課程設(shè)計(jì)（論文）基于MCS51單片機(jī)的可調(diào)頻率方波

1、摘要本實(shí)驗(yàn)是基于philips at89c51 單片機(jī)所設(shè)計(jì)的，可以實(shí)現(xiàn)鍵位與數(shù)字動(dòng)態(tài)顯示的一種頻率可調(diào)方波發(fā)生器。通過(guò)鍵盤(pán)鍵入(10hz-9999hz)隨機(jī)頻率，使用七段數(shù)碼管顯示，每一個(gè)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)一個(gè)鍵位。單片機(jī)對(duì)各個(gè)鍵位進(jìn)行掃描，確定鍵位的輸入，然后數(shù)碼管顯示輸入的數(shù)值，方波發(fā)生器輸出以數(shù)碼管顯示的數(shù)值為頻率的方波。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 七段數(shù)碼管 鍵盤(pán)電路 頻率可調(diào)方波發(fā)生器一、目的和功能1.1 目的：設(shè)計(jì)一種頻率范圍限定且可調(diào)的方波發(fā)生器，志在產(chǎn)生特定頻率的方波。1.2功能：假設(shè)鍵盤(pán)是4*4的鍵盤(pán)，當(dāng)鍵盤(pán)輸入范圍在10hz-9999hz的數(shù)字，單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示該數(shù)值，并把該數(shù)值當(dāng)做方波

2、發(fā)生器的輸入頻率，單片機(jī)控制該方波發(fā)生器以該數(shù)值作為頻率顯示方波，從而得到我們想要頻率的方波。二、硬件設(shè)計(jì)2.1 硬件設(shè)計(jì)思想鍵盤(pán)的數(shù)字和鍵位關(guān)系固定，通過(guò)鍵盤(pán)輸入產(chǎn)生頻率，通過(guò)led數(shù)碼管顯示出來(lái)，每一個(gè)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)一個(gè)鍵位?；驹O(shè)備是基于philips at89c51單片機(jī)，外圍設(shè)備采用的是4個(gè)七段數(shù)碼管，philips at89c51單片機(jī)，1個(gè)oscilloscope 方波發(fā)生器，16個(gè)button，若干電阻，電源電池。2.2 部分硬件方案論述2.2.1 七段數(shù)碼管掃描顯示方式的方案比較方案一： 靜態(tài)顯示方式：靜態(tài)顯示方式是指當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，七段數(shù)碼管的每段發(fā)光二極管的位選始終被

3、選中。在這種顯示方式下，每一個(gè)led數(shù)碼管顯示器都需要一個(gè)8位的輸出口進(jìn)行控制。靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)，cpu才去執(zhí)行顯示更新子程序，這樣既節(jié)約了cpu的時(shí)間，又提高了cpu的工作效率。其不足之處是占用硬件資源較多，每個(gè)led數(shù)碼管需要獨(dú)占8條輸出線。隨著顯示器位數(shù)的增加，需要的i/o口線也將增加。方案二： 動(dòng)態(tài)顯示方式：動(dòng)態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點(diǎn)亮每位顯示器（稱為掃描），即每個(gè)數(shù)碼管的位選被輪流選中，多個(gè)數(shù)碼管公用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅對(duì)位選選中的數(shù)碼管有效。對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮

4、一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過(guò)調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則顯示器的公共端只需一個(gè)8位i/o口進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)8位口（稱為段碼輸出）。動(dòng)態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件資源，成本較低。但在控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，要保證顯示器正常顯示，cpu必需每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次顯示子程序，占用cpu大量時(shí)間，降低了cpu的工作效率，同時(shí)顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。由于philips at89c51單片機(jī)本身提供的i/o口有限，因此我們選擇方案二動(dòng)態(tài)掃描方式。掃描方式中在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，

5、每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的約1ms，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。節(jié)約了電能，節(jié)省 了i/o口。2.2.2 鍵盤(pán)連接方式方案比較方案一：獨(dú)立式鍵盤(pán)一個(gè)具有4個(gè)按鍵的獨(dú)立式鍵盤(pán)，每一個(gè)按鍵的一端都接地，另一端接mega16的i/o口。獨(dú)立式鍵盤(pán)每一按鍵都需要一根i/o線，占用mega16的硬件資源較多。因此獨(dú)立式鍵盤(pán)只適合按鍵較少的場(chǎng)合。鍵盤(pán)是一組按鍵或開(kāi)關(guān)的集合，鍵盤(pán)接口向計(jì)算機(jī)提供被按鍵的代碼。特點(diǎn)：使用方便、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。方案二：矩陣式鍵盤(pán)我們采用44矩陣式鍵

6、盤(pán)，鍵盤(pán)的行線x0x3通過(guò)電阻接+5v，當(dāng)鍵盤(pán)沒(méi)有鍵閉合時(shí)，所有的行線和列線斷開(kāi)，行線x0x3均呈高電平。當(dāng)鍵盤(pán)上某一鍵閉合時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線與列線短路，此時(shí)該行線的電平將由被短路的列線電平所決定。如果將行線接至單片機(jī)的輸入端口，列線接至單片機(jī)的輸出端口，則在單片機(jī)的控制下使列線y0為低電平，其余三根列線y1、y2、y3均為高電平，然后單片機(jī)讀輸入口狀態(tài)(即鍵盤(pán)行線狀態(tài))，若x0、x1、x2、x3均為高電平，則y0這一列上沒(méi)有鍵閉合，如果讀出的行線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的行線和0相交的鍵處于閉合狀態(tài)。如果y0這一列沒(méi)有鍵閉合，緊接著使列線y1為低電平，其余列線為高電平，用同樣的方法檢查

7、y1這一列有無(wú)鍵閉合，如此類推。這種逐行逐列地檢查鍵盤(pán)狀態(tài)的過(guò)程稱為對(duì)鍵盤(pán)的掃描。cpu對(duì)鍵盤(pán)的掃描可以采取程序控制的隨機(jī)方式，cpu空閑時(shí)才掃描鍵盤(pán)；也可以采取定時(shí)控制方式，每隔一段時(shí)間，cpu對(duì)鍵盤(pán)掃描一次；還可以采用中斷方式，當(dāng)鍵盤(pán)上有鍵閉合時(shí)，向cpu請(qǐng)求中斷，cpu響應(yīng)鍵盤(pán)發(fā)出的中斷請(qǐng)求，對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，以識(shí)別哪一個(gè)鍵處于閉合狀態(tài)，并對(duì)鍵輸入信息作相應(yīng)處理。因?yàn)槿绻捎锚?dú)立式鍵盤(pán)philips at89c51的i/o口對(duì)于方案一來(lái)說(shuō)將是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用的，為了節(jié)省i/o口，使我們的設(shè)計(jì)能夠順利進(jìn)行，我們選用方案二矩陣連接式鍵盤(pán)。為了能夠較為簡(jiǎn)單的編程，和節(jié)省cpu的資源，我們采用定時(shí)掃描，

8、每隔一段時(shí)間，cpu對(duì)鍵盤(pán)掃描一次，并將鍵值讀入。2.3 硬件電路圖三、軟件3.1 軟件設(shè)計(jì)基本思想：鍵盤(pán)的不間斷掃描。4個(gè)八段數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。方波發(fā)生器方波的輸出3.2 程序框圖產(chǎn)生初值是否有按鍵按下初始化8端數(shù)碼管的顯示鍵值讀取鍵值顯示方波顯示3.3 程序功能初始化后單片機(jī)產(chǎn)生初值，將初值以動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示于八段數(shù)碼管 ，同時(shí)還對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，在掃描后，單片機(jī)讀取鍵值，并將鍵值通過(guò)數(shù)碼管模塊顯示出來(lái)，方波發(fā)生器輸出該頻率的方波。四、總結(jié)4.1 已達(dá)到的成果：硬件電路圖和鍵盤(pán)及顯示的程序。4.2 未完成的部分：軟件關(guān)于實(shí)行初值計(jì)算部分以及仿真。4.3 設(shè)計(jì)感悟：這一次課程設(shè)計(jì)遇到了很

9、多問(wèn)題。硬件基本上是沒(méi)有問(wèn)題的，每個(gè)人都會(huì)做；但是程序是我們的弱點(diǎn)，還有就是分工合作，很多時(shí)候都是有分歧，還好最后還有水兵幫忙，使得我們的程序進(jìn)一步完善。做完這個(gè)程序只是我們學(xué)做程序的開(kāi)始吧，今后會(huì)繼續(xù)加強(qiáng)我們?cè)谧龀绦蛏系墓αΑ８戒浺?程序代碼disbuf equ 30hsegbuf equ 34hledsp equ 37hhdhz bit 20h.1 org 0000h ljmp main org 001bh ljmp timer1 org 000bh ljmp timer0 org 0030hmain: mov sp,#5fh lcall scan ;跳轉(zhuǎn)到鍵盤(pán)控制電路子程序 lcall

10、ft0th ;利用頻率求初值程序 mov t2con,#04h mov th2,s1 mov tl2,s0 mov rcap2h,s1 mov rcap2l,s0 setb et2 setb ea anl tmod,#0f0h orl tmod,#10h mov th0,#8ah mov tl0,#0d0h setb et1 setb tr1 setb eaft0th: mov r0,#divbuf1 ;|除數(shù)賦值 10進(jìn)制轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制 mov r1,#divbuf2mov a,r0add a,#3;|53hmov r0,amov r1,#0inc r1mov a,r0mov r1,adec

11、 r0 ;| 52hmov a,r0mov b,#10mul abclr caddc a,r1mov r1,adec r0 ;| 51hmov a,r0mov b,#100mul abaddc a,r1mov r1,adec r1mov a,r1addc a,bmov r1,adec r0 ;| 50hinc r1mov a,r0mov b,#10mul abmov b,#100mul abaddc a,r1mov r1,adec r1mov a,r1addc a,bmov r1,a ;|choice:movr0,#divamov r0,#00h;|被除數(shù)為5*105 = 0007a120h

12、inc r0mov r0,#07hinc r0mov r0, #0a1hinc r0mov r0, #20hdiv3216:mov 40h,#0 ;|除法運(yùn)算mov 41h,#0mov r7,#32;鍵盤(pán)部分scan: jnb keyvaled,$clr keyvaledlcall keyscanmov a,keynametimer1:push pswpush awsetb rs1clr rs0mov th1,#8ahmov tl1,#0d0hmov p3,#0fhmov a,p3anl a,#0fhcjne a,#0fh,next21setb cjmp next22next21:clr cn

13、ext22:mov a,keysturlc a mov keystu,aanl a,#07hcjne a,#2,next23anl keystu,#00h jmp exit2next23: cjne a,#4,next24setb keyvaledjmp exit2next24:cjne a,#5,exit2orl keystu,#07hexit2:pop accpop pweretikeyscan:mov r7,#4mov r5,#0mov r6,#11110111bop1:mov a,r6rl a mov r6,amov p3,amov a,p3anl a,#0fhrl a,#0fhjnz

14、 next31inc r5djnz r7,loop1sjmp exit3next31:jne acc.0,next32mov r4,#0sjmp next35next32:jnb acc.1,next33mov r4,#1sjmp next35next33:jnb acc.2,next34mov r4,#2sjmp next35next 34:mov r4,#3next35:mov a,r4rl a rl aadd a,r5mov dptp,#keytabmovc a,a+dptpmov keyname,aexit3:retdisplay:mov ledsp,#00hlcall bin t0b

15、cdlcall bcd t0segljmp looptime r0:push pswpush accsetb rs0clr rs1mov th0,#0e4amov tl0,#0a8hmov a.cedspanl a,#04hcjne a,#0,next11mov p2,#00001d00badd a#segbufmov r0,amov p0,amov p0,r0cjmp exit1next11:cjne a,#2,next12mov p2,#00000100badd a,#segbufmov r0,amov p0,r0lkmp exit1next12:cjne a,#1,next13mov p2,#00000010badd a,#segbufmov r0,amov p0,r0ljmp exit1next13:mov p2,300000001bad a,#segbufmov r0,amov p0,r0exit1:inc ledspmov a,ledspanl a,#01acjne a,#04a,belowbelow:jc retunmov ledsp,#00hreturn:pop accpop pswretibin t0bcd:mov r0,3disbuf+3mov a,keynamemov b,#10