方波發(fā)生器設(shè)計(jì)(課程設(shè)計(jì)報(bào)告)16頁.doc

課程設(shè)計(jì)(論文)說明書題目：方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)院（系）：專業(yè)：電子信息工程學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：職稱：20年月日第1頁共16頁摘要本次課程設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為核心器件，外圍采用按鍵作為控制以及LCD1602作為顯示器所設(shè)計(jì)的方波發(fā)生器。該方波發(fā)生器能實(shí)現(xiàn)0-1kHz頻率范圍、占空比可調(diào)的方波輸出。其核心技術(shù)為單片機(jī)并行端口的應(yīng)用、單片機(jī)定時(shí)器中斷應(yīng)用和數(shù)字分離的ASCII碼液晶顯示技術(shù)。采用8個(gè)獨(dú)立的按鍵組成控制模塊，操作方便，按鍵控制模式可以通過程序進(jìn)行設(shè)定；顯示模塊則由液晶屏1602構(gòu)成，能顯示出實(shí)時(shí)輸出方波的頻率及占空比，直觀明了。設(shè)計(jì)過程中遇到的問題是輸出方波的頻率、占空比與液晶顯示數(shù)據(jù)存在誤差，通過不斷調(diào)試程序，合理編寫中斷服務(wù)程序來修正誤差提高精確度，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該方波發(fā)生器具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：方波發(fā)生器；AT89S51單片機(jī)；鍵盤；LCD1602第2頁共16頁AbstractThecoursedesignAT89S51microcontrollerasthecoredevice,theexternaluseofbuttonsasacontrolandLCD1602displaysaredesignedasasquarewavegenerator.Thesquarewavegeneratortoachieve0-1kHzfrequencyrange,adjustabledutycyclesquarewaveoutput.Thecoretechnologyfortheapplicationofsinglechipparallelport,SCMapplicationsanddigitaltimerinterruptASCIIcodeseparateliquidcrystaldisplaytechnology.8-independentcomponentcontrolmodulebuttons,easytooperatekeycontrolmodecanbesetthroughtheprogram；displaymoduleconstitutedbytheLCD1602,canshowreal-timeoutputfrequencyanddutycyclesquarewave,intuitiveandclear.Problemsencounteredinthedesignprocessistheoutputsquarewavefrequency,dutycycleandLCDdisplaydataerrorsexist,throughcontinuouscommissioningprocess,areasonablewriteinterruptserviceroutinetocorrecttheerrortoimproveaccuracy,tomeetthedesignrequirements.Thesquarewavegeneratorhasasimplecircuit,compact,lowcost,superiorperformanceadvantages.Keywords:Squarewavegenerator；AT89S51microcontroller；keyboard；liquidcrystal1602第3頁共16頁目錄引言41概述41.1設(shè)計(jì)內(nèi)容41.2設(shè)計(jì)的基本要求42方波了生器設(shè)計(jì)方案42.1方案介紹42.2方波發(fā)生器的原理與功能53系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)53.1單片機(jī)最小系統(tǒng)53.2最小鍵盤接口電路63.3液晶顯示電路64系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)74.1主程序74.2顯示子程序74.3鍵盤掃描程序74.3.1頻率調(diào)節(jié)74.3.2占空比調(diào)節(jié)74.4定時(shí)中斷服務(wù)程序75調(diào)試與性能分析85.1硬件調(diào)試85.2軟件調(diào)試85.3性能及誤差分析86結(jié)論8謝辭10參考文獻(xiàn)11附錄12第4頁共16頁引言本次課程設(shè)計(jì)的目的是通過在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課堂上學(xué)習(xí)的知識，以及查閱資料，培養(yǎng)一種自學(xué)的能力完成課程設(shè)計(jì)。并且引導(dǎo)一種創(chuàng)新的思維，把學(xué)到的知識應(yīng)用到日常生活當(dāng)中。在設(shè)計(jì)的過程中，不斷的學(xué)習(xí)，思考和同學(xué)間的相互討論，運(yùn)用科學(xué)的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機(jī)系統(tǒng)一般的開發(fā)流程，學(xué)會對覺問題的處理方法，積累設(shè)計(jì)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮教學(xué)與初中的結(jié)合。全能提高個(gè)人系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1概述單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗低、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通信、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。單片機(jī)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一種是在能用微型計(jì)算機(jī)中廣泛應(yīng)用的，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個(gè)存儲器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機(jī)以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的結(jié)構(gòu)較多。本課程設(shè)計(jì)的方波發(fā)生器的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī)。1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容本次課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)方波發(fā)生器，用鍵盤控制頻率和占空比變化，使用LCD液晶屏顯示出來。1.2設(shè)計(jì)的基本要求頻率可調(diào)，用6個(gè)按鍵來分別以不同的步長控制方波的頻率變化，步長分別為+/-1Hz、+/-10Hz、+/-100Hz，頻率設(shè)計(jì)范圍為1Hz1KHz；占空比可調(diào)，采用兩個(gè)按鍵以設(shè)計(jì)的步長實(shí)現(xiàn)增加、減小波形占空比的作用，步長為+/-5%，可調(diào)范圍5%95%。顯示，將輸出方波的頻率以及占空比通過LCD1602液晶屏顯示出來。2方波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案在電子技術(shù)領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)方波了生器的方法有很多，可以采用不同的原理及器件構(gòu)成不同的路，但可以實(shí)現(xiàn)功能。在本次的設(shè)計(jì)中，與模擬電路有些不同，比如頻率和占空比的調(diào)節(jié)并不是通過改變變阻器的阻值來完成的，而是均采用按鍵來實(shí)現(xiàn)。2.1方案介紹微處理器模塊AT89S51，頻率與占空比顯示模塊，8個(gè)獨(dú)立鍵盤模塊，復(fù)位電路模塊，晶振電路模塊。本設(shè)計(jì)中用到定時(shí)器為定時(shí)器T0,工作在方式2下，使用工作方式2是第5頁共16頁考慮到其定時(shí)的準(zhǔn)確性以及穩(wěn)定性。用LCD1602液晶屏來顯示頻率和占空比，鍵盤的操盤是通過鍵盤掃描程序與單片機(jī)共同來控制的，鍵盤操作來完成按要求對頻率和占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.2方波發(fā)生器的原理與功能方波發(fā)生器的原理方框圖如圖1所示由于系統(tǒng)的要求不高，比較單一的，再加上是通過定時(shí)器來調(diào)節(jié)頻率和占空比，而非電阻，因此實(shí)現(xiàn)起來就相對簡化了。僅用鍵盤、AT89S51和液晶屏便可完成設(shè)計(jì)，達(dá)到要求實(shí)現(xiàn)的功能。方波發(fā)生器工作原理與功能：簡單的流程為：主程序掃描鍵盤，將設(shè)置的信息輸入，處理后，通過LCD顯示，并通過輸出端口輸出方波。單片機(jī)的晶振電路為12MHz，用到T0定時(shí)器，采用定時(shí)中斷的方式進(jìn)行頻率與占空比的調(diào)節(jié)。根據(jù)計(jì)算定時(shí)器T0在工作方式2下初值的公式：TC=256-t*12/f計(jì)算出定時(shí)器T0所要裝入的初值。頻率及占空比的顯示電路由LCD1602液晶屏完成，將當(dāng)前輸出頻率和占空比實(shí)時(shí)直觀地顯示在液晶上。該電路由一個(gè)復(fù)位鍵和8個(gè)功能鍵組成，其中6個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)不同步長頻率的增加與減小，2個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)占空比的調(diào)節(jié)。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)的，因而時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路方式有兩種：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式，這里采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式，外接晶振。時(shí)鐘電路由片外晶體、微調(diào)電容和單片機(jī)的內(nèi)部電路組成。選取頻率為12MHz和晶振，微調(diào)電容是瓷片電容。波形輸出口設(shè)定為AT89S51單片機(jī)的P3.3口，若接示波器，則可通過示波器來觀察波形，是一個(gè)矩形波。此單元電路包括內(nèi)部振蕩方式時(shí)鐘電路、電且開關(guān)復(fù)位電路，具體電路如圖2所示：圖1方波發(fā)生器原理框圖鍵盤單片機(jī)AT89S51LCD1602液晶顯示屏頻率與占空比調(diào)節(jié)頻率與占空比調(diào)節(jié)第6頁共16頁圖2單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2最小鍵盤接口電路小鍵盤如圖3所示。它包括8個(gè)鍵，分別為K0-K8，具體功能已在前面介紹過。小鍵盤中引出的8根線依次分別接單片機(jī)的P1端口。圖3按鍵電路3.3液晶顯示電路通過液晶1602顯示輸出方波的頻率和占空比，其電路及功能表如圖4、圖5所示：圖4液晶屏電路圖51602液晶屏引腳功能表第7頁共16頁4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方波發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)包括主程序、延時(shí)了程序、液晶初始化程序、頻率顯示子程序、占空比的顯示子程序、鍵盤掃描程序、定時(shí)器中斷子程序。其中主程序用來控制整個(gè)程序的執(zhí)行，它與各子程序緊密相聯(lián)，共同實(shí)現(xiàn)方波了生器的功能的執(zhí)行。4.1主程序主程序包括系統(tǒng)初始化（包括定時(shí)器的選擇，工作方式的選擇，定時(shí)初值的載入，液晶屏初始化及各參數(shù)的初始化）及顯示程序，是一個(gè)死循環(huán)系統(tǒng)。其流程圖如圖6所示：圖6系統(tǒng)流程圖4.2顯示子程序利用分離頻率的各位數(shù)值，轉(zhuǎn)化為ASCII碼方式將各位分別顯示到LCD液晶屏上。4.3鍵盤掃描程序鍵盤掃描采用的是線反法，逐個(gè)進(jìn)行掃描，當(dāng)有鍵按下，執(zhí)行語句。4.3.1頻率調(diào)節(jié)掃描按鍵，分別由K1-K6實(shí)現(xiàn)頻率的加1Hz、減1Hz、加10Hz、減10Hz、加100Hz、減100Hz，當(dāng)減到小于0時(shí)，頻率值定為0。4.3.2占空比調(diào)節(jié)掃描按鍵，分別由K7、K8實(shí)現(xiàn)占空比加5%，減5%，最大占空比為95%，最小占空比為5%。4.4定時(shí)中斷服務(wù)程序?qū)崟r(shí)器設(shè)計(jì)為100uS，采用中斷方式，斷電服務(wù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)cnt加1。計(jì)算出周期所對應(yīng)的計(jì)時(shí)個(gè)數(shù)i，i=10000/pl；以及占空比對應(yīng)的定時(shí)個(gè)數(shù)j，j=i*zkb/100；當(dāng)cnt小于j時(shí)，輸出高電位，當(dāng)cnt大于j時(shí)輸出低電位，cnt大于i時(shí)賦值為0循環(huán)實(shí)現(xiàn)方波輸出。實(shí)現(xiàn)了頻率以及占空比的調(diào)節(jié)。開始系統(tǒng)初始化顯示鍵盤掃描中斷服務(wù)第8頁共16頁5調(diào)試與性能分析5.1硬件調(diào)試硬件的測試首先是檢查電路的邏輯線路是否正確，如果正確再檢查原理圖的線路連接是否正確，電路的布局安排是否合理等等。硬件問題比較少，主要體現(xiàn)在上拉電阻的使用，濾波電容的使用等，極少發(fā)生邏輯上的錯(cuò)誤。硬件問題往往是致命的問題，其不易察覺，發(fā)現(xiàn)之后電路更改不容易。這就需要我們不斷的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)戰(zhàn)中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。5.2軟件調(diào)試軟件的測試只要是檢查程序的語法是否正確，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)安排是否妥當(dāng)，時(shí)序是否正確，整體流程安排是否合理。檢查妥當(dāng)后，就到了系統(tǒng)調(diào)試最關(guān)鍵的一步，軟硬件的協(xié)同調(diào)試，問題往往在此才能被發(fā)現(xiàn)。軟件問題是調(diào)試中遇到問題最多的，些系統(tǒng)中出現(xiàn)過的問題有以下幾處：1)鍵盤掃描程序不能實(shí)現(xiàn)頻率數(shù)值的加減。2)鍵盤掃描前沒有設(shè)標(biāo)志，出現(xiàn)鍵值讀取變化不準(zhǔn)確。3)定時(shí)器的定時(shí)不正確及不穩(wěn)定，反復(fù)驗(yàn)證后以方式2最為準(zhǔn)確與穩(wěn)定。4)頻率與占空比設(shè)定不正確，數(shù)值計(jì)算錯(cuò)誤，不能正確輸出波形。5.3性能及誤差分析該方波發(fā)生器能按基本要求實(shí)現(xiàn)了按鍵控制、液晶顯示以及方波輸出的功能，由于沒有涉及到幅度的調(diào)節(jié)，故沒有附加外圍放大電路。通過顯波器驗(yàn)證，得到了頻率及占空比可調(diào)的方波，但存在一些誤差。誤差出現(xiàn)的原因主要由以下兩點(diǎn)：（1）晶振的準(zhǔn)確度問題，這是由于器件本身存在的問題，而定時(shí)值比較小，因此出現(xiàn)誤差；（2）程序執(zhí)行需要時(shí)間，使得定時(shí)時(shí)間存在微小的誤差。解決辦法：通過驗(yàn)證，適當(dāng)調(diào)整定時(shí)器的定時(shí)值以主周期計(jì)數(shù)初值，修正存在的誤差，使輸出方波的頻率及占空比與液晶屏顯示的結(jié)果一致。6結(jié)論用單片機(jī)進(jìn)行方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我不僅加深了對單片機(jī)的理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去，而且學(xué)會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，將自己的