单片机课程设计说明书占空比可调信号发生器

1、占空比可调信号发生器1 软件介绍1.1 proteus软件proteus isis是英国labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于windows操作系统上，可以仿真、分析(spice)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：（1）实现了单片机仿真和spice电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、rs232动态仿真、i2c调试器、spi调试器、键盘和lcd系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（2）支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列

2、、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各种外围芯片。(3) 提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如keil c51 uvision2等软件。(4) 具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和spice分析于一身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍proteus isis软件的工作环境和一些基本操作。特点：支持arm7，pic ，avr，hc11以及8051系列的微处理器cpu模型，更多模型正在开发中： 交互

3、外设模型有lcd显示、rs232终端、通用键盘、开关、按钮、led等；强大的调试功能，如访问寄存器与内存，设置断点和单步运行模式；支持如iar、keil和hitech等开发工具的源码c和汇编的调试；一键“make”特性：一个键完成编译与仿真操作；内置超过6000标准spice模型，完全兼容制造商提供的spice模型；dll界面为应用提供特定的模式；基于工业标准的spice3f5混合模型电路仿真器14种虚拟仪器：示波器、逻辑分析仪、信号发生器、规程分析仪等；高级仿真包含强大的基于图形的分析功能：模拟、数字和混合瞬时图形；频率；转换；噪声；失真；付立叶；交流、直流和音频曲线；模拟信号发生器包括直流

4、、正旋、脉冲、分段线性、音频、指数、单频fm；数字信号发生器包括尖脉冲、脉冲、时钟和码流；集成proteus pcb设计形成完整的电子设计系统。1.2 keil软件keil c51是美国keil software公司出品的51系列兼容单片机c语言软件开发系统，与汇编相比，c语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。keil提供了包括c编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uvision）将这些部分组合在一起。运行keil软件需要win98、nt、win2000、winxp等操作系统。如果你使用c语言编程，那

5、么keil几乎就是你的不二之选，即使不使用c语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。keil c51开发系统基本知识keil c51开发系统基本知识 （1）系统概述 keil c51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到keil c51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍keil c51开发系统各部分功能和使用。 （2）keil c51单片机软件开发系统的整体结构 c51工具

6、包的整体结构，uvision与ishell分别是c51 for windows和for dos的集成开发环境(ide)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用ide本身或其它编辑器编辑c或汇编源文件。然后分别由c51及c51编译器编译生成目标文件(.obj)。目标文件可由lib51创建生成库文件，也可以与库文件一起经l51连接定位生成绝对目标文件(.abs)。abs文件由oh51转换成标准的hex文件，以供调试器dscope51或tscope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如eprom中。 keil c51生成的

7、目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2 设计原理及方法2.1 定时器、的工作原理定时/计数器实质上是一个加1计数器，它可以工作于定时方式，也可以工作于计数方式，两种工作方式实际是对脉冲计数，只不过是所计脉冲来源不同。定时/计数器的内部结构和控制信号如下图2.1.1所示。图2.1.1定时器/计数器内部结构和控制信号当其工作于定时方式时， =0，开关s打向上，计数器，的计数脉冲来自振荡器的12分频后的脉冲（即/12），即对系统的机器周期计数。档开关k受控合上时，每过一个周期，计数器，加1；当记满了预设的个数，回零，置位定时/计数器溢

8、出中断标志位，产生溢出中断。定时/计数器亦是如此。工作方式寄存器tmod（地址：89h）为8位寄存器，用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于，高四位用于。其格式如下表2.1.1所示。表2.1.1 定时/计数器方式控制寄存器tmodgatec/tm1m0gatec/tm1m0gate：门控位。gate0时，只要用软件使tcon中的为1，就可以启动定时/计数器工作；gata1时，要用软件使为1，同时外部中断引脚也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动多了一条件。 :定时/计数模式选择位。 0为定时模式； =1为计数模式。：工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式，由进行设置

9、。定时/计数器控制寄存器tcon（地址88h）设置如下表2.1.3所示。表2.1.3 定时/计数器控制寄存器tcon在tcon寄存器中，定时/计数器的控制仅用了其中的高四位。：溢出中断请求标志位。,计数溢出时由硬件自动置为1。cpu响应中断后由硬件自动清0。工作时，cpu可随时查询的状态。所以，可用作查询测试的标志。也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。：运行控制位。置1时，开始工作；置0时，停止工作。由软件置1或清0。所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。：溢出中断请求标志位，其功能与类同。：运行控制位，其功能与类同。定时/计数器工作方式设置如下表2.1.2所示。 表2.

10、1.2 定时/计数器工作方式设置表m1m0工作方式说明00方式013位定时/计数器01方式116位定时/计数器10方式28自动重装定时/计数器11方式3分成两个独立的8位定时/计数器；此方式停止计数方式0为13位计数，由的低5位（高3位未用）和的8位组成，最大计数值为（8192个脉冲）。启动后计数器加1计数。的低5位计数满回零后向进位，当13位计数满回零时，中断溢出位置1，产生中断请求。定时器模式时有:nt/ tcy 计数初值计算的公式为：定时器的初值还可以采用计数个数直接取补法获得。方式1和方式0基本相同，唯一的区别是方式1的计数位数是16位，由作为低8位、作为高8位，组成了16位加1计数器

11、 。其最大计数值为（65536个脉冲），是几种方式中计数值最大的方式。计数个数与计数初值的关系为：方式2为自动重装初值的8位计数方式。在这种方式下，在和两个寄存器中，专用于寄存8位计数初值并保持不变，进行8位加1计数，当计数溢出时，除产生溢出中断请求外，还自动将中不变的初值重新装载到。计数个数与计数初值的关系为：方式3只适用于定时/计数器，定时器处于方式3时相当于=0，停止计数。工作方式3将分成为两个独立的8位计数器和 。 2.2 定时器的工作原理定时器/计数器也是一个16 位定时器/计数器。除了具备定时/计数器、的定时计数功能外，还具有16位自动重装载、捕获方式和加、减计数方式。所谓捕获方式

12、，就是把16位瞬时计数值同时记录在特殊功能寄存器的rcap2h和rcap2l中，这样cpu在读数值的时候，就避免了在读高字节时低字节在变化，从而引起误差。定时/计数器的内部结构和捕捉方式原理如图2.2.1所示。由图可见，除了具有相同的定时计数结构外，增加了特殊功能寄存器的rcap2h/rcap2l和控制位，在不同的工作方式下有不同的作用。图2.2.1 定时/计数器的内部结构和捕捉方式原理 引用了两个外部引脚和作用如下： ()：定时/计数器2的外部计数脉冲输入，定时脉冲输出。 (t2ex)：定时/计数器2的捕捉/重装方式的触发和检测控制。定时器/计数器控制寄存器t2con（地址c8h）的设置如下

13、表2.2.1所示。表2.2.1 定时/计数器控制寄存器t2con(msb) (lsb)exf2rlclktclkexen2c/cp/rl2：计数溢出标志位，当允许中断，将引起中断，必须软件清零。=1，有溢出；=0，无溢出。如果rclk=1或tclk=1，此位无效。exf2：的外部标志位。当外部使能位exen2=1，且t2ex(引脚)有一个下降沿产生，exf2被置1，如果允许中断将引起中断，exf2必须软件清零。rclk、tclk：发送时钟、接收时钟允许。如果rclk=1或tclk=1，则8xx51的串行使用作为波特率发生器，分别产生发送时钟或接收时钟，两个可以分别控制。如果rclk=0或tcl

14、k=0，则定时器作为串行口波特率发生器。：的启动控制标志；=0：停止；=1：启动c/：定时计数器选择。只能通过软件的置位或清除；c/=0，工作于定时器方式，对/12的脉冲（机器周期）计数；c/=1，工作于计数器方式，对（引脚）外部输入脉冲的下降沿计数。cp/rt2：捕获/重装方式选择，只能通过软件的置位或清除。cp/rt2=0时，工作于重装方式，rcap2h，rcap2l;cp/rt2=1时，工作于捕获方式，rcap2h，rcap2l。定时器/计数器方式控制寄存器t2mod（地址c9h）的设置如下表2.2.2所示。表 2.2.2定时器/计数器方式控制寄存器t2mod(msb) (lsb)t2o

15、edcent2oe：输出允许位，t2oe=1，允许定时时钟输出到。t2oe=1，禁止定时时钟输出到。dcen：计数方式选择。dcen=1,的计数方式由引脚状态分配：=1，减计数；=0，加计数。dcen=0，计数方式与无关，同和一样，采用加计数方式。的数据寄存器、和、的用法一样，而捕获寄存器rcap2h、rcap2l只是在捕获方式下，产生捕获操作时自动保存、的值。定时器/计数器的工作方式见下表2.2.3所示。表2.2.3定时器/计数器的工作方式rclk+tclkcp/rl2方式001x01xx111016位自动重装16位捕捉方式波特率发生器停止工作自动捕捉方式下，如果从检测到一个下降沿，和的当前

16、值就会被捕捉到rcap2h和rcap2l中，同时使exf2=1.如果允许中断，将产生中断。自动重装方式1（dcen=0）下，如果从检测到一个下降沿，rcap2h和rcap2l中的值就会被重装到和中，同时使exf2=1。自动重装方式2（dcen=1）下，=1，减计数，当计数溢出时，和中自动重装为0ffh；=0，加计数，当计数溢出时，和中自动重装为rcap2h和rcap2l中的值。无论是加计数还是减计数，溢出时=1。波特率发生器方式下，的计数脉冲可以由/2或输入。此时，rcap2h和rcap2l中的值用做计数初值，溢出后此值自动装到和中。如果rclk或tclk中某值为1时，表示收发时钟一个用，一个

17、用。在这种方式下，如果在检测到一个下降沿，则exf2变为1，可引起中断。(波特率)=时钟输出方式的溢出脉冲从输出。输出脉冲频率由下式决定：=2.3 设计方法（1）方波的产生在本设计方案中，采用的定时器产生频率和占空比可调的方波。对于工作方式0，工作方式1具有16位的寄存器，定时时间更长，产生的频率范围更宽。对比于工作方式2，虽然方式2的自动重载功能使定时更加准确，但对于产生低频来说，方式2的只有256us的定时时间，产生的中断多，误差更大，因此选择设置在工作方式1下，gate=0。设定定时器设置初始值，即给高低电平分别分配定时时间。当程序启动，由输入给定高电平，定时器开始加1计数，当高电平16

18、位计数满回零时，置1，产生中断，高电平转为低电平，当低电平16位计数满回零时，置1，产生中断，低电平再转为高电平，得出方波。定时器初始值计算如下所示：高电平初始值=-高电平时间低电平初始值=-低电平时间（2）高电平时间的测量本设计方案中，采用定时器测量高电平的时间。将定时器设置在工作方式1下，并设置gate=1，此时要用软件使为1，同时外部中断1（int1）引脚也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。所以将控制输出的方波接在外部中断1的输入引脚上，当输入高电平，定时器开始启动，在下降沿的时候，读、的值，同时将、清零，即可算出高电平时间t1_high。（3）频率的测量在本设计方案中，采用定时器测

19、量输出方波一周期的时间。将定时器设置在工作方式16位捕捉方式下，为了更加准确，在前两个下降沿的时候，先清、，当第三个下降沿来临的时候，读取rcap2（即、）的值（相当于三个周期中只测量了一个周期）即为输出方波的周期t2。综合（2）（3）上述，根据以下公式f=1/t2占空比=高电平时间/周期=t1_high/t2由此测出所输出方波的频率和占空比。 3系统硬件线路设计图3.1仿真电路连线图 图3.1.1 仿真线路连接图3.2 实物连线图图3.2.1 实物线路连接图4 程序框图图4.1 主程序框图图4.2 定时器0中断程序框图图4.3 定时器2中断程序框图5 资源分配表i/o口分配表如下表5.1所示

20、。表5.1 i/o口分配表-、液晶数据线捕捉方式下方波信号输入端液晶控制器键盘扫描方波输出测高电平时方波输入端内部资源分配表如下表5.2所示。表5.2 内部资源分配表定时器定时器定时器产生频率、占空比可调方波测量高电平的时间测量输出方波的周期6 源程序函数声明：文件public.h#include<reg52.h>#include<math.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid delay1ms(void);void write_data(uchar date);void write_com

21、(uchar com);void lcd_init();void display_init();void store_num();void ok();void refresh_time_0();void refresh_duty();void keycode_return();uchar keyscan();void init();void dis_freq_futy();主程序：文件main.c#include"public.h"sbit out=p30;/输出sbit out2=p31;sfr16 rcap2 = 0xca; /t2捕获寄存器sfr t2mod = 0x

22、c9;char th0_low,tl0_low,th0_high,tl0_high,th1_out,tl1_out;float time0,freq_test,duty_test;uchar freq_out_num4,duty_test_num3,vaule=1;uint freq=100,duty_factor=50,flag=1,time0_high,time0_low,high_count=0,low_count=0,count1,count2;uint last,now,freq_test1=500,duty_test1=0;void time_2() interrupt 5 /t2

23、中断程序if(exf2)if(vaule=2)th1_out=th1;tl1_out=tl1;exf2=0;/外部标志位需要软件清零；now=rcap2;vaule=0;elseexf2=0;vaule+;th2=th1=0;tl2=tl1=0;elsetf2=0;void time_0() interrupt 1 /t0中断程序if(flag=0)th0=th0_low;tl0=tl0_low;flag=1;out=0;out2=0;elseth0=th0_high;tl0=tl0_high;flag=0;out=1;out2=1;void main()init();while(1)keyc

24、ode_return();time0=1000000/freq; /不求time0直接求高低电平，可能精度高些time0_high=time0/100*duty_factor; /高电平时间time0_low=time0-time0_high; /低电平high_count=low_count=0;th0_high=(65536-time0_high)/256; /高低电平的定时器初值tl0_high=(65536-time0_high)%256;th0_low=(65536-time0_low)/256;tl0_low=(65536-time0_low)%256;/*t2频率测量处理*/et

25、2=0;freq_test=1000000/now; /计算出频率值/*t1占空比测量处理*duty_test=th1_out*256+tl1_out;/计算t1计数值duty_test=duty_test*1000/now;/求百分比/if(abs(duty_test-duty_factor)>1)/ duty_test+=600;dis_freq_futy();/et2=1;void dis_freq_futy()uchar j;/*频率显示*freq_test1=(uint)freq_test;for(j=0;j<4;j+)freq_out_numj=freq_test1%1

26、0;freq_test1/=10;write_com(0x95);for(j=0;j<4;j+)write_data(freq_out_num3-j+0x30);/*占空比显示*duty_test1=(uint)duty_test;write_com(0x9d);for(j=0;j<3;j+)duty_test_numj=duty_test1%10;duty_test1/=10;for(j=0;j<2;j+)write_data(duty_test_num2-j+0x30);write_data('.');write_data(duty_test_num0+0

27、x30);write_data('%');void init()display_init();/*/*定时器0初始化*time0=1000000/freq; /不求time0直接求高低电平，可能精度高些time0_high=time0/100*duty_factor; /高电平时间time0_low=time0-time0_high; /低电平tmod=0x91;/设置工作方式gate1 c/t m1 m0=1001;工作方式gate0 c/t m1 m0=0001th0_high=(65536-time0_high)/256; /高低电平的定时器初值tl0_high=(655

28、36-time0_high)%256;th0_low=(65536-time0_low)/256;/tl0_low=(65536-time0_low)%256;ea=1;et0=1;tr0=1;/*/*定时器2初始化*et2=1;/开t2中断t2mod=0x00;t2con=0x0d;/16位捕获模式,定时，外部使能th2=0;tl2=0;/*/*定时器1初始化*/et1=1;/不开t1中断tr1=1;th1=0;tl1=0;矩阵键盘程序：文件keycode.c#include<public.h>uchar key,keycode;extern freq,duty_factor;u

29、char num4,freq_num4,duty_factor_num2,n;uint freq1;void delay(uint z)/4.476msuint x,y;for(y=z;y>0;y-)for(x=110;x>0;x-);unsigned char code keytable44= '1','2','3','a', '4','5','6','b', '7','8','9','c'

30、, '0','f','e','d'/*键盘扫描*/uchar keyscan()unsigned int row=0,column=0;uchar key=0;/ea=0;p2=0xf0;key=p2;if(key!=0xf0)delay(10);key=p2;if(key!=0xf0)p2=key|0x0f;switch(key)case 0xe0:column=0;break;/1110case 0xd0:column=1;break;/1101case 0xb0:column=2;break;/1011case 0x70:c

31、olumn=3;break;/0111key=p2&0x0f;switch(key)case 0x0e:row=0;break;/1110case 0x0d:row=1;break;/1101case 0x0b:row=2;break;/1011case 0x07:row=3;break;/0111p2=0x0f;key=p2;while(key&0x0f)!=0x0f)key=p2;ea=0;return keytablerowcolumn;return 0;/*/*键盘值返回*/void keycode_return()uint m=0;keycode=keyscan();

32、/keycode='b'switch(keycode)case 'a':duty_factor+=1;refresh_duty();break;case 'b':duty_factor-=1;refresh_duty();break;case 'c':freq+=10;refresh_time_0();break;case 'd':freq-=10;refresh_time_0();break;case 'f':ok();break;case '0':store_num();brea

33、k;case '1':store_num();break;case '2':store_num();break;case '3':store_num();break;case '4':store_num();break;case '5':store_num();break;case '6':store_num();break;case '7':store_num();break;case '8':store_num();break;case '9':s

34、tore_num();break;ea=1;/*/void refresh_time_0()uint m,freq1;freq1=freq;for(m=0;m<4;m+)numm=freq1%10;freq1/=10;write_com(0x85);/第2行第5位for(m=0;m<4;m+)write_data(num3-m+0x30);void refresh_duty()uint m,duty_factor1;duty_factor1=(uint)(duty_factor);for(m=0;m<2;m+) duty_factor_numm=duty_factor1%10;duty_factor1/=10;write_com(0x88+0x05);/第4行第6位for(m=0;m<2;m+)write_data(duty_factor_num1-m+0x30);/write_data('.');/write_data(duty_factor_num0+0x30);write_data('%');void ok()uint m;freq=0;for(m=0;m<n;m+)freq=freq*10+freq_numm;freq_numm=0;n=0;if(freq<=20)freq=20;/*液晶显示频率*/*