数控脉宽脉冲发生器讲解

1、江西理工大学应用科学学院信息工程 系课程设计说明书 课程名称：电子线路课程设计 课题名称：数控脉宽脉冲发生器 参与人员姓名： 杨 玲 班级、学号 电信 103,02 号 参与人员姓名： 万淑萍 班级、学号 电信 103,20 号 参与人员姓名： 张晓琴 班级、学号 电信 103,27 号 参与人员姓名： 刘潞瑶 班级、学号 电信 103,30 号 完 成 时 间： 2013年 01月 10日 指 导 老 师： 梁小鹏 指导老师评语： 得分： 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 目录 一 摘要 1 二 设计内容及指标 2 三 设计条件 2 四 设计分析 4 五 总体电路图 10 六 心得体会 1

2、1 七 参考文献 13 八 附件 14 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 一 摘要 : 单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、 使 用方 便、价格低廉 等一系列 优点，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 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 一 记 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

3、 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，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、分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器， 目前单片机以采用程序存储器截然分 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 广 泛 的 51 系列单片机。 基于单片机的信号发生器的设计，该课题的设计目的是充 分 运 用 大 学 期 间 所 学 的 专 业 知 识 ，考 察 现 在 正 在 使 用 的 信 号 发 生 器的 基本 功能 ，完成一个基 本的实际 系统的设 计全过程 。关

4、 键 是 这 个 实 际 系 统 设 计 的 过 程 ，在 整 个 过 程 中 我 可 以 充 分 发 挥 自 动化 的专 业知 识。特 别是 这个 信号 发生 器 的设计 中 涉及 到一 个 典型 的控 制过 程。通 过单 片机 控制 一个 有 特殊功 能 的信 号发 生 芯片 ，可以 产生一 系列有规 律的幅度 和频 率 可调的 波形 。这 样一个信号发生器装置在控制领域有 相当广泛的应用范围。因 为产生一系列的可调波形可以作为其他一些设备的数值输入， 还 可以 应用 与设 备检 测 ，仪器 调试等场 合。高频 稳定 的波 形信 号 也 可 以 用 于 无 线 电 波 的 调 频 ，解 调

5、 。这 些 都 是 现 代 生 活 中 必 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 不可少的一些应用 二 设计内容及指标 : 1. 设计一个可通过加/ 减控制键调整脉宽占空比的矩形脉冲 信号发生器。 2. 脉宽占空 比调整 范围为 1%98%。 3. 控制键分别设为“+” 、“-”键，可分别加/ 减脉宽占空 比 ， 可 控 步 长 为 1%。 4. 具 有 2 位 占 空 比 的 数 字 显 示 。 5. 输出信号的频率范围为 1Hz20kHz。 三 设计条件 : 3.1课题任务（系统整体功能要求）： 数控脉宽脉冲信号发生器能够在脉宽控制键的控制下， 按 确 定 的 步 长 改 变 ，输 出 脉

6、冲 信 号 占 空 比 ，即 使 脉 冲 宽 度 可 调 ， 同时以占空比的形式显示脉宽情况。 3.2 系统结构要求： 数控脉宽脉冲信号发生器的系统结构框图如 图1 所示， 其 中 输 入 脉 冲 由 外 部 信 号 源 提 供 ，脉 冲 宽 度 控 制 键 用 以 选 择 输 出 信号 的脉 冲宽 度，脉 宽变 换电 路根 据脉 宽 控制键 产 生要 求的 脉宽信号，占空比显示电路可显示输 出信号f0 的占空比。 3.3 使用的元器件 元件名称 规格及用途 数量 2 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 AT89c51 单片机芯片 1片 CRTSTAL 晶振 1个 CAPACITOR 电容 若

7、干 OPTOELECTRONIC 七段数码管 2个 BUTTON 按键 4个 RESISTOR 电阻 若干 表 3.1 3.4 设计提示 图 3.1 四: 设计分析 3 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 1 、时钟电路 图 4.1 作用：晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通 常一个系 统共用一个晶振，便于各部分保持同步 。有些通讯系统的基频 和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 2、复位电路 图 4.2 作用：计算机在启动运行时都需要复位，复 位是使中央处理器 CPU和内部其他部件处于一个确定的初始状态。 3、按键控制 图 4.3 作用

8、：加/ 减 控制 键调整 脉 宽占空 比 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 4、数码管显示 图 4.4 作用： 显示占空比。 5、单片机最小系统 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 图 4.5 单片机的最小系统是由组成单片机系统必需的一些元件 构成的，除 了单片机之外，还 需要包括电源供电电路、时 钟电 路、复位电路。单 片机最小系统电路（单片机电源和地没 有标 出）。 单片机最小系统 1、时钟电路 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 单片机工作时，从 取指 令到译码再进行微操作，必 须在时 钟 信号 控制 下才 能有 序 地进 行，时钟 电路 就 是为单 片 机工 作提 供基本时钟的。单片

9、机的时钟信号通常 有两种产生方式：内部 时钟方式和外部时钟方式。 内 部 时 钟 方 式 的 原 理 电 路 如 图 所 示 。 在 单 片 机 XTAL1 和 XTAL2 引脚上跨接 上一个晶振和两个稳频电容，可以与单 片机 片内的电路构成一个稳定的自激振荡 器。晶振的取值范围一般 为 024MHz，常用的晶振频率有 6MHz、 12 MHz、 11.0592 MHz、 24 MHz 等 。一些新 型的单片 机还可 以选 择更 高的 频率 。外 接 电容的作用是对振荡器进行频率微调 ，使振荡信号频率与晶振 频 率一 致，同时起到 稳定频率 的作用，一 般选 用 2030pF 的瓷 片电容。

10、外 部 时 钟 方 式 则 是 在 单 片 机 XTAL1 引 脚 上 外 接 一 个 稳 定 的时钟信号源，它一般适用于多片单片 机同时工作的情况，使 用同一时钟信号可以保证单片机的工作同步。 时序是单片机在执行指令时 CPU发出的控 制信号在 时间 上 的 先 后 顺 序 。 AT89C51 单 片 机 的 时 序 概 念 有 4 个 ，可 用 定 时 单 位 来 说 明 ，包 括 振 荡 周 期 、时 钟 周 期 、机 器 周 期 和 指 令 周 期 。 振荡周期：是片内振荡电路或片外为单片机 提供的脉 冲信 号的周期。时序中 1个振荡周期定义为 1个节拍，用 P表示。 时钟周期：振 荡

11、脉冲送 入内部时钟电路，由 时钟电路对其 二分频后输出的时钟脉冲周期称为时 钟周期。时钟周期为振荡 周期的 2倍。时序中 1个时钟周期定义为 1个状态，用 S表示。 每个状态包括 2个节拍，用 P1、 P2表示。 机器周期：机器周期是单片机完成一个基本 操作所需 要的 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 时间。一条指令的执行需要一个或几个 机器周期 。一个机器周 期固定的由 6 个状态 S1S6 组成。 指令周期：执 行一条指 令所需要的时间称为指令周期。一 般 用 指 令 执 行 所 需 机 器 周 期 数 表 示 。 AT89C51 单 片 机 多 数 指 令 的执行需要 1 个或 2 个

12、机器周期，只有乘除两条指令的执行需 要 4 个 机器 周期 。 了解了以上几个时序的概念后，我们就可以 很快的计 算出 执行一条指令所需要的时间。例如：若单片机使用 12MHz 的晶 振频率，则 振荡周期=1/ （ 12MHz） =1/12us ，时 钟周 期=1/6us ， 机 器 周 期 =1us ，执 行 一 条 单 周 期 指 令 只 需 要 1us ，执 行 一 条 双 周 期 指 令 则 需 要 2us 。 2、复位电路 无论是在单片机刚开始接上电源时，还是运行过程中发生故 障都需要复位。复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个 确定的初始值，并从这个状态开始工作。 单片机的

13、复位条件：必须使其 RST引脚上持续出现两个（或以上） 机器周期的高电平。 单片机的复位形式：上电复位、按键复位。 五总体电路 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 六心得体会 1. 总结： 图 5.1 10 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 本设计完成题目所给的设计任务，设计了一 台数控脉 宽脉 冲信号发生器，满足题目的基本要求和 一部分扩展功能。信号 发 生 器 有 性 能 可 靠 、精 度 高 、电 路 简 单 的 特 点 。缺 点 还 是 存 在 的，总体来说，本 设计是成功的。在硬件实现之前，我 先用仿 真 软件 对电 路进 行仿 真 ，仿真 过程中，由于 软件的 某 些原 因有 时

14、会出现仿真不到正确结果，在仿真上面花费了很久的时间。 而在硬件中并不存在该类错误。通过此 次经历警告自己，电路 设计时，不 能一味的依赖仿真，仿 真只是辅助，电 路的设计还 是要硬件实现来发现问题，查找问题，解决问题。 2. 收获与体会 回顾起此次课程设计，至 今我感慨颇多。的 确，从查 阅资 料到电路设计，从理论学习到实践总结 ，在整整两个星期的日 子里，可 以说是苦多于甜，但 是能学到好多东西，不 仅可以巩 固 所 学 过 的 数 电 模 电 专 业 知 识 ，而 且 学 到 了 仿 真 软 件 的 基 本 操 作。 通过这次课程设计，我懂得了理论与实践相结合的重要 的 ，仅有 理论 的知

15、识 是远远不 够的，只有 把所 学 到的专业 知识 与 实践 结合 起来 ，从 实践中得 出结论，才 能真 正 的理解掌 握理 论 知 识 ，提 高 自 己 的 实 际 动 手 能 力 和 独 立 思 考 能 力 。在 设 计 的 过 程中 难免 会遇 到各 种 各样 的问 题，但 是我 们迎 难而 上，通过 查资料和请教老师努力研究、解决问题 ；同时在分析测容原理 与设计的过程中发现自己的不足之处 ，如对以前学过的专业知 识 理解 的不 够深 刻，掌握的不 够牢固，我 们通 过 认真学习 和掌 握专业知识可以更好的完成课程设计。 我们组四人依据分工，高效率的查询了大量资料，电路 11 电子线

16、路课程设计数控脉宽脉冲发生器 图是我们依据原理自行设计，然而结果却与理论上有不少出 处，随着今后的学习我们也会继续将之 改进。此次课程设计不 仅进一步巩固了我们是对电子技术知识的学习也锻炼了我们 的团队合作能力。 七参考文献 1. 林涛. 数字电子技术. 清华大学出版社.2006 12 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 2. 高 吉 祥 . 电 子 技 术 基 础 实 验 与 课 程 设 计 . 电 子 工 业 出 版 社 .2002 3. 陈明义. 电子技术课程设计实用教程. 中南大学出版 社 .2002 4. 崔瑞 雪 电子 技 术动 手实 践 北京 航空 航天 大学 出版 社 2007

17、 八附件 #include 13 电子线路课程设计数控脉宽脉冲发生器 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int float fosc=12000000; sbit key1=P10; sbit key2=P11; sbit key3=P12; sbit key4=P13; sbit clk=P14; /系统时钟频率 /控制频率的增加 /控制频率的减少 /控制占空比的增加 /控制占空比的减少 uint zkb=50; uint fre=50; /占空比初值，取值范围为 1 到 99 /频率初值， 取值范围为 1 到 20000 u

18、int time0_H,time0_L,time1_H,time1_L; uint zkb_shi,zkb_ge; uchar table=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F; void delayms(uint z) uint i,j; for(i=z;i-;i0) for(j=110;j-;j0); void init() TMOD=0 x11; /定时器 0和 1 都工作在方式 1 time0_H=0 xB1; time0_L=0 xE0; time1_H=0 xD8; 14 P2=0 x6D; 电子线路

19、课程设计数控脉宽脉冲发生器 time1_L=0 xF0; TH0=0 xB1; /定时器 0 装入初值，计数器计数 20000 次， 20ms TL0=0 xE0; TH1=0 xD8; /定时器 1 装入初值，计数器计数 10000 次， 10ms IT0=1; / 外部中断 0 为边沿触发 EX0=1; /开外部中断 0 ET0=1; /定时器 T0 中断允许 ET1=1; /定时器 T1 中断允许 EA=1; /开启总中断 TR0=1; /开启定时器 0 TR1=1; / 开启定时器 1 P0=0 x3F; / 数码管初始化显示占空比为 50% TL1=0 xF0; void main() init(); while(1); void