单片机课程设计占空比可调的方波发生器.docx

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单片机课程设计占空比可调的方波发生器

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08-02

学生姓名项鸿雁

学生学号0201

指导教师路敬祎（讲师）、段志伟（讲师）

2020年7月22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项鸿雁学号0201

一、任务

设计一款基于AT89C51单片机的占空比可调的方波发生器，实现方波发生器占空比可调。

二、设计要求

[1]通过电位器产生电压，操纵占空比可调的方波。

[2]通过对AT89C51单片机的编程，实现占空比可调的方波发生器。

[3]写出详细的设计报告。

[4]给出全数电路和源程序。

三、参考资料

[1]李正发.电工电子技术基础实验[M].北京:

科学出版社,.

[2]李群芳,张士军,黄建.单片微型运算机与接口技术（第2版）[M].北京:

电子工

业出版社..

[3]周永金.模拟电子技术与应用[J].西安：

陕西国防学院电子教研室.

56.

[4]朱志伟,刘湘云.单片机及嵌入式系统的应用[J].北京:

北京航空航天大学出版

社,2020.（06）.

[5]张毅刚.单片机原理及应用[M].高等教育出版社.2003:

160-190.

完成期限至

指导教师路敬祎（讲师）、段志伟（讲师）

专业负责人曹广华

2011年7月13日

第1章绪论1

占空比可调的方波发生器概述1

占空比可调的信号发生器技术状况1

本设计任务3

第2章整体方案论证与设计4

方案设计与选择4

整体硬件组成框图5

第3章系统硬件设计6

AT89C51芯片介绍6

LED显示电路设计6

时钟电路的设计7

按键接口电路8

复位电路8

第4章系统的软件设计9

主程序设计9

按时器中断子程序9

按键及显示子程序设计10

第5章系统调试与测试结果分析12

利用的仪器仪表12

系统调试12

参考文献14

附录1程序15

附录2仿真成效图18

第1章绪论

信号发生器是为进行电子测量提供符合必然技术要求的电信号的设备。

在电子测量技术领域内，几乎测量所有的电参量都需要或能够借助于信号发生器进行测量，因此，它是电子测量中最大体的、利用最普遍的电子测量仪器之一。

信号发生器的种类很多，在电子电路测量中，大致能够分为正弦信号发生器、函数信号发生器和脉冲信号发生器三大类。

函数发生器能够输出多种波形，现有的函数发生器有的能输出14种不同的信号波形[1]。

占空比可调的方波发生器概述

单片机集成度高，功能强，靠得住性高，体积小，功耗低，利用方便，价钱低廉等一系列优势，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经从面向工业操纵，通信，交通，智能仪表等迅速进展抵家用消费产品，办公自动化，汽车电子，PC机外围一记网络通信等广大领域。

单片机有两种大体结构形式：

一种是在通用微型运算机中普遍采纳的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，成为普林斯机构。

另一种是将程序存储器个数据存储器截然分开，别离寻址的结构，一样需要较大的程序存储器，目前单片机以采纳程序存储器截然分开的结构多。

本课题讨论的占空比可调的信号发生器的核心是目前应用极为普遍的51系列单片机[2]。

基于单片机的占空比可调方波发生器的设计，是通过单片机操纵一个有特殊功能的信号发生芯片，能够产生一系列有规律的幅度和频率可调的波形。

如此一个信号发生器装置在操纵领域有相当普遍的应用范围。

因为产生一系列的可调波形能够作为其他一些设备的数值输入，还能够应用与设备检测，仪器调试等场合。

高频稳固的波形信号也能够用于无线电波的调频，解调[3]。

这些都是现代生活中必不可少的一些应用。

占空比可调的信号发生器技术状况

显示屏的操纵系统包括输入接口电路、信号操纵、转换和数字化处置电路及输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程操纵技术等。

中断技术

所谓“中断”，是指CPU执行正常程序时，系统中显现特殊请求，CPU临时中止当前的程序，转去向理更紧急的事件（执行中断效劳程序），处置完毕（中断效劳完成）后，CPU自动返回原程序的进程。

4个专用寄放器用于中断操纵，用户通过设置其状态来治理中断系统。

别离是：

TCON:

按时器/计数器操纵寄放器；SCON:

串行口操纵寄放器；IE:

中断许诺寄放器；IP:

中断优先级寄放器。

中断优先原那么：

对同时发生多个中断申请时：

不同优先级的中断同时申请：

先高后低；相同优先级的中断同时申请：

按序执行；正处置低优先级中断又接到高级别中断：

高打断低；正处置高优先级中断又接到低级别中断：

高不睬低。

单片机工作时，在每一个机械周期中S5P2都会去查询各个中断标志，若是有中断请求。

必需知足以下条件单片机才能响应中断：

①相应的中断是开放的；②没有同级的中断或更高级别的中断正在处置；③正在执行的指令必需执行完最后1个机械周期；④假设正在执行RETI，或正在访问IE或IP寄放器,那么必需执行完当前指令的下一条指令后方能响应中断。

中断进程包括中断请求、中断响应、中断效劳、中断返回四个时期。

中断请求：

中断源将相应请求中断的标志位置“1”，表示发出请求，并由CPU查询；中断响应：

在中断许诺条件下相应中断。

断点入栈→撤除中断标志→关闭低同级中断许诺→中断入口地址送PC。

这些工作都是由硬件自动完成的；中断效劳：

依照入口地址转中断效劳程序，包括爱惜现场、执行中断主体、恢复现场；中断返回：

执行中断返回RETI指令→断点出栈→开放中断许诺→返回原程序[4]。

按时器技术

按时是单片机的晶振通过12分频后取得的一个脉冲源，对脉冲源的个数进行计数。

按时的种类分为：

软件按时：

利用执行一个循环程序进行时刻延迟。

其特点是定不时刻精准，不需外加硬件电路，但占用CPU时刻。

因此软件按时的时刻不宜太长；硬件按时：

利用硬件电路实现按时。

其特点是不占用CPU时刻，通过改变电路元器件参数来调剂按时，但利用不够灵活方便。

关于时刻较长的按时，经常使用硬件电路来实现；可编程按时器：

通过专用的按时器/计数器芯片实现。

其特点是通过对系统时钟脉冲进行计数实现按时，定不时刻可通进程序设定的方式改变，利用灵活方便。

利用T0/T1的步骤：

确信选择T0/T1确信工作模式：

按时、计数；确信工作方式：

方式0、方式一、方式二、方式3；计算T0/T1初值；

编写主程序，中断入口处置，按时器/计数器初始化；编写中断效劳程序。

按时器/计数器初始化的步骤：

写TMOD，设置按时器/计数器的工作方式、模式；计算按时器/计数器的初值，写入TH0/TH一、TL0/TL1；设置IE、IP，以开放相应的中断和设定中断优先级[5]。

本设计任务

此刻市场上的信号发生器很多，而占空比可调的信号发生器在操纵领域有相当普遍的应用范围。

因为产生一系列的占空比可调波形能够作为其他一些设备的数值输入，还能够应用与设备检测，仪器调试等场合。

高频稳固的波形信号也能够用于无线电波的调频，解调。

本次设计是以AT89C51为核心设计一个占空比可调的方波发生器，通过按时器和中断来实现输出占空比可调的方波。

第2章整体方案论证与设计

本系统采纳单片机AT89C51为占空比可调方波发生器的操纵核心，系统要紧包括最小系统、LED七段码显示、脉冲输出方波、示波器。

方案设计与选择

实现方波发生器的方式很多，但要紧有三个方案：

采纳单片函数发生器8038，采纳锁相式频率合成器，采纳单片机编程。

方案一：

采纳单片函数发生器8038,8038可同时产生正弦波、方波等，而且方式简单易行，用D/A转换器额输出来改变调制电压，也能够实现数控调整频率。

但产生信号的频率稳固度不高。

方案二：

采纳锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器VCO的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。

方案三：

采纳单片机编程的方式来实现，该方案能够通过编程的方式操纵信号的占空比，而且在硬件电路不变的情形下，通过改变程序来实现占空比的变换。

另外，由于通过编程的方式产生的是数字信号，因此信号的精度能够做的很高。

鉴于方案一的信号频率不够稳固和方案二的电路复杂，频率覆盖系数难以达标等缺点，因此决定采纳方案三的设计方式。

它不仅采纳软硬件结合，软件操纵硬件的方式来实现，使得信号频率的稳固性和精度的准确性得以保证，而且他利用的几种元器件都是经常使用元器件，容易患到，且价钱廉价。

在这次设计中采纳一个AT89C51微处置器，2个按键，两个LED七段码显示器，一个示波器。

AT89C51用到两个按时器，按时器0和按时器1。

其中按时器0工作在按时方式1下和结合来进行占空比加一和减一的设定；按时

器1工作在按时方式2下和结合来进行占空比加五减五的设定。

两个按键别离操纵占空比加1减1和加5减5。

设定的占空比的值通过连接在P0，P2口的两个七段码LED显示器来显示，占空比的比值在1:

99至99:

1之间。

整体硬件组成框图

时钟电路

LED显示

AT80C51

复位电路

示波器显示

按键电路

图2-1整体硬件组成框图

系统框图如图2-1所示，系统要紧由四大模块组成即时钟电路、LED显示、复位电路、按键电路和示波器显示。

第3章系统硬件设计

AT89C51芯片介绍

如图3-1所示为AT89C51的芯片引脚结构。

图3-1AT89C51芯片引脚结构

AT89C51单处机内部设置两个16位可编程的按时器/计数器T0和T1，它们

具有计数器方式和按时器方式两种工作方式及4种工作模式。

在波形发生器中，将其作按时器利用，用它来精准地确信波形的两个采样点输出之间的延迟时刻。

模式1采纳的是16位计数器，当T0或T1被许诺计数后，从初值开始加计数，最高位产生溢出时向CPU请求中断[6]。

中断系统是使处置器具有对外界异步事件的处置能力而设置的。

当中央处置器CPU正在处置某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去向理那个紧急事件。

在波形发生器中，只用到片内按时器/计数器溢出时产生的中断请求，即是在AT89C51输出一个波形采样点信号后，接着启动按时器，在按时器未产生中断之前，AT89C51等待，直到按时器计时终止，产生中断请求，AT89C51响应中断，接着输出下一个采样点信号，如此循环产生所需要的信号波形。

LED显示电路设计

此系统中LED显示电路是由单片机和LED数码管直接相连组成的。

如图3-2所示。

图3-2LED显示电路

通过P0口和P2口显示相应的数据。

由于P0口的内部没有上拉电阻，不能输出高电平，故在P0口上串接一个排阻。

时钟电路的设计

AT89C51单片机有两个引脚（XTAL1，XTAL2）用于外接石英晶体和微调电容，从而组成时钟电路，其电路图如图3-3所示。

电容C一、C2对振荡频率有稳固作用，其容量的选择为30pF，振荡器选择频率为6MHz的石英晶体。

图3-3时钟电路

按键接口电路

图3-4为键盘接口电路的原理图,。

图3-4键盘接口电路

图中K1与相连，操纵占空比转变步进为1，K2与相连，操纵占空比转变步进为5。

复位电路

如图3-5所示为复位电路。

加一个（大于两个机械周期的）高电平使单片机复位。

图中为按键加上电复位电路。

在复位状态下，程序指针PC=0000H。

图3-5按键加上电复位电路

第4章系统的软件设计

主程序设计

本系统中下位机（单片机89C51）的要紧功能确实是实现占空比可调、产生方波并通过LED显示器和示波器显示出来。

其主程序流程如图4-1所示。

Y

等待

定时器1溢出

判断是否有

中断标志

N

开始

初始化：

设定时器0工作方式为方式1，定时器1工作方式为方式2

产生方波

图4-1主程序流程图

按时器中断子程序

按时器中断子程序中有按时器0和按时器1中断，按时器0操纵占空比转变步进为1，如图4-2[7]，按时器1操纵占空比转变步进为5，如图4-3。

结束

定时器0中断入口

TR1=1

重装定时初值

低电平时，结合占空比变化步进为1

图4-2按时器0中断流程图

结束

定时器1中断入口

TR1=0

重装定时初值

低电平时，结合占空比变化步进为5

图4-3按时器1中断流程图

按键及显示子程序设计

按键及显示子程序设计流程图如图4-4所示。

赋初值

计算定时初值

关中断

结束

判断按键号

键处理

占空比是否超界

开始

关中断

延时消抖

是否有键按下

N

Y

N

Y

图4-4按键及显示子程序设计流程图

第5章系统调试与测试结果分析

利用的仪器仪表

单片机　　　　　　　AT89C51

示波器OSCILLOSCOPE

上拉电阻RESPACK-8

LED七段码显示器7SEG-DIGITAL

系统调试

依照系统设计方案，本系统的调试为软件调试和仿真调试。

软件调试

用KeilC编译这次课程设计所用的汇编语言程序，查看是不是有语法错误，当没有语法错误以后，编译生成hex文件。

仿真调试

软件调试终止后会生成一个hex文件。

用Proteus画仿真电路图，画完电路图后将hex文件写入单片机AT89C51，然后仿真[8]。

测试结果

这次系统设计结果较好，在仿真图上进行仿真时，能够发觉，LED显示屏上的初始值为50，示波器输出方波占空比为1/2。

按动拨码开关K1，LED显示屏上显示的数值加1，按动拨码开关K2，LED显示屏上显示的数值加5，直抵达到99后跳回50。

结论

本次的单片机课程设计较为成功，我采纳单片机AT89C51为占空比可调方波发生器的操纵核心，通过两个按键实现占空比的不同幅度的调剂，按动K1时转变幅度为1，按动K2时按动幅度为5。

通过按键操纵占空比的比值可在1:

99:

-99:

1之间转变。

系统要紧包括单片机最小系统、LED七段码显示、脉冲输出方波、按键电路、时钟电路、复位电路和示波器显示模块。

最终制作出一个能够调剂占空比的方波发生器。

系统采纳单片机编程的方式来实现，通过编程的方式操纵信号的占空比，而且在硬件电路不变的情形下，通过改变程序来实现占空比的变换。

另外，由于通过编程的方式产生的是数字信号，因此信号的精度很高，幸免了采纳单片函数发生器的信号频率不稳固和采纳锁相式频率合成器的电路复杂，频率覆盖系数难以达标等缺点。

通过软硬件的仿真调试，实现了本次设计的大体功能：

占空比可调方波发生器。

但在实际应用中，功能不单单于此，通过对程序的稍做修改，还能够实现频率与占空比都可调的方波，正弦波，三角波等波形的发生器。

参考文献

[1]李正发.电工电子技术基础实验[M].北京:

科学出版社,.

[2]李群芳,张士军,黄建.单片微型运算机与接口技术（第2版）[M].北京:

电子工

业出版社..

[3]周永金.模拟电子技术与应用[J].西安：

陕西国防学院电子教研室.

56.

[4]朱志伟,刘湘云.单片机及嵌入式系统的应用[J].北京:

北京航空航天大学出版

社,2020.（06）.

[5]张毅刚.单片机原理及应用[M].高等教育出版社.2003:

160-190.

[6]陈文峰.基于虚拟仪器检测系统[J].单片机应用.2005,23（10）.78-80.

[7]边春远,王志强.MCS-51单片机应用开发有效子程序[M].北京:

人民邮电出版

社，.

[8s的电路与单片机仿真系统设计与仿真[J].北京航空航天

大学出版社..

.

附录1程序

COUNTEQU30H

ASEQU30H

MEQU35H

ORG0000H

LJMPSTART

ORG0003H

LJMPINT00

ORG0013H

LJMPINT11

START:

SETBEX0

SETBPX0

SETBIT0

SETBEX1

CLRPX1

SETBIT1

SETBEA

CLR

MOVTMOD,#21H

MOVTH1,#38H

MOVTH0,#0B1H

MOVTL0,#0E0H

SETBTR0

SETBTR1

MOVDPTR,#TABLE

MOVM,#50

MOVP0,#3FH

MOVP2,#6DH

MOVAS,#0

TOP:

SETBTR1

SETB

CLR

MOVTH0,#0B1H

MOVTL0,#0E0H

MOVAS,#0

MOVB,#10

MOVA,M

MOVB,#100

DIVAB

JZTIME1

MOVB,#10

CLERK:

SETB

LCALLDELAY

CLR

LCALLDELAY

SETB

LCALLDELAY

CLR

MOVM,#50

LCALLSHOW

LJMPTOP

TIME1:

JBCTF1,NEXT

SJMPTIME1

NEXT:

INCAS

MOVA,M

CJNEA,AS,TIME1

CLR

SETB

CLRTR1

TIME0:

JBCTF0,TOP

SJMPTIME0

INT00:

JNB,LOOP1

INCM

LCALLSHOW

RETI

LOOP1:

DECM

LCALLSHOW

RETI

INT11:

JNB,LOOP

MOVA,M

ADDA,#5

MOVM,A

LCALLSHOW

RETI

LOOP:

MOVA,M

SUBBA,#5

MOVM,A

LCALLSHOW

RETI

SHOW:

MOVA,M

MOVB,#10

DIVAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,A

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

MOVB,#10

RET

DELAY:

MOVR6,#0FFH

DEY1:

MOVR7,#0FFH

DEY2:

MOVR5,#3

DJNZR5,$

DJNZR7,DEY2

DJNZR6,DEY1

RET

TABLE:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

END

附录2仿真成效图

东北石油大学课程设计成绩评判表

课程名称

单片机课程设计

题目名称

占空比可调方波发生器

学生姓名

项鸿雁

学号

080601

240201

指导教

师姓名

路敬祎段志伟

职称

讲师

讲师

序号

评价项目

指标

满分

评分

1

工作量、工作态度和出勤率

按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。

20

2

课程设计质量

课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。

45

3

创新

工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。

5

4

答辩

能正确回答指导教师所提出的问题。

30

总分

评语：

指导教师：

年月日