单片机课设方波发生器

1、-/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1班学 号:100103020012学生姓名:李潇指导教师:教师职称:副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：仪器科学与工程系设计题目设 计 技 术 参 数设计要求工 作 计 划参 考 资 料100103020012学生姓名李潇专业（班级）10检测1班方波发生器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。设计的内容满足课程设计的教学目的与要求， 设计题目的

2、难度和工作 量适合学生的知识和能力状况，工作量饱满。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。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。目录第一章第二章第三章第四章第五章5.1摘要引言设计概述 方案介绍 构建以及原理 程序流程 2223335.2 键盘接口电路5.3 LED5.4第六章6.16.2显示电路 八段数码管原理 总设计原理 方波发生器的原理与功能 键盘控制原理 程序框图 方波波形显示 4

3、6786.36.4第七章 程序设计 第八章 心得体会 参考文献 89911132929第一章 摘要作为微型计算机的一个重要分支，单片微型计算机（简称单片机）自20世纪 70年代问世以来， 已广泛地应用在工业自动化、 自动化检测与控制、 智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各个方面。本设计是一个以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。第二章 引言单片机具有性价比高、集成度高、体积小、可靠性好、控制功能强、 低电压、 低功耗、通用灵活等优点， 广泛应用于卫星定向、 汽

4、车火化控制、 交通自动管理等方面。In ter公司的mcs-51单片机虽然仍然是 6位的单片机，但其功能有很大的增强，此外他还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等有点，因为此应用十分广泛，直到现在 mcs-51 仍为单片机中的主流机型，也是高档单片机的基础。本课题讨论的方波发生器的核心就是51 系列单片机。第三章 设计概述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4位的波形。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 计的基本要求是：设计键盘输入电路、波形的输出电路、显示电路（ 数码管）；编制相

5、应程序。使用按键来进行调节频率和占空比，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；显示部分使用 LED 数码管来实现。由此即可构成一个最小单片机 应用系统。第四章 方案介绍基于 MCS51 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,可任意取 10HZ、25HZ、50HZ 100Hz、200Hz,占空比任意取 20%、 40%、 50%、 60%、 80%等值。通过对键盘上按键的操作完成对所取频率值,占空比的调用,以达到改变当前频率值,占空比的目的,并使用

6、其八段数码管显示。单片机对键位进行扫描,确定键位的输入,根据程序 设计要求, 数码管显示频率以及占空比的数值, 方波发生器输出以数码管 显示的数值为频率和占空比的方波。基于以上思路,可进行如下功能扩展：由于伟福 2000 仿真实验箱共 有 6 位数码管,显示频率用其中 4位,余下 2 位进行占空比显示。键盘部 分使用 4*4 键盘中的其中 4 个按键, 其功能分别为： 频率增大、 频率减小、 占空比增大、占空比减小。按键每按下一次,当前频率或占空比转向下 选定的频率或占空比值。 单片机通过输出方波控制数码管的显示, 数码管 显示当前所调换到的频率及占空比,并向外输出所示频率和占空比的方 波。最

7、后,可采用示波器观察方波波形。第五章 构件以及原理5.1 程序流程简单的流程为：主程序扫描键盘,将设置信息输入,处理后,输出到LED显示器显示。单片机用到了定时器 0,分别进行频率与占空比的定时,工作在方式 1 。计算定时器初值的公式如下：N=2m- FOSC/12 X T根据计算定时器初值的公式, 所要装入的初值。 频率及占空比的显示电路由74374和74245构成的驱动电路和 LED数码显示管组成，利用六个数码管来显示，有四位是用来显示频率的，有两位是显示占空比的。此电路的键盘由四个功能键（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。 功能键有两种种状态， 一种

8、为正 顺序调换，根据所取值顺向增大的特点，此时为增大调节；另一种为逆顺 序调换，同理，此时为减小调节。频率和占空比各有一组增大及减小的功 能键。5.2.键盘接口电路方案一：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。方案二：矩阵式键盘我们采用4X4矩阵式键盘，矩阵式键盘由多个按键组成的开关矩阵,K0 键按下闭当键

9、盘上没有键闭合时，所有的行线和列线断开，行线呈高电平。当键盘 上某一个键闭合时，该键所对应的行线与列线短路。例如， 合时，行线 X0 和列线 Y0 短路，此时 X0 的电平由 Y0 的电平所决定。川4±41卩屮斗I讷 r - *-(4 1 T上kkkJMT v v 4+ 弋luMij ijoi iLiimj/L' -rd* -H -' R- 'J4*J 寸 r 小hW 町右卜-U»*r<*I雷11 晋/li_ T-W'Ir I 屮，-IM* iiriUJnI I I Hlr.f JH luim.TO一.；or-巳3吧弓眄 一 st社會图

10、1键盘控制LED连接原理图其按键识别可用扫描法完成。具体方法如下:把行线接到微机的输入口，列线接到微机的输出口，则在微机的控制下,使列线 丫0位低电平0，其余3根列线Y1、Y2、Y3都为高电平1.然后微机通过输入口读取行线的状态，如果X0、XI、X2、X3都为高电平，贝y Y0这一列线上没有键闭合；如果读出的行线状态不完全为高电平，则为低电平的行线和 丫0相交的键处于闭合状态。(3)如果丫0这一列上没有键闭合，接着使列线Y1为低电平，其余列线为高电平。用同样的方法检查丫1这一列上有无键闭合。(4)以此类推，最后使列线 丫3为低电平，其余的列线为高电平,检查丫3这一列上是否有键闭合。这种逐行逐列

11、的扫描键盘状态的过程称为对键盘的一次扫描。CPU对键盘的扫描可以采取程序控制的随机方式,CPU空闲时才扫描键盘；也可以采取定时控制方式， 每隔一段时间，CPU对键盘扫描一次;还可以采用中断方式，当键盘上有键闭合时，向CPU 请求中断， CPU 响应键盘发出的中断请求， 对键盘进行扫描， 以识别哪一个键处于闭合状态， 并对键输入信息作相应处理。5.3LED 显示电路方案一： 静态显示方式当显示器显示某一个字符的时候， 相应的发光二极管恒定地导通或截 止。例如， 7 段 LED 显示器显示数字 0 时， a、b、c、d、e、f 段恒定导通，g 段恒定截止。这种显示方式每一位都需要一个 8 段位输出

12、控制。静态显 示时，较小的电流能得到较高的亮度，且字符不闪烁，系统运行过程中， 在需要更新显示内容时， CPU 才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU 的时间，又提高了 CPU 的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较 多，每个 LED 数码管需要独占 8 条输出线。随着显示器位数的增加，需 要的 I/O 口线也将增加。当显示位数较少时，采用静态显示的方法是合适 的。方案二： 动态显示方式对于显当位数较多时，用静态显示所需的 I/O 口太多，不太经济，一百采用 动态显示方法， 即用扫描法一位一位的轮流点亮显示器的各个位， 示器的每一位来说， 每隔一段时间电量一次， 利用人眼的视觉暂留效应可

13、以看到整个动态显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示 器的亮度即与导通电流有关， 也与点亮时间和时间间隔的比值有关。 调整 电流和时间参数，可以得到亮度较高且较稳定的显示。动态显示方式中， 若显示器的位数不大于 8 位，则控制显示器各位公 共极的电位使他们轮流点亮只需一个 I/O 口（称扫描口） ；传送显示器的 各位所显示的段选码也需一个 8 位 I/O 口（称段数据口） 。由于8051单片机本身提供的I/O 口有限，因此我们选择方案二动态扫描方式。扫描方式中在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的约 1MS ,尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫 描的速度足够

14、快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。节约了电能，节省了 I/O 口。5.4.八段数码管原理数码管内部由8个发光发光二极管组成,排成一个8字，可以组成0到9数字以及A-F字符的表示形式。"o Q图2八段数码管引脚图图3八位数码管原理图表1显示数字及其所对应的代码显示数字1234程序输入数06H5BH4FH66H显示数字5678程序输入数6DH7DH07H7FH显示数字90AB程序输入数6FH3FH77H7CH显示数字CDEF程序输入数39H5EH79H71HI -wa.匚H -匚二厂厂厂厂疔I - -LlULA匚.图4键盘及数码管显示电路第六章总设计原理6.1、方波发生

15、器的原理与功能方波发生器的总体原理方框图如下图所示:r壮率m占 空比誥并烦率m占 空比觀握LED显示图5总原理方框图由于系统的要求不高，比较单一，再加上我们是通过定时器来调节 频率的，这样仅用键盘、8051芯片及数码显示管便可完成设计，达到所要 求实现的功能。6.2键盘控制原理通过键盘的控制， 实现频率和占空比的变化。本设计选用前四个数码 管显示频率，后两个数码管显示占空比。其中，用a键和b键控制占空比的变化：每按一下 a键，占空比就按照调高的顺序正向变化一个数字，每按一下b键，占空比就反向变化。用c键和d键控制频率的变化，每按一下c键频率就按着调高的顺序正向变化到下一个数值；每按一下 d键，

16、频率就反向变化到另一个数值。表2频率-占空比-按键对照表频率占空比cdaD+上_下+上_下6.3程序框图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，占空比的方波表3频率(HZ)-程序代码对照表编辑代码100H3FH06H3FH显示频率1(HZ)0010编辑代码200H3FH5BH6DH显示频率2(HZ)0025编辑代码300H3FH6DH3FH显示频率3(HZ)0050编辑代码400H06H3FH3FH显示频率4(HZ)0100编辑代码500H5BH3FH3FH显示频

17、率5（HZ）0200表4占空比（% -代码对照表编辑代码15BH3FH显示占空比（%20编辑代码266H3FH显示占空比（%40编辑代码36DH3FH显示占空比（%50编辑代码47DH3FH显示占空比（%60编辑代码57FH3FH显示占空比（%80MfSU6.4方波波形显示CH3正占皇比Ml*CH3 集草 seiMmCH供«中®CHiJtPfl4峰HCHI关闭 e 十.适“ EfiCjS图6.4.1 频率50HZ占空比60%QH2 jEASttCH21*t* -1 «*! . W.2?Mt一 CHI关用CHf关用 正 ft S g= aW9U Mj 加也一M

18、9;Pvr:14frAi>r图642频率100Hz占空比50%CH2正融CH2*a,e»te«小cHiMmgyu Hisma*on丢囲 正JtMCH2Z3mM'PwMBJfes图643频率50Hz占空比50%CH2正FtCH2n烦军I CH1关朗*小11CHI 关 W“價:!»-2 +61 正 U 虑：0沖: H.-/LdeJ图644频率25Hz占空比20%00S5 BDIBDDDQ 口 bbbqqb PBBBQfi图6.4.5频率25Hz占空比20%第七章程序设计OUTBITEQU 08002H;位控制口OUTSEGEQU 08004H;段控制口I

19、NEQU 08001H；键盘读入口FrequencyDATA 30H；频率等级缓冲区DutyDATA 31H;占空比等级缓冲区TH0_HIGHDATA 32H;高电平计数缓冲区，给定时器TH0赋TL0_HIGHDATA 33H; 高电平计数缓冲区,给定时器 TL0 赋TH0_LOWDATA 34H; 低电平计数缓冲区,给定时器 TH0 赋TL0_LOWDATA 35H; 低电平计数缓冲区,给定时器 TL0 赋FlagDATA 36H; 高电平低电平转换标志上的OFFSETLEDBUFORG 0000HORG 000BHORG 0010HKeyTable:DBDBDBDBDATA 37H; 用来

20、存储偏移量DATA 60HLJMP INITLJMP TIMER0; 显示缓冲区; 键码定义16H, 15H, 14H, 0FFH13H, 12H, 11H, 10H0DH, 0CH, 0BH, 0AH; 0AH 占空比调高，对应键盘0EH, 0CH, 0BH, 09H; 0BH 占空比调低， 对应键盘上DBDB00H, 01H, 04H, 07H; 0DH 频率调低， 对应键盘上的FrenqLevel:; 频率占空比转换表格0FH, 02H, 05H, 08H ; 0CH 频率调高，对应键盘上的 C;TH0_HIGH,TL0_HIGH,TH0_LOW,TL0_LOWDB 0D8H, 0F0H

21、, 063H, 0C0H ;10HZ DUTY20%DB 0B1H, 0E0H, 08AH, 0D0H ;10HZ DUTY40%DB 09EH, 058H, 09EH, 058H ;10HZ DUTY50%DB 08AH, 0D0H, 0B1H, 0E0H ;10HZ DUTY60%DB 063H, 0C0H, 0D8H, 0F0H ;10HZ DUTY80%DB 0F0H, 060H, 0C1H, 080H ;25HZ DUTY20%DB 0E0H, 0C0H, 0D1H, 020H ;25HZ DUTY40%DB 0D8H, 0F0H, 0D8H, 0F0H ;25HZ DUTY50%D

22、B 0D1H, 020H, 0E0H, 0C0H ;25HZ DUTY60%DB 0C1H, 080H, 0F0H, 060H ;25HZ DUTY80%DB 0F8H, 030H, 0E0H, 0C0H ;50HZ DUTY20%DB 0F0H, 060H, 0E8H, 090H ;50HZ DUTY40%DB 0ECH, 078H, 0ECH, 078H ;50HZ DUTY50%DB 0E8H, 090H, 0F0H, 060H ;50HZ DUTY60%DB 0E0H, 0C0H, 0F8H, 030H ;50HZ DUTY80%DB 0FCH, 018H, 0F0H, 060H ;1

23、00HZ DUTY20%DB 0F8H, 030H, 0F4H, 048H ;100HZ DUTY40%DB 0F6H, 03CH, 0F6H, 03CH ;100HZ DUTY50%DB 0F4H, 048H, 0F8H, 030H ;100HZ DUTY60%DB 0F0H, 060H, 0FCH, 018H ;100HZ DUTY80%DB 0FEH, 00CH, 0F8H, 030H ;200HZ DUTY20%DB 0FCH, 018H, 0FAH, 024H ;200HZ DUTY40%DB 0FBH, 01EH, 0FBH, 01EH ;200HZ DUTY50%DB 0FAH,

24、 024H, 0FCH, 018H ;200HZ DUTY60%DB 0F8H, 030H, 0FEH, 00CH ;200HZ DUTY80%DutyMAP:DB 5BH, 66H, 6DH, 7DH, 7FH;数码管上显示的占空比数字20% 40% 50% 60% 80%FrenqMAP:DB 3FH,06H,3FH;10HZDB 3FH,5BH,6DH;25HZDB 3FH,6DH,3FH;50HZDB 06H,3FH,3FH;100HZDB 5BH,3FH,3FH;200HZ对应的显示码INIT:MOVSP, #40H存器区发生冲突MOVTMOD, #01HMOVTH0_HIGH, #

25、0D8HMOVTL0_HIGH, #0F0HMOVTH0_LOW, #063HMOVTL0_LOW, #0C0HMOVTH0, TH0_LOWMOV TL0, TL0_LOW;更改堆栈指针，避免堆栈与工作寄; 定时器 0 方式 1;先输出低电平定时器初值MOV Frequency, #00H;频率初值为 10HZMOV Duty, #00H;占空比初值为 20%MOV LEDBuf+5, #3FHMOVLEDBuf+4, #5BHMOVLEDBuf+3, #3FHMOVLEDBuf+2, #06HMOVLEDBuf+1, #3FHSETBEA;cpu 开放中断SETBET0;T0 中断允许SE

26、TBTR0;允许 T0 计数MOVLEDBuf, #3FHMain:CALL DisplayLED; 显示变转变状态CALLTestKeyJZMainCALLGetKeyCALLKeyfuctionCALLChangestate; 是否有键键入; 无键键入 , 继续显示; 有键键入，读入键码; 有键键入，调用相应的功能; 根据占空比等级，频率等级的改LJMPMainMOVR0, #LEDBUFMOVR1, #06H; 共 6 个八段管MOVR2, #20H; 从左边开始显示DisplayLOOP:MOVDPTR, #OUTBITMOVA, #00HMOVXDPTR, A; 关所有八段管MOVA

27、, R0MOVDPTR, #OUTSEGMOVXDPTR, AMOVDPTR, #OUTBITMOVA, R2MOVXDPTR, A; 显示一位八段管; 显示子程序DisplayLED:MOVR6, #01HCALLDELAYMOVA, R2; 显示下一位RRAMOVR2, AINCR0DJNZR1, DisplayLOOP;循环 6 次 displayloopRET; 检测是否有按键按下MOVDPTR, #OUTBITMOVA, #00HMOVXDPTR, A; 输出线置为 0MOVDPTR, #INMOVXA, DPTR; 读入键状态CPLAANLA, #0FH; 高四位不用保留低四位RE

28、TTestKey:GetKey:; 有键按下读取键值MOVDPTR, #OUTBITMOVP2, DPHMOVR0, #LOW(IN)MOVR1, #20HMOVR2, #06HKeyLoop:MOVA, R1; 找出键所在列则转移CPLMOVXCPLRRMOVMOVXCPLANLJNZDJNZMOVSJMPDPTR, AR1, AA, R0A, #0FHGetKeynumR2, KeyLoopR2, #0FFHExit; 下一列;保留低 4 位; 该列有键入 A 不为零 有输入;循环 6 次; 没有键按下 , 返回 0FFH-/MOVXDPTR, AGetKeynum:; 键值 = 列 X

29、4 + 行，扫描键盘值MOVR1, AMOVA, R2DECARLARLAMOVR2, AMOVA, R1MOVR1, #04H;暂存 a; R2 = (R2-1)*4; R1 中为读入的行值GetKeynumLoop:RRC; 移位找出所在行JCExit; 进位标志 cy=1 转移INCR2; R2 = R2+ 行值Exit:DJNZR1, GetKeynumLoopMOVA, R2; 取出键码MOVDPTR, #KeyTableMOVCA, A+DPTRMOVR2, A; 取出键码给 R2WaitRelease:MOVDPTR, #OUTBIT; 等键释放CLR-/MOVR6, #0AHC

30、ALLDelayCALLTestKeyJNZWaitReleasMOVA, R2RETKeyfuction:MOVA, BMOVB, A;保存返回的键值XRLA, #0AH;对键值进行判断JZKey1;A 键按下MOVA, BXRLA, #0BH;对键值进行判断JZKey2;B 键按下MOVA, BXRLA, #0CH;对键值进行判断JZKey3;C 键按下XRLA, #0DH;对键值进行判断JZKey4;D 键按下-/MOV A, FrequencyKey1:Key1_1:Key2:Key2_1:Key3:JMP KeyEndMOV A, DutyXRL A, #04HJZ KEY1_1IN

31、C DutyJMP KeyEndMOV Duty,#04HJMP KeyEndMOV A, DutyXRL A, #00HJZ KEY2_1DEC DutyJMP KeyEndMOV Duty,#00HJMP KeyEndXRL A, #04H;占空比等级是否到;占空比等级调高;占空比等级为 4，;占空比等级是否到;占空比等级调高不能再提高;频率等级是否到 4-/JZ KEY3_1INC Frequency;频率等级调高MOVA,FrequencyMOV B, A;将频率等级乘上 3 的偏移量JMP KeyEndKEY3_1:MOV Frequency,#04H; 频率等级为 4，不能再提高J

32、MP KeyEndKey4:MOV A, FrequencyXRL A, #00H;频率等级是否到 0JZ KEY4_1DEC Frequency;频率等级调低JMP KeyEndKEY4_1:MOV Frequency,#00HKeyEnd:RETChangestate:MOVB,#03HMULAB-/MOV DPTR,#FrenqMAPMOVC A, A+DPTRMOV LEDBuf+1, AMOV A, BINC AMOV B, AMOVC A, A+DPTRMOV LEDBuf+2, AMOV A, BINC AMOV B, AMOVC A, A+DPTRMOVLEDBuf+3, AM

33、OVA, DUTYMOVDPTR,#DutyMAPMOVLEDBuf+4, AMOVC A, A+DPTRMOVLEDBuf+5, #3FHDutychange:CLRTR0-/MOV A, OFFSETMOV TL0_HIGH, A空比偏移MOVMOVMULMOVMOVMOVMULADDA, FrequencyB, #14HABOFFSET, AA, DUTYB, #04HABA,OFFSETMOV OFFSET,AMOV DPTR,#FrenqLevel空比与频率对应的初值MOVC A, A+DPTRMOV TH0_HIGH, AINC OFFSETMOVC A, A+DPTR; 将频率等级乘上 20 的偏