用单片机进行方波发生器的设计

1、湖南文理学院课程设计报告课程名称：单片机课程设计报告院部：电信学院专业班级：自动化05101班学生姓名：刘明彪指导教师：杨民生完成时间：2008年06月17日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期2目录一、 概述31.1、 设计内容31.2、 设计的基本要求3二、方波发生器设计方案 42.1、 方案介绍42.2、 方波发生器的原理与功能 4三、系统的硬件设计63.1、单片机最小系统63.2、小键盘接口电路73.3、LED显示电路7四、系统的软件设计84.1、主程序84.2、 系统初始化子程序 94.3、显示子程序 94.4、键盘扫描程序104.5、 定时器中断子程序 11五、调试与性能分析 125.

2、1硬件调试125.2软件调试12六、 设计体会13参考文献14附录A:基于单片机方波发生器的原理图 15附录B:基于单片机方波发生器的程序清单 163方波发生器设计一、概述单片机集成度高、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，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

3、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位数码管显示方波的频率。1.2、设计的基本要求频率可调，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

4、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ZLG7290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。、方波发生器设计方案在电子技术领域中，实现万波发生器的万法有很多种，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

5、.1、方案介绍微处理器模块AT89S52,频率与占空比信息显示模块，2X 4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、方波发生器的原理与功能方波发生器的原理方框图如图1所示频率与占 空比数据单片机89S52频率与占空比数据LED显示图1方波发生器原理框图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

6、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：TC =2lOSC12计算出定时器0与定时器1所要装入的初值。频率及占空比的显示电路由74LS164构成的驱动电路和LED数码显示管组成，利用 八个数码管来显示，有五位是用来显示频率的，有两位是显示占空比的，在频率与占空

7、比显示管中间有一个LED数码管是用来显示“一一”的，用以区分频率显示与占空比显 示的。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。三、系统的硬件设计3.1、单片机最小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

8、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2所示：Ub15810111314151617181920GND34图2单片机最小系统XP1波形输出3.2、小键盘接口电路小键盘如图3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

9、 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。串行数据由RXD俞出，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

10、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4所示：m oa1ii=a1mgH器led i.jm e qP牡ao A2 j cJ>qjj榊a q 3 袒 AOUQ I r E V74 4J u< P3 O |o玄 S 0 0 ycyc/cy 74 開y8A口m一VecGN号 60 6 jDVc加tGNDE COJ t Jcn doLED-0蛊?mqtjp cdj3jz!£D30黔Jo/o,o,c3/o,o,o,J IS a8< fu o |o >cHc74 54 c-dziircn 寸gw yc/cxicxc/ccHO .S IS u8i

11、 ca <_> |r_i >OtjJ/ 74liedi卄rM g &-Kr| II i-lVecGND1 C5pi 闪 6| 巴4 二 |VecGNr D图4 LED显示电路四、系统的软件设计方波发生器的软件设计包括主程序、延时子程序、系统初始化程序、显示子程序、 键盘扫描程序、定时器中断子程序。其中主程序用来控制整个程序的执行，它与各子程 序紧密相联，共同实现方波发生器各种功能的执行。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5所示:9#图5主程序流程图#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

12、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，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6所示：图6显示子程序流程图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

13、：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

14、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7、图8所示：EA=O外部中断0入口i=0?软件延时消抖YN是否为抖YNFlag=1NFlag+=1 4i=1 PL+ih-边；O DIfc-界i 2 PL-i

15、-3 PL+-100处W理!4i=4 PL-100%IF边界处理11 ri-1 ZKB+T查表取,键值iFiag-2?ri-2 ZKB-1'键盘扫描，得到键码NYNFlag=0，计算定时器0和1的初值Flag=3?实时显示1r键盘口初始化1fEA-11r键处理5结束键处理结束图8键处理流程图图7键盘中断处理子程序流程图4.5、定时器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9、图10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

16、，停止自身的计时，输出低电平。图9频率定时器0中断流程图10占空比定时器1中断流程五、调试与性能分析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

17、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

18、单正确调用，返回。能否修改到 计时。整个调试完毕。六、设计体会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

19、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。总之，本次单片机课程设计让我悟出了许多东西：第一，就是对资料的搜索、整理、 归类、总结、保存的能力是一个至关重要的个人能力。如果没有这种能力，在大学学习 阶段，那么我们的学习将会是一种负担；今后我们走出校门，甚至在整个人生阶段，也 将会碌禄无为；第二，我们要学会坚持不懈，不轻易言弃，这对于我们非常的重要。如 果我们没有这种精神，一旦我们遇到一点挫折，我们也许就会被打败，以后进入社会就会没有我们的立足之地。因此，我们要珍惜大学时光，循序渐进的培养这些能力，这

20、样 才不会被瞬息万变的时代所淘汰。参考文献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.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. 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，2003.15附录A:基于单片机方波发生器的原理图J8LED1LED2LED3deDf3LED4DN Gcc VdaLED5DN Ge L -cdLED6LED7DN GecdXP2XP;电源输入1

21、 2 3 4 5 6 7 Q Q Q Q Q Q QKRcDLLcNACBCVG1 2 3 4 5 6 7 Q Q Q Q Q Q QK RcDL LcNACB CVG891 2c c Vc c Vg hg ha b cdeEa b c d e fD N Gc c Vg he fa b ca b c)1 2 3 4 5 6 7 Q Q Q Q Q Q Q Qc c Vg hh)1 2D N G cc V rlcB klcAQ Q Q Q Q Q QVcc GND1289'l !_JVccGNDKRcDLLCNACBCVGVcc0GNDccwU10B44.w s - s -3S s- w

22、Bs<W1s W1B7-W1 ; ssVcc :C14 _1A1Y1B2A1C2B1D2CVcc2DNCNCGND2Y8 XP21211109GND CD4012INTO01 234567QQ QQQQQQKRD1LcNACBCVGc Vg hgGa b c def7 Q6 Q5 Q4 QD NGcc V3 Q2 Q1 QD Qrlc klhA80 1 23456 7Q Q QQQQQ QKRcDLLcNACBCG8164IU974164U62122GNDMAX708 C133627P1.0VccP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0

23、.5P1.7P0.6RSTP0.7RXDEATXDALEINT0PSENINT1P2.7T0P2.6T1P2.5WRP2.4RDP2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1VssP2.0262523241234567891011121314151617181920XP1波形输出89S52GND17附录B:基于单片机方波发生器的程序清单#in clude<reg51.h>#in clude< intrin s.h> #defi ne uchar un sig ned charc=10;#defi ne uint un sig ned int#defi ne KEY_POR

24、T P1 sbit OutPut=P0A7;/*设全局变量*/float fosc=11059200; / float len gth=65536; / uchar flag;/uchar ZKB;/uint PL;IIP1口为键盘扫描口矩形波输出口系统时钟频率方式1计数长度状态键标志占空比频率c=10;#uchar TIMER0_L,TIMER0_H,TIMER1_L,TIMER1_H; II 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; IILED共阴极代码u

25、char code tabl218=0x11,0x12,0x14,0x18,0x21,0x22,0x24,0x28,0x41,0x42,0x44,0x48,0x81,0x82,0x84,0x88;II键值表I*延时子程序*Ivoid delay1ms(uchar n)II 延时 n msuchar j;while( n-)for(j=0;j<122;j+) ; I*系统初始化*Ivoid systemn it(void )KEY_PORT=0x0f;SCON=0x00;flag=0;PL=1000;ZKB=50;TL0=0x66;II 初始频率1KHz定时1msTH0=0xfc;TL1=

26、0x33;/ 初始占空比50定时0.5msTH1=0xfe;TMOD=Ox11;/定时器1和定时器0工作在方式1，的定时模式IT0=0;/选择INTO为低电平触发方式EX0=1;/外部中断0允许ET0=1;/定时器1和定时器0中断允许ET1=1;EA=1;/系统中断允许TR0=1;/定时器1和定时器0开始定时TR1=1;/*发送数据*/void sen d(uchar d)SBUF=d;while(!TI);TI=0; /*显示子程序*/void display(ui nt PL,uchar ZKB)uchar a,b,c,d,e,m, n;a=PL/10000;II分离频率的各位数值b=PL

27、/1OOO;b=b%10;c=PL/100;c=c%10;d=PL%1OO;d=d/10;e=PL%10;if(a=0)/ 频率显示的高位灭零a=10;if(b=0)b=10;if(c=0)c=10;19if(d=O)d=10;if(e=0)e=10;m=ZKB/10;II分离占空比各位数值n=ZKB%10;if(m=0)m=10;/if(n=0 )n=10;占空比显示的高位灭零sen d(tabla); sen d(tablb); sen d(tablc); sen d(tabld); sen d(table);sen d(0x02); sen d(tablm); sen d(tabl n)

28、; delay1ms(200); delay1ms(200);/频率和占空比中间加一横线“-”以示区别/延时开键盘中断，处理好（避免又利用）连击问题2021/* 键盘扫描(线反法)*/void Key_Sca n() in terrupt 0/uchar sca ncode,keycode,i;float TC0,TC1;EX0=0;/delay1ms(5);sca ncode=0xef;/while(sca ncode!=0xff)KEY_PORT=sca ncode;/keycode=KEY_PORT;/if(keycode&0x0f)!=0x0f) break; / sca nc

29、ode=(keycode<<1)|0x0f; / keycode=keycode;for(i=0;i<8;i+)if(tabl2i=keycode)break; /键盘扫描用外中断 0 关中断键盘扫描码，采用逐行扫描的方法输入扫描码，扫描 P1.4对应的行读出数据，看是否在此行上的某列键盘被按下扫描到按下的键，则退出否则，更新扫描码继续扫描取得键号#TC1=(le ngth-(fosc*ZKB)/(12*100*PL)+0.5); /if(i=O) flag+;if(flag=1)if(i=1)PL+;if(PL>15000) PL=15;if(i=2)PL-;if(PL<15