分頻器的設(shè)計

1、武漢理工大學(xué)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計報告書學(xué) 號: 課 程 設(shè) 計題 目分頻信號發(fā)生器的分析與設(shè)計學(xué) 院自動化學(xué)院專 業(yè)電氣工程及自動化班 級姓 名指導(dǎo)教師月日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名: 專業(yè)班級: 題 目: 分頻信號發(fā)生器的分析與設(shè)計 要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求） 1. 設(shè):有一輸入方波信號f0（<1MHz）。要求輸出信號:f1=f0/N，N通過鍵盤輸入。2. 畫出簡要的硬件原理圖，編寫程序。 3. 撰寫課程設(shè)計說明書。內(nèi)容包括:摘要、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、附錄（程序清單）。正文部分包括:設(shè)計任務(wù)及要求、方案比較及論證、軟件設(shè)計說明（

2、軟件思想，流程，源程序設(shè)計及說明等）、程序調(diào)試說明和結(jié)果分析、課程設(shè)計收獲及心得體會。時間安排:12月26日- 12月28 日 查閱資料及方案設(shè)計12月29日- 01 月0 2日 編程01月03日-0 1月07 日 調(diào)試程序01月08日- 01月09日 撰寫課程設(shè)計報告指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名: 年 月 日目錄1設(shè)計任務(wù)及要求2 1.1設(shè)計任務(wù)2 1.2設(shè)計要求22.分頻信號發(fā)生器原理3 2.1系統(tǒng)原理框圖的設(shè)計3 2.2分頻器原理說明43.系統(tǒng)方案設(shè)計與論證5 3.1方案一:基于51單片機(jī)的分頻器設(shè)計53.1.1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計5 3.2方案二:基于8086

3、CPU的分頻器的設(shè)計83.2.1 8086CPU簡介83.2.2 8255并行I/O 芯片93.2.3 8253計數(shù)器10 3.3方案比較與選擇114軟件設(shè)計124.1 軟件流程圖12 4.2源程序13總結(jié)體會19參考文獻(xiàn)20附錄21摘要利用89C51的計數(shù)功能,按輸出要求,通過計數(shù)功能實(shí)現(xiàn)分頻的功能。采用這種方法，簡單實(shí)用。原理相對簡單，可操作性強(qiáng)。其中還簡單的介紹了如何利用8253實(shí)現(xiàn)分頻的功能。通過對比介紹，突出利用89C51實(shí)現(xiàn)分頻器的優(yōu)越性。最優(yōu)設(shè)計方案為外部信號源將信號送給51單片機(jī)計數(shù)輸入引腳T0(P3.4)，通過設(shè)置內(nèi)部的16進(jìn)制計數(shù)器的計數(shù)初值來達(dá)到計數(shù)分頻的效果，當(dāng)計數(shù)器計

4、滿后產(chǎn)生中斷，通過I/O產(chǎn)生高低電平來模擬產(chǎn)生方波信號，達(dá)到了預(yù)期分頻的效果。關(guān)鍵詞:STC89C51 分頻器 計數(shù)器 16進(jìn)制計數(shù)器 方波信號分頻信號發(fā)生器的分析與設(shè)計1設(shè)計任務(wù)及要求1.1設(shè)計任務(wù)（1）設(shè)計一個能對1MHZ 以下的脈沖信號進(jìn)行分頻的器件。（2）分頻系數(shù)由51單片機(jī)的小鍵盤輸入（2-1000）（3）由4位7段數(shù)碼管顯示分頻系數(shù)1.2設(shè)計要求（1）畫出簡要的硬件原理圖，編寫程序。（2）撰寫課程設(shè)計說明書2.分頻信號發(fā)生器原理2.1系統(tǒng)原理框圖的設(shè)計依課設(shè)要求，需要設(shè)計一個對1MHZ 以下的脈沖信號進(jìn)行分頻的器件，分頻系數(shù)由鍵盤鍵入，并用數(shù)碼管顯示分頻系數(shù)，在方案選取以后,我們決

5、定用89C51的計數(shù)功能,來實(shí)現(xiàn)分頻的功能,所以設(shè)計的分頻發(fā)生器包括89C51單片機(jī),輸入信號、輸出信號、鍵盤輸入電路、分頻顯示電路、供電電路。分頻信號發(fā)生器系統(tǒng)原理框圖如圖2-1所示：圖2-1 原理框圖2.2分頻器原理說明首先了解到，分頻就是受外部周期信號激勵的震蕩，使得到的頻率恰為激勵信號頻率的純分?jǐn)?shù)，都叫做分頻。所以，只要一個一個周期信號的震蕩，理所當(dāng)然的就想到了計數(shù)器。計數(shù)器的選取不同，分頻頻率就不同。每隔一個計數(shù)周期輸出一次輸入信號，就實(shí)現(xiàn)了需要的功能。3.系統(tǒng)方案設(shè)計與論證3.1方案一:基于51單片機(jī)的分頻器設(shè)計3.1.1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計（1）51單片機(jī)根據(jù)原理，我們知道需

6、要一個計數(shù)器，而AT89C51具有計數(shù)功能，所以我就想到了利用AT89C51來完成。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器,即單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖3-1所示：圖3-1 AT89C51引腳圖AT89C51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，其各個引腳功能如下:VCC:+5V電源。 VSS: 接地。RST:復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個周期以上的高電平時即為有效，用來完成單片機(jī)的初始化操作。XTAL1和XTAL2:外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接外部時

7、鐘脈沖信號。P2口:內(nèi)部有上拉電阻的8位I/O口， 本次設(shè)計選用P20作為時鐘電路的輸出。（2）最小系統(tǒng)原理圖單片機(jī)最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng),對51系列單片機(jī)來說最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。89C51最小系統(tǒng)原理圖如3-2：圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.1.2 51單片機(jī)分頻器原理圖輸入信號源通過計數(shù)輸入引腳To（P3.4）將信號送給51單片機(jī)，而此時鍵盤輸入分頻系數(shù)，數(shù)碼管顯示分頻系數(shù)，而通過輸入的分頻系數(shù)，來設(shè)置16進(jìn)制計數(shù)循環(huán)的循環(huán)初值，以實(shí)現(xiàn)控制計數(shù)周期的功能。當(dāng)計數(shù)一個周期時，通過I/O端口產(chǎn)生高低電平模擬產(chǎn)生方

8、波信號，實(shí)現(xiàn)分頻的功能。89C51單片機(jī)分頻器原理圖如圖3-3：圖3-3 分頻器原理圖3.2方案二:基于8086CPU的分頻器的設(shè)計3.2.1 8086CPU簡介8086有16根數(shù)據(jù)線和20根地址線，它既能處理16位數(shù)據(jù)，也能處理8位數(shù)據(jù)。可尋址的內(nèi)存空間為1MB。8086CPU引腳圖如圖3-4：圖3-4 8086CPU引腳圖8086CPU由于引腳的使用不同，可工作在兩種工作模式下，即最小模式和最大模式。最小模式用于由8086單一微處理器構(gòu)成的小系統(tǒng)。在這種方式下，由8086CPU直接產(chǎn)生小系統(tǒng)所需要的全部控制信號。器系統(tǒng)特點(diǎn)是:總線控制邏輯直接由8086CPU產(chǎn)生和控制。若有CPU以外的其他

9、模塊想占用總線，則可以向CPU提出請求，在CPU允許并響應(yīng)的情況下，該模塊才可以獲得總線控制權(quán)，使用完后，又將總線控制權(quán)還給CPU。 最大模式用于實(shí)現(xiàn)多處理機(jī)系統(tǒng)，其中，8086CPU被稱為主處理器，其他處理器被稱為協(xié)處理器。在這種方式下，8086CPU不直接提供用于存儲器或I/O讀寫的讀寫命令等控制信號，而是將當(dāng)前要執(zhí)行的傳送操作類型編碼為3個狀態(tài)位輸出，由總線控制器8288對狀態(tài)信號進(jìn)行譯碼產(chǎn)生相應(yīng)控制信號。最大模式系統(tǒng)的特點(diǎn)是:總線控制邏輯由總線控制器8288產(chǎn)生和控制，即8288將主處理器的狀態(tài)和信號轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)總線命令和控制信號。協(xié)處理器只是協(xié)助主處理器完成某些輔助工作，即被動的接受并

10、執(zhí)行來自主處理器的命令。和8086配套使用的協(xié)處理器有兩個:一個是專用于數(shù)值計算的協(xié)處理器8087，另一個是專用于輸入輸出操作的協(xié)處理器8089。8087通過硬件實(shí)現(xiàn)高精度整數(shù)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。8089有其自身的一套專門用于輸入輸出操作的命令系統(tǒng)，還可帶局部存儲器，可以直接為輸入輸出設(shè)備服務(wù)。增加協(xié)處理器，使得浮點(diǎn)運(yùn)算和輸入輸出操作不再占用8086時間，從而大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。部分引腳功能GND:接地線TEST:測試信號，輸入低電平有效BHE:為0時，總線高字節(jié)允許傳送；為1時，總線高字節(jié)禁止傳送DT/R:數(shù)據(jù)驅(qū)動器數(shù)據(jù)流向控制信號。當(dāng)DT/R#1時，數(shù)據(jù)驅(qū)動器進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；DT/R#0時，數(shù)

11、據(jù)驅(qū)動器進(jìn)行數(shù)據(jù)接收DEN:數(shù)據(jù)使能信號，輸出，三態(tài)，低電平有效。 用于數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器的控制信號。為0時，數(shù)據(jù)輸出有效，與DT/R#配合，用于控制雙向數(shù)據(jù)總線收發(fā)器的開與關(guān)ALE:地址鎖存使能信號，輸出，高電平有效。是用來作為地址鎖存器的鎖存控制信號3.2.2 8255并行I/O 芯片8255作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個部分:與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分3.2.3 8253計數(shù)器8253是可編程計數(shù)器/定

12、時器,8253具有3個獨(dú)立的計數(shù)通道，采用減1計數(shù)方式。在門控信號有效時，每輸入1個計數(shù)脈沖，通道作1次計數(shù)操作。當(dāng)計數(shù)脈沖是已知周期的時鐘信號時，計數(shù)就成為定時。計數(shù)器通過三個引腳和外部聯(lián)系，一個為時鐘輸入端CLK，一個為門控信號輸入端GATE，另一個為輸出端OUT。每個計數(shù)器內(nèi)部有一個8位的控制寄存器，還有一個16位的計數(shù)初值寄存器CR、一個計數(shù)執(zhí)行部件CE和一個輸出鎖存器OL。讓8253工作在方式3，就 可以作為分頻器使用。8253 根據(jù)輸入的分頻系數(shù)，把從clk 口輸入的高頻率脈沖進(jìn)行分頻。分頻的具體方法是，先輸入分頻系數(shù)，保存起來，開始時，out 輸出的是高電平，向wr 輸入一個負(fù)脈

13、沖后，從該負(fù)脈沖上升后，clk 第一個下降沿開始，每過一個clk 輸入波形的周期將輸入的分頻系數(shù)減一，當(dāng)減到分頻系數(shù)的一半時，out輸出低電平，分頻系數(shù)減到0 時，再輸入高電平，并重復(fù)，這樣，設(shè)分頻系數(shù)為n, out就輸出周期為clk周期的n倍，換句話說，就是把clk 方波的頻率分成了原來的1/n。8253計數(shù)器的引腳圖如圖3-5:圖3-5 8253計數(shù)器引腳圖 3.2.4 系統(tǒng)原理圖根據(jù)分頻器原理，系統(tǒng)原理圖如圖3-6所示：圖3-6 系統(tǒng)原理3.3方案比較與選擇方案一:利用89C51的計數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)分頻的功能，電路簡單，芯片相對較常用，掌握較熟練，相比之下，更利于完成本次課設(shè)。唯一的缺點(diǎn)就是

14、，輸出不是那么精確。方案二:用8086作為CPU，利用8253的計數(shù)方式3的計數(shù)功能，以及8255來實(shí)現(xiàn)分頻的功能，但是，此方案用到了三個需編程芯片，而這些芯片都相對較復(fù)雜。為了更好的完成本次課設(shè)，在小組成員討論后，最終我們選擇了方案一。即利用89C51來實(shí)現(xiàn)分頻的功能。4軟件設(shè)計4.1 軟件流程圖軟件流程圖如圖1-1所示:開啟To計數(shù)器等待計數(shù)中斷P1.5口取反是否有信號輸入設(shè)置To計數(shù)器計數(shù)初值等待鍵盤輸入分頻系數(shù)開始NY結(jié)束初始化51單片機(jī)4.2源程序#include<reg51.h>sbit beep=P23;sbit dula=P26;sbit wela=P27;unsi

15、gned char i=100;unsigned char j,k,temp,key;void delay（unsigned char i） /延時函數(shù)定義 for（j=i;j>0;j-） for（k=125;k>0;k-）;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;display（unsigned char num） P0=tablenum; dula=1; dula=0; P0=0xc0; wela=1; we

16、la=0;void keyscan（） /鍵盤檢測函數(shù) while（1） P2=0xfe; temp=P3; temp=temp&0xf0; if（temp!=0xf0） delay（10）; if（temp!=0xf0） temp=P3; switch（temp） case 0xee: key=0; break; case 0xde: key=1; break; case 0xbe: key=2; break; case 0x7e: key=3; break; while（temp!=0xf0） temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1;

17、 display（key）; P1=0xfe; P3=0xfd; temp=P3; temp=temp&0xf0; if（temp!=0xf0） delay（10）; if（temp!=0xf0） temp=P3; switch（temp） case 0xed: key=4; break; case 0xdd: key=5; break; case 0xbd: key=6; break; case 0x7d: key=7; break; while（temp!=0xf0） temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; display（key）

18、; P1=0xfc; P3=0xfb; temp=P3; temp=temp&0xf0; if（temp!=0xf0） delay（10）; if（temp!=0xf0） temp=P3; switch（temp） case 0xeb: key=8; break; case 0xdb: key=9; break; case 0xbb: key=10; break; case 0x7b: key=11; break; while（temp!=0xf0） temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; P1=0xf8; P3=0xf7; temp=

19、P3; temp=temp&0xf0; if（temp!=0xf0） delay（10）; if（temp!=0xf0） temp=P3; switch（temp） case 0xe7: key=12; break; case 0xd7: key=13; break; case 0xb7: key=14; break; case 0x77: key=15; break; while（temp!=0xf0） temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; display（key）; P1=0xf0; void main（） TMOD=0x01;

20、/模式設(shè)置，00000001，設(shè)置定時器0工作在模式1（M1=0，M0=1）。TR0=1; /打開定時器TH0=0Xff; /定時器設(shè)置，每隔100微秒發(fā)起一次中斷。TL0=0Xa4;ET0=1; /開定時器0中斷EA=1; /開總中斷5總結(jié)體會通過為期十余天的微機(jī)原理課程設(shè)計分頻信號發(fā)生器的設(shè)計與分析，我首先了解到了分頻、倍頻之間的定義和區(qū)別，構(gòu)思和設(shè)計過程中，了解分頻原理后，通過原理，很快就制定了這個設(shè)計的框圖，而下一步，自然而然的就是，通過框圖每個區(qū)域的功能，選擇正確的芯片和電路。最終構(gòu)思了兩個截然不同的方案，通過方案的操作性，復(fù)雜度，和效果對比，最終選擇了我們的主方案。完成了此次課程設(shè)計。在本次課設(shè)中，我重新認(rèn)識了89C51，20個引腳的功能，以及各個引腳組合所能