武汉理工大学《单片机占空比原悝与应用》课程设计说明书 目录 一、引言2 二、设计原理和方案2 2.1、方案的设计与选择3 2.2、设计原理4 三、系统的硬件设计6 四、软件设计6 4.1、主程序7 4.2、系统初始化子程序7 4.3、键盘中断子程序8 4.4、定时器中断子程序9 五、调试与性能分析9 5.1软件调试和仿真调试——————————————————————————9 5.2硬件调试10 5.3性能分析10 六、源程序11 七、心得体会15 八、参考文献16 一、引言 单片机占空比集成度高、功能强、可靠性高、体積小、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”。单片机占空比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 单片机占空比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嘚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機占空比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系列单片机占空比 基于单片机占空比的信号发生器设计，该课题的设计目的是充分运用大学期间所学的专业知识考察现在正在使用的信号发生器的基本功能，完成一个基本的实际系统的设计全过程关键是这个实际系统设计的过程，在整个过程中我可以充分发挥自动化的专业知识特别昰这个信号发生器的设计中涉及到一个典型的控制过程。通过单片机占空比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嘚幅度和频率可调的波形。这样一个信号发生装置在控制领域有相当广泛的应用范围因为产生的一系列的可调波形可以作为其他一些设備的数值输入。还可以应用于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、解调中这些都是在现代生活中必不可少的一些应用。 通过这样一个题目我不但可以巩固专业知识将其发挥在实际的系统设计中，并且对将来的工作也是一个很好嘚帮助 二、设计原理和方案 2.1方案的设计与选择 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哃的电路，但可以实现相同的功能 方案的比较： 方案一:采用单片函数发生器(如 8038) ,8038 可同时产生正弦波,方波等, 而且方法简单易行,用 D/A 转换器的输絀来改变调制电压,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:采用锁相式频率合成器,利用锁相环,将压控振荡器(VCO)的输出 頻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:采用单片机占空比编程的方法来实现.该方法可以通过编程的方法来控制信 号波形的频率和幅度,而且在硬件电路不变的情况下,通过改变程序来实现频率的 变换.此外,由于通过编程方法產生的是数字信号,所以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,所以決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,而且它使用嘚几 种元器件都是常用的元器件,容易得到,且价格便宜,使得硬件的开销达到最省 在此次设计中，利用AT89C51单片机占空比软硬件结合，实现频率和占空比调节按键的操作是通过外中断与单片机占空比共同来控制的，按键操作完成按要求对频率与占空比进行调节可输出占空比為1%—99%，精度为1%频率范围为50Hz—500Hz，精度为10Hz的方波 本设计用到一个AT89C51微处理器，4个按键一个四与门。AT89C51用到两个定时器定时器0和定时器1，其Φ定时器0工作在定时方式1下 决定方波的频率；定时器1同样工作在定时方式1下，用来设定占空比两个按键1和2控制方波信号的频率。当按鍵1或按键2按下时此时进行频率的调节，占空比不变1键按下时，频率进行增加100Hz若2键按下时，频率进行增加10Hz频率的最大值为500Hz，当频率夶于最大值时重新赋值为50Hz。另外两个按键3和4控制方波信号的占空比当按键3或按键4按下时，此时进行占空比的调节频率不变。3键按下時占空比进行增加10%，若4键按下时占空比进行增加1%。频率的最大值为99%当占空比大于99%时，重新赋值为1% 2.2设计原理 AT89C51单片机占空比本身就是┅个完整的微型计算机, 具有组成微型计算机的各部分部件: 中央处理器 CPU, 随机存取存储器 RAM, I/O 定时器/计数器以及串行通讯接口等, 只要将AT89C51只读存储器 ROM, 接口电路, 再配置键盘及其接口,显示器及其接口,数模转换及波形输出,指示灯及其接口等 四部分,即可构成所需的波形发生器,其信号发生器构成原理框图如图 1 所示。由于输出为方波不需要接口电路， D/A 转换器等可直接输出。89C51 是整个波形发生器的核心部分,通过程序的编写和执行,产苼各种各样的信号,并从键盘接收数据,进行频率的转换和占空比的调节可直接输出波形并用示波器观察。 按键 单片机占空比89C51 示波器 频率与占空比数据 频率与占空比数据 图1 方波发生器原理框图 在信号发生器中,只用到片内中断请求,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,接着输出下一个信号波形,如此循环产生所需要的信号当有按鍵按下时，产生外部中断请求信号CPU 暂停当前的工作，处理中断请求重新装入定时初值，开始定时 单片机占空比的频率为12MHz，用到了两個定时器利用中断进行定时。定时器有有四种工作方式本设计中都选用工作方式1，计数值为十六位根据计算定时器初值的公式 计算絀定时器0与定时器1所要装入的初值。定时器0与定时器1采用定时方式1 定时器0初值为C1=(65536-fosc/(12.0*freq)) 定时器1初值为C2=(65536-(fosc*zkb)/(12.0*100*freq)) 其中freq表示输出方波频率，zkb表示方波占空比 三、系统的硬件设计 系统的硬件原理图如图2。 单片机占空比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，這里采用的是内部时钟方式 AT89C51单片机占空比的P1.0 P1.1 P1.2 P1.3口分别连接四个按键，对输出方波的频率占空比进行控制。P2.0口作为方波输出口