=0时，按键为状态键，此时flag加1，即flag=1,此时进行频率的调节。可以进行加1Hz、减1Hz、加100Hz、减100Hz操作，分别由1号键、2号键、3号键、4号键控制。如果按住某个键不放，便会执行连续加值或减值操作。这里的频率的

12、最大值为15000Hz，当频率增至最大值时，还按增值键，此时频率会自动跳到1Hz开始继续增加。同理，频率的最小值为1Hz，当减频率减至最小值时，再按减频率键，则频率会跳到15000Hz。 （2）占空比调节： 当状态值flag=2时，此时频率保持不变，进行占空比调节。只可进行加1与减1操作，分别由1号键、2号键控制。要注意的是占空比的初值是50，我们定义的ZKB为50（百分比的分子部分，为一整数），故调节占空比时，ZKB会进行加1，减1操作。ZKB的最大值为99，当增到最大值时，便会返回到值1，如此循环。（3）为了减轻单片机的工作量，在软件设计中采取了这样的措施，在修改参数确定后才进行定时器初值

13、TC0、TC1的计算。键盘中断处理子程序流程图与键处理流程图分别如图4-3、图4-4所示：4.4 定时中断子程序定时器中断子程序中有定时器0与定时器1中断，频率定时器0中断流程图与占空比定时器1流程图分别如图4-5、图4-6所示。（1）定时器0遇中断执行的操作有复位，启动自身进行频率定时，同时启动定时器1，进行占空比定时，输出高电平。（2）定时器1遇中断，停止自身的计时，输出低电平。第5章 系统调试与测试结果分析5.1 硬件调试硬件的测试首先是检查电路的逻辑线路是否正确，如果正确再检查原理图的线路连接是否正确，电路的布局安排是否合理等等。软件的测试只要是检查程序的语法是否正确，数据结构安排是否

14、妥当，时序是否正确，整体流程安排是否合理。上面两部检查妥当后，就到了系统调试最关键的一步，软硬件的协同调试，问题往往在此才能被发现。5.2 软件调试在软硬件协同调试时，硬件问题比较少，主要体现在上拉电阻的使用，滤波电容的使用等，极少发生逻辑上的错误。硬件的问题往往是致命的问题，其不易察觉，发现之后电路更改也不容易。这就需要我们不断的实验，在实战中摸索出规律，吸取经验教训，在以后的电路设计中能设计出稳定的抗干扰能力强的电路。软件问题是调试中遇到问题最多的，此系统中出现过的问题有以下几处：1、键盘中断处理程序中中断入口后，没有关掉外部中断，出现键值读取不正确，不能正确操作键盘。解决方法，在中断入口

15、处关掉外中断，并在出口时再开外中断；2、键盘扫描前没有软件延时消抖，出现键值读取不准确。解决方法，在键盘中断入口后在键值扫描前软件延时5ms，消去键盘抖动所带来的误操作；3、程序中有个别地方将“=”与“=”混淆，造成结果不准确，解决办法，仔细查找，将混淆出更正。再把到计时设定时子程序加进来，看是否能通过菜单正确调用，返回。能否修改到计时。整个调试完毕。结 论在单片机课程设计中，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成

16、长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。但是，由于平时对单片机知识学习得不够扎实，理解得不够透彻、一知半解，致使在运用是不能贯通，导致在设计过程中困难重重，往往无从下手，但是通过和同组的同学一起探讨，最后还是一步一步的把所有的问题给一一解决了。在这次设计过程中，我也对word、protel、画图板等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的学习中更加熟练。参考文献1 谢嘉奎 电子线路(线性部分)(第四版)高等教育出版社 2002年6月2 康华光 电子技术基础（数字部分）高等教育出版社2006年1月3 兰吉昌 运算放大器集成电路手册

17、化学工业出版社 2008年8月4 钱培怡 杨柏林电子电路实验与课程设计北京 地震出版社20025 李川，汪秋蒙.ISP技术的原理及实现方法J.科技资讯.2007，35期：93-94.6 万光毅.单片机实验与实践教程M.北京航空航天大学出版社.2005.1.7 张毅刚.单片机原理及应用M.高等教育出版社.2003:160-190.8 Philips .74HC595 .datasheet.Philips Semiconductors .2003 Jun 259 胡烨,姚鹏翼,陈明.Protel 99SE原理图与PCB设计教程M.机械工业出版社.2005：23-99.10马忠梅.单片机的C 语言应

18、用程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社.2006附录1 程序#include#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define KEY_PORT P1 /P1口为键盘扫描口sbit OutPut=P07; /矩形波输出口/* 设全局变量 */float fosc=11059200; /系统时钟频率float length=65536; /方式1计数长度uchar flag; /状态键标志uchar ZKB; /占空比uint PL; /频率uchar TIMER0_L,TIMER0_H,TIMER1_L

19、,TIMER1_H; /定时器0和1的定时初值uchar code tabl12=0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0x00; /LED共阴极代码uchar code tabl218=0x11,0x12,0x14,0x18,0x21,0x22,0x24,0x28,0x41,0x42,0x44,0x48,0x81,0x82,0x84,0x88; /键值表/* 延时子程序*/void delay1ms(uchar n) /延时n ms uchar j; while(n-) for(j=0;j122;j+) ; /* 显示子程序*/v

20、oid display(uint PL,uchar ZKB) uchar a,b,c,d,e,m,n; a=PL/10000; /分离频率的各位数值 b=PL/1000; b=b%10; c=PL/100; c=c%10; d=PL%100; m=ZKB/10; /分离占空比各位数值 n=ZKB%10; if(m=0) m=10; /占空比显示的高位灭零 if(n=0)n=10; send(0x02); /频率和占空比中间加一横线“-”以示区别 send(tablm); send(tabln); delay1ms(200); delay1ms(200); /延时开键盘中断，处理好（避免又利用）

21、连击问题/* 键盘扫描（线反法）*/void Key_Scan() interrupt 0 /键盘扫描用外中断0 uchar scancode,keycode,i; float TC0,TC1; EX0=0; /关中断 delay1ms(5); scancode=0xef; /键盘扫描码，采用逐行扫描的方法 while(scancode!=0xff) KEY_PORT=scancode; /输入扫描码，扫描P1.4对应的行 keycode=KEY_PORT; /读出数据，看是否在此行上的某列键盘被按下 if(keycode&0x0f)!=0x0f) break; /扫描到按下的键，则退出 scancode=(keycode1)|0x0f; /否则，更新扫描码继续扫描 keycode=keycode; for(i=0;i8;i+) TIMER0_L=(uint)TC0/256; /计算定时器0和定时器1的初值 TIMER0_H=(uint)TC0%256; TIMER1_L=(uint)TC1/256; TIMER1_H=(uint)TC1%256; display(PL,ZKB); KEY_PORT=0x0f; /给键盘扫描口赋初值，以便下次按键正确读入 EX0=1; /开中断/*