方波发生器讲解

课程设计报告课程名称：基于单片机的方波信号发生器院部：电控学院专业班级：电气0601班学生姓名：***指导教师：***完成时间：2009年06月10日报告成绩：_____ _____________________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、方波信号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 ------------------------------------------------------- 125.1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：基于单片机方波信号发生器的原理图---------------------------------- 15 附录B：基于单片机方波信号发生器的程序清单-------------------------------- 16 附录C：仿真图——————————————————————————————21方波信号发生器设计一、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20Hz~2000Hz；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1Hz~15000Hz，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。

二、方波发生器设计方案在电子技术领域中，实现方波发生器的方法有很多种，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。

2.1、方案介绍微处理器模块AT89S52，频率与占空比信息显示模块，2×4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：122t f TC osc L ⨯-= 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，在频率与占空比显示管中间有一个LED 数码管是用来显示“——”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：图2 单片机最小系统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输出，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：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：开始系统初始化显示图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：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。