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1、1B 题：波形脉冲发生器摘 要该系统以单片机 PIC18F452-I/P 为主控制器，在应用现场可编程门阵列（CPLD）的基础上设计矩形脉冲信号发生器。由单片机 PIC18F452-I/P 控制CPLD 产生矩形脉冲信号，并与 D/A 转换的输出经加法器后产生周期和幅度可调的信号，而 CPLD 产生的矩形脉冲信号经过整形后得到了 TTL 负载电路。而键盘显示部分通过 LPC2132 与主控制器通信。系统采用可编程逻辑器件 EMP7256AETC100-10 产生的矩形脉冲信号实现了时间量纲的最小值 0.1s 的要求，并能产生 15 位的伪随机序列脉冲。而单片机PIC18F452-I/P 处理速
2、度快、 I/O 接口多、存储空间大、通信方式灵活，为进一步开发提供方便。荧光屏显示具有高亮度、菜单可见等优点。总之，该系统较好完成了题目要求的基本功能和发挥部分的要求，调试表明工作性能稳定，且电路结构简单。关键词：矩形脉冲信号 单片机 CPLDABSTRACTIn this system use programmable logic controller to produce rectangle pulse signal, and use a Single-Chip Microcomputer(PIC18F452-I/P) as main controller. The main contro
3、ller produce rectangle pulse signal by CPLD, then control D/A This system by Single-Chip Microcomputer integrated circuit PIC18F452-I/P primarily controller, in application scene programmable gate array (CPLD) designs the square wave generator. Controls CPLD by Single-Chip Microcomputer integrated c
4、ircuit PIC18F452-I/P to produce the rectangular pulse signal, and the output which transforms with D/A, then use accumulator produces the signal which the cycle and the scope may move, after the reshaping, CPLD produces the rectangular pulse signal obtained the TTL load circuit. The keyboard demonst
5、ration partially through LPC2132 correspondence with master controller. In brief, this system better has completed the topic request basic function and the display partial requests, the debugging indicated operating performance stable, also the electric circuit structure is simple.Keywords：rectangle
6、 pulse signal；Single-Chip Microcomputer； CPLD2目录1.摘要 -22.任务与要求-33.方案的比较与确定-44.总体设计思路-45.各个子系统的组成及功能-56.软件 -127.测试数据-138.检测设备-139.误差分析-1410.总结-1411.参考文献-1531任务与要求1.1 任务设计并制作一个矩形脉冲信号发生器1.2 基本要求（1）输出波形如图所示。脉冲上升边 tr、脉冲下降边 tf 均应小于脉冲宽度 tp的 10%。（2）脉冲宽度 tp 及重复周期 T 的数值可用键盘输入，并有相应的数字显示。时间量纲分 0.1s、1s、1ms 三档。有效
7、数字为 4 位。显示值与实测值之间的误差 5%。（3）输出正极性矩形脉冲，可以外同步工作。幅度可连续调节，最大幅度Vmmax 6V。另有专用于 TTL 或 CMOS 负载的输出端口，输出阻抗约为 75。（4）电源可用实验室设备，不必自行制作。1.3 发挥部分（1）输出幅度 Vm 可用键盘输入，并有相应数字显示。可从 0.1V 变化到5.5V，以 0.1V 步进。显示值与实测值之间的误差5%。（2）可将输出改为伪随机序列脉冲，长度为 15bit（其它指标同基本部分） 。（3）自拟其它功能，要求实用。1.4 评分标准基本部分：60 分设计报告：20 分发挥部分：50 分 42. 方案的比较与确定方
8、案一：可以由晶体管、运放 IC 等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器 IC 产生。它们的功能较少，精度不高，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。方案二：可利用 51 单片机控制实现，但由于他的机器周期约束，最多只能产生一个 1s 或 1ms 级的电压可调的方波信号。而不能使他产生一个 0.1s级的方波脉冲。方案三：采用 PIC 作为控制系统，利用 CPLD 输出一个可调频的脉冲， D/A输出可调的电压，通过调节电路调整来实现课题要求；且 PIC18F452-I/P 单片机功能强大，精度又高，调节方式也够灵活，CPLD 具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及
9、适用范围宽、编程灵活等特点。比较确定分析三者的优缺点和性能，本系统决定采用方案三3. 设计总体思路要设计一个方波脉冲信号发生器，可利用 51 单片机实现，但由于机器周期约束，不能使他产生一个 0.1s 级的脉冲，因此我们要采用一个跟先进的单片机来输出一个 0.1s 级的方波脉冲。因为要实现电压波形的可调，我们可通过叠加一个可控的直流电压来实现。4系统组成355各个子系统的组成与功能5.1 输出方案的选择方案一：用 51 单片机产生一个可调脉冲的方波，可以做到脉冲电压的可调，由于 51 单片机用的是 12MHZ 的晶振，输出的一个周期要 1us 才能完成，不能达到题目的要求。方案二：使用 PIC
10、18F452-I/P 作为控制器，利用 CPLD 来产生方波脉冲信号，通过 74LS132 芯片抬高电平用于 TTL 的输出。同时 CPLD 还能产生一个外同步信号，（即输出频率不变的，但输出电压可调方波脉冲信号）TLC5620CN DA 转换和CPLD 产生的外同步信号进行叠加输出 0-5.5V 的方案比较：方案二:不仅能满足本系统所需的要求，且在各性能上都优于方案一，所以选择方案二来实现。CPLD 是 Complex Programmable Logic Device（复杂可编程逻辑器件）的缩写，代表的是一种可编程逻辑器件，它可以在制造完成后由用户根据自己的需要定义其逻辑功能。CPLD 的
11、特点是有一个规则的构件结构，该结构由宽输入逻辑单元组成，这种逻辑单元也叫宏单元，并且 CPLD 使用的是一个集中式逻辑互连方案。它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在 10,000 件以下)之中。几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可应用 CPLD 器件。CPLD 器件已成为电子产品不可缺少的组成部分，它的设计和应用成为电子工程师必备的一种技能。5.2 CPLD 转换模块电路（如图 5.2.1）输
12、入TTL累加 图 5.2.1计数器周期比较器通信接口周期寄存器脉冲寄存器脉冲比较器选择器65.3 控制电路的选择方案一：采用现在比较通用的 51 系列单片机。51 系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟。此种方法的优点是，系统设计简单。利用单片机的计算能力可以灵活的实现题目中关于波形的输出。缺点 AT89C51 是一个 12MHZ 晶振。它工作一个机器周期为 1us，只能满足题目中 1us,1ms 的要求。方案二：EDA 技术是在电子 CAD 技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果
13、，进行电子产品的自动设计。PIC 单片机是一种用来开发的去控制外围设备的集成电路一种具有分散作用（多任务）功能的 CPU 。 PIC 单片机有计算功能和记忆内存像 CPU 并由软件控制允行。 然而， 处理能力 存储器容量却很有限，这取决于 PIC 的类型。但是它们的最高操作频率大约都在 20MHz 左右，用 PIC 单片机使电路做的很小巧变得可能。工作起来效率很高、功能也自由定义还可以灵活的适应不同的控制要求，而不必去更换不同的 IC 。这样电路才有可能做的很小巧。PIC18F452-I/P 具有抗干扰能力强、程序保密性好、系统的精度和稳定性高的特点。能够很好的满足设计的需求。 比较方案：第一
14、种方案设计简单，但因不能满足设计精度的要求，所以采用第二方案（如图 5.3.1）X110MHzC222pFC122pFDGNDRXDTXDRC0/T1CKI15RC1/CCP216RC2/CCP117RC3/SCL18RD0/PSP019RD1/PSP120RB0/INT 33RB1 34RB2 35RB3/PGM 36RB4 37RB5 38RB6/PGC 39RB7/PGD 40RA2/AN24RA3/AN35RA1/AN13 VDD11RE2/CS/AN710RE1/WR/AN79RE0/RD/AN68RC6/TX 25RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD2/PSP2 21RD3/PSP3 22RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RC7/RX 26RA4/T0CKI6RA0/AN02MCLR/Vpp1RA5/AN47VSS12VSS31RC5/SDO 24CLKIN13CLKOUT14VDD32RC4/SDI/SDA 23U1PIC18F452-I/PC30.1uFDGNDDGNDAD0AD1 AD2AD3AD4AD5AD6AD7CLKINCLKOUTRXDTXDCLKINCLKOUTS
