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1、东北石油大学课程设计课 程单片机课程设计题目占空比可调的方波发生器院系电气信息工程学院测控系专业班级测控08-02学生姓名项鸿雁学生学号 2011年080月1220201指导教师路敬祎（讲师）段志伟（讲师）东北石油大学课程设计任务书课程单片机课程设计题目占空比可调的方波发生器专业 测控技术与仪器 姓名 项鸿雁 学号 080601240201一、任务设计一款基于AT89C51单片机的占空比可调的方波发生器，实现方波发 生器占空比可调。二、设计要求1 通过电位器产生电压，控制占空比可调的方波。2 通过对AT89C51单片机的编程，实现占空比可调的方波发生器。3 写出详细的设计报告。4 给出全部电路
2、和源程序。三、参考资料1 李正发.电工电子技术基础实验M.北京:科学出版社,2005.110-115.2 李群芳，张士军，黄建单片微型计算机与接口技术（第2版）M.北京:电子工 业出版社.2005.68-76.3 周永金.模拟电子技术与应用J.西安：陕西国防学院电子教研室.2005.34-56.4 朱志伟，刘湘云.单片机及嵌入式系统的应用J.北京:北京航空航天大学出版 社,2010.（06）.张毅刚单片机原理及应用M高等教育出版社.2003:160-190.完成期限 2011.7.13 至 2011.7.22指导教师路敬祎（讲师）、段志伟（讲师）专业负责人曹广华2011年7月13日目录第1章绪
3、论11.1占空比可调的方波发生器概述11.2占空比可调的信号发生器技术状况11.3 本设计任务3第2章 总体方案论证与设计42.1 方案设计与选择42.2总体硬件组成框图5第3章系统硬件设计63.1 AT89C51芯片介绍63.2 LED显示电路设计63.3时钟电路的设计73.4按键接口电路83.5复位电路8第4章系统的软件设计94.1主程序设计94.2定时器中断子程序94.3按键及显示子程序设计10第5章 系统调试与测试结果分析125.1 使用的仪器仪表125.2 系统调试125.3测试结果错误！未定义书签。结论错误！未定义书签。参考文献14附录1程序15附录2仿真效果图18第1章绪论信号发
4、生器是为进行电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备。在电 子测量技术领域内，几乎测量所有的电参量都需要或可以借助于信号发生器进行 测量，所以，它是电子测量中最基本的、使用最广泛的电子测量仪器之一。 信号发生器的种类很多，在电子电路测量中，大致可以分为正弦信号发生器、函 数信号发生器和脉冲信号发生器三大类。函数发生器可以输出多种波形，现有的 函数发生器有的能输出14种不同的信号波形。1.1占空比可调的方波发生器概述单片机集成度高，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
5、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的波形。这样一 个信号发
6、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。这些都是现代生活中 必不可少的一些应用。1.2占空比可调的信号发生器技术状况显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及 输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技 术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。1.2.1中断技术所谓“中断”是指CPU执行正常程序时，系统中出现特殊请求，CPU暂 时中止当前的程序，转去处理更紧急的事件（执行中断服务程序
7、），处理完毕（中 断服务完成）后，CPU自动返回原程序的过程。4个专用寄存器用于中断控制， 用户通过设置其状态来管理中断系统。分别是：TCON:定时器/计数器控制寄存 器；SCON:串行口控制寄存器；IE:中断允许寄存器；IP:中断优先级寄存器。 中断优先原则：对同时发生多个中断申请时：不同优先级的中断同时申请：先高 后低；相同优先级的中断同时申请：按序执行；正处理低优先级中断又接到高级 别中断：高打断低；正处理高优先级中断又接到低级别中断：高不理低。单片机 工作时，在每个机器周期中S5P2都会去查询各个中断标志，如果有中断请求。 必须满足下列条件单片机才能响应中断：相应的中断是开放的； 没有
8、同级 的中断或更高级别的中断正在处理； 正在执行的指令必须执行完最后1个机 器周期； 若正在执行RETI，或正在访问IE或IP寄存器，则必须执行完当前指 令的下一条指令后方能响应中断。中断过程包括中断请求、中断响应、中断服 务、中断返回四个阶段。中断请求：中断源将相应请求中断的标志位置“1” 表示发出请求，并由CPU查询；中断响应：在中断允许条件下相应中断。断点 入栈f撤除中断标志f关闭低同级中断允许f中断入口地址送PC。这些工作都 是由硬件自动完成的；中断服务：根据入口地址转中断服务程序，包含保护现场、 执行中断主体、恢复现场；中断返回：执行中断返回RETI指令f断点出栈f开 放中断允许f返
9、回原程序。1.2.2定时器技术定时是单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲源，对脉冲源的个数进 行计数。定时的种类分为：软件定时：利用执行一个循环程序进行时间延迟。其 特点是定时时间精确，不需外加硬件电路，但占用CPU时间。因此软件定时的 时间不宜过长；硬件定时：利用硬件电路实现定时。其特点是不占用CPU时间， 通过改变电路元器件参数来调节定时，但使用不够灵活方便。对于时间较长的定 时，常用硬件电路来实现；可编程定时器：通过专用的定时嗣计数器芯片实现。 其特点是通过对系统时钟脉冲进行计数实现定时，定时时间可通过程序设定的方 法改变，使用灵活方便。使用T0/T1的步骤：确定选择T0/T1确定工
10、作模式：定 时、计数；确定工作方式：方式0、方式1、方式2、方式3；计算T0/T1初值； 编写主程序，中断入口处理，定时器/计数器初始化；编写中断服务程序。定时 器/计数器初始化的步骤：写TMOD，设置定时器/计数器的工作方式、模式；计 算定时器/计数器的初值，写入TH0/TH1、TL0/TL1；设置IE、IP，以开放相应 的中断和设定中断优先级。1.3本设计任务现在市场上的信号发生器很多，而占空比可调的信号发生器在控制领域有相 当广泛的应用范围。因为产生一系列的占空比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，
11、解调。本次设计是以AT89C51为核心设计一个占空比可调的方波发生器，通过定 时器和中断来实现输出占空比可调的方波。第2章总体方案论证与设计本系统采用单片机AT89C51为占空比可调方波发生器的控制核心，系统主 要包括最小系统、LED七段码显示、脉冲输出方波、示波器。2.1方案设计与选择实现方波发生器的方法很多，但主要有三个方案：采用单片函数发生器 8038，采用锁相式频率合成器，采用单片机编程。方案一：采用单片函数发生器8038,8038可同时产生正弦波、方波等，而且 方法简单易行，用D/A转换器额输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频 率。但产生信号的频率稳定度不高。方案二：采用锁相式频
12、率合成器，利用锁相环，将压控振荡器VCO的输出 频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求， 且电路复杂。方案三：采用单片机编程的方法来实现，该方案可以通过编程的方法控制信 号的占空比，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现占空比的变换。 此外，由于通过编程的方法产生的是数字信号，因此信号的精度可以做的很高。鉴于方案一的信号频率不够稳定和方案二的电路复杂，频率覆盖系数难以达 标等缺点，所以决定采用方案三的设计方法。它不仅采用软硬件结合，软件控制 硬件的方法来实现，使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证，而且他使 用的几种元器件都是常用元器件，容易得到，且
13、价格便宜。在此次设计中采用一个AT89C51微处理器，2个按键，两个LED七段码显 示器，一个示波器。AT89C51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1下和P1.2结合来进行占空比加一和减一的设定；定时 器1工作在定时方式2下和P1.3结合来进行占空比加五减五的设定。两个按键 分别控制占空比加1减1和加5减5。设定的占空比的值通过连接在P0，P2 口 的两个七段码LED显示器来显示，占空比的比值在1:99至99:1之间。2.2总体硬件组成框图图2-1总体硬件组成框图系统框图如图2-1所示，系统主要由四大模块组成即时钟电路、LED显示、 复位电路、按键电路和示波器显
14、示。第3章系统硬件设计3.1 AT89C51芯片介绍如图3-1所示为AT89C51的芯片引脚结构。AT89C51单处机内部设置两个16位可编程的定时器/计数器T0和T1，它们 具有计数器方式和定时器方式两种工作方式及4种工作模式。在波形发生器中， 将其作定时器使用，用它来精确地确定波形的两个采样点输出之间的延迟时间。 模式1采用的是16位计数器，当T0或T1被允许计数后，从初值开始加计数， 最高位产生溢出时向CPU请求中断6。中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当中央处理 器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作, 转而去处理这个紧急事件。在
15、波形发生器中，只用到片内定时器/计数器溢出时 产生的中断请求，即是在AT89C51输出一个波形采样点信号后，接着启动定时 器，在定时器未产生中断之前，AT89C51等待，直到定时器计时结束，产生中 断请求，AT89C51响应中断，接着输出下一个采样点信号，如此循环产生所需 要的信号波形。3.2 LED显示电路设计此系统中LED显示电路是由单片机和LED数码管直接相连组成的。如图3-2所示。L匪齐出GK8:TEXTr-j i：o 寸 l 门 ijzi r- co bP0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15P3.0/RXD39:茫;站33二21；药二图3-2 LED显示电路通过P0 口和P2 口显示相应的数据。由于P0 口的内部没有上拉电阻，不能
