單片機(jī)頻率發(fā)生器課程設(shè)計(jì).doc

課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 任任 務(wù)務(wù) 書書 所屬課程名稱所屬課程名稱 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題題 目目 數(shù)字頻率發(fā)生器的設(shè)計(jì)數(shù)字頻率發(fā)生器的設(shè)計(jì) 分分 院院 機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院 專專 業(yè) 班業(yè) 班 級(jí)級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 B0803B0803 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 06120803070612080307 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名 楊秀周楊秀周 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 于克龍于克龍 2 目錄目錄 一 概述一 概述 3 1 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 1 2 設(shè)計(jì)要求 3 二 頻率發(fā)生器設(shè)計(jì)方案二 頻率發(fā)生器設(shè)計(jì)方案 4 2 1 方案介紹 4 2 2 頻率發(fā)生器的原理與功能 4 三 硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案三 硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 5 3 1 硬件組成 5 3 2 電路圖 6 3 3 小鍵盤接口電路 6 3 4 LED 顯示電路 7 四 軟件設(shè)計(jì)四 軟件設(shè)計(jì) 7 4 1 流程圖 7 4 2 系統(tǒng)初始化子程序 9 4 3 顯示子程序 9 4 4 參考程序 10 五 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試方法五 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試方法 13 5 1 主程序 13 5 2 選擇定時(shí)器 0 方式 1 14 5 3 計(jì)算F 14 5 4 初始值 即頻率剛開始時(shí) 14 5 5 編寫定時(shí)器 0 的中斷服務(wù)子程序 14 六 設(shè)計(jì)體會(huì)六 設(shè)計(jì)體會(huì) 14 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 15 3 數(shù)字頻率發(fā)生器的設(shè)計(jì)數(shù)字頻率發(fā)生器的設(shè)計(jì) 一 概述一 概述 單片機(jī)集成度高 功能強(qiáng) 可靠性高 體積小 功耗地 使用方便 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 幾乎 無處 不在 無所不為 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制 通訊 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(dòng)化 汽車電子 PC 機(jī)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 一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的 將程 序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合用一個(gè)存儲(chǔ)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(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器 目前的單片機(jī)以采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開的結(jié)構(gòu)為 多 本課題討論的方波發(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)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 本課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)頻率發(fā)生器 讓其產(chǎn)生方波 用 4 位數(shù)碼管顯示 方波的頻率 1 2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 1 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字頻率發(fā)生器 要求產(chǎn)生方波信號(hào) 2 能夠顯示發(fā)送信號(hào)頻率 該信號(hào)顯示為 XXXX 四位 或 010 999HZ 3 頻率范圍可調(diào) 10 1000HZ 二 頻率發(fā)生器設(shè)計(jì)方案二 頻率發(fā)生器設(shè)計(jì)方案 在電子技術(shù)領(lǐng)域中 實(shí)現(xiàn)方波發(fā)生器的方法有很多種 可以采用不同的原 理及器件構(gòu)成不同的電路 但可以實(shí)現(xiàn)相同的功能 在此次設(shè)計(jì)中 有些地方 與課題原本的具體要求有點(diǎn)不同 如實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)時(shí) 不是按要求利用調(diào)整變 4 阻器的阻值來完成的 而是用按鍵來實(shí)現(xiàn)的 2 1 方案介紹 方案介紹 微處理器模塊 AT89S52 頻率與占空比信息顯示模塊 2 4 矩陣鍵盤模塊 74LS164 移位寄存器顯示驅(qū)動(dòng)模塊 本設(shè)計(jì)中用到兩個(gè)定時(shí)器 定時(shí)器 0 和定 時(shí)器 1 其中定時(shí)器 0 工作在定時(shí)方式下 決定方波的頻率 定時(shí)器 1 同樣 工作在定時(shí)方式下 用于設(shè)定占空比 用 LED 顯示器來顯示頻率與占空比 鍵 盤的操作是通過外中斷與單片機(jī)共同來控制的 鍵盤操作來完成按要求對(duì)頻率 與占空比進(jìn)行調(diào)節(jié) 2 2 頻率發(fā)生器的原理與功能 頻率發(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 鍵盤 單片機(jī) 89S52 LED 顯 示 頻率與占 空比數(shù)據(jù) 頻率與占 空比數(shù)據(jù) 圖 1 頻率發(fā)生器原理框圖 由于系統(tǒng)的要求不高 比較單一的 再加上我們是通過定時(shí)器來調(diào)節(jié)頻率的 而非電阻 因此實(shí)現(xiàn)起來就相對(duì)簡(jiǎn)化了 僅用鍵盤 AT89S52 及串行顯示便可 完成設(shè)計(jì) 達(dá)到所要求實(shí)現(xiàn)的功能 頻率發(fā)生器工作原理與功能 簡(jiǎn)單的流程為 主程序掃描鍵盤 將設(shè)置信息輸入 處理后 輸出到 LED 顯 5 示器顯示 單片機(jī)的晶振為 11 0592MHz 用到了兩個(gè)定時(shí)器 即定時(shí)器 0 與定時(shí)器 1 分別進(jìn)行頻率與占空比的定時(shí) 兩個(gè)定時(shí)器都是工作在方式 1 根據(jù)計(jì)算定 時(shí)器初值的公式 12 2 tf TC oscL 計(jì)算出定時(shí)器 0 與定時(shí)器 1 所要裝入的初值 頻率及占空比的顯示電路由 74LS164 構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路和 LED 數(shù)碼顯示管組 成 利用八個(gè)數(shù)碼管來顯示 有五位是用來顯示頻率的 有兩位是顯示占空比 的 在頻率與占空比顯示管中間有一個(gè) LED 數(shù)碼管是用來顯示 的 用 以區(qū)分頻率顯示與占空比顯示的 此電路的鍵盤是由一個(gè)狀態(tài)鍵 四個(gè)功能鍵 調(diào)節(jié)頻率與占空比的增減 組成 其特殊之處在于利用外部中斷實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描 狀態(tài)鍵有三種狀態(tài) 當(dāng)其 處于狀態(tài) 0 時(shí) 則其它的鍵會(huì)處于無用狀態(tài) 當(dāng)其處于狀態(tài) 1 時(shí) 可通過按四 個(gè)調(diào)節(jié)鍵來調(diào)節(jié)頻率 處于第三種狀態(tài)時(shí) 按四個(gè)調(diào)節(jié)鍵中的前兩個(gè)便可對(duì)占 空比進(jìn)行調(diào)節(jié)了 三 硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案三 硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 3 1 硬件組成硬件組成 MC 51 單片機(jī) 鍵盤 LED 顯示器 鼠標(biāo) 輔助機(jī)箱 3 2 電路圖電路圖 6 圖 2 3 3 小鍵盤接口電路小鍵盤接口電路 小鍵盤如圖 3 所示 它包括 8 個(gè)鍵 系統(tǒng)中用到的鍵只有 5 個(gè) 分別為 0 號(hào) 1 號(hào) 2 號(hào) 3 號(hào) 4 號(hào)鍵 其中 0 號(hào)鍵是狀態(tài)鍵 采用外部中斷控制 用 它來確定其它幾個(gè)鍵的按鍵功能 具體作用在前述的系統(tǒng)功能中已做介紹了 另外 4 個(gè)鍵為功能鍵 調(diào)節(jié)頻率與占空比的 小鍵盤中引出的 6 根線依次分別 接單片機(jī)的 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 口 圖 3 小鍵盤接口電路 7 3 4 LED 顯示電路顯示電路 采用靜態(tài)顯示來實(shí)現(xiàn)顯示功能 如圖 4 所示 移位寄存器 74LS164 實(shí)現(xiàn) 串行輸入 并行輸出 串行數(shù)據(jù)由 RXD 輸出 從 74LS164 的 A B 端口輸入寄存 器 移位時(shí)鐘由 TXD 提供 在移位時(shí)鐘作用下 存放顯示器段碼的串行發(fā)送緩 沖器數(shù)據(jù)逐位由 A B 端移入到 74LS164 中 再由 Q0 到 Q7 并行輸出到顯示數(shù)碼 管相應(yīng)的 LED 上 8 片 74LS164 首尾相串 而時(shí)鐘端則接在一起 這部分的最 終功能是顯示頻率與占空比 顯示部分具體電路如圖 4 所示 圖 4 LED 顯示電路 四 軟件設(shè)計(jì)四 軟件設(shè)計(jì) 4 1 流程圖流程圖 主程序包括系統(tǒng)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 5 所 示 8 程序組成結(jié)構(gòu)程序組成結(jié)構(gòu) 開始 系統(tǒng)始化 顯示 圖 5 主程序流程圖 9 4 2 系統(tǒng)初始化子程序 系統(tǒng)初始化子程序 在此程序中 給所有變量賦初值 有鍵盤掃描口 選擇串行口工作方式 SCON 狀態(tài)標(biāo)志位 flag 初始頻率與占空比及其定時(shí) 定時(shí)器 0 與定時(shí)器 1 的 工作方式等 初始化時(shí)啟動(dòng)了定時(shí)器 0 與定時(shí)器 1 4 3 顯示子程序 顯示子程序 利用分離頻率的各位數(shù)值 將各位數(shù)值分別顯示出來 在程序中利用了頻率 顯示的高位滅零的方法以致最高位為 0 時(shí)就不顯示 以致顯示效果美觀化 一 共有五位是顯示頻率的 若頻率小于 10000 時(shí) 則萬位不顯示 若頻率小于 1000 時(shí) 則萬位與千位都不顯示 依次類推 占空比的顯示規(guī)律與頻率的一樣 顯示子程序流程圖如圖 6 所示 顯示子程序入口 分離頻率和占空比的各位數(shù)字 高位滅零處理 查表 串口發(fā)送各位數(shù)字字型 碼 軟件延時(shí) 結(jié)束 圖 6 顯示子程序流程圖 10 4 4 參考程序參考程序 ORG 4000H SJMP MAIN ORG 400BH LJMP 0170H DISPLAY EQU 0170H MAIN CLR P1 7 MOV SP 6FH MOV TH0 0F2H MOV TL0 0FBH MOV TMOD 01H MOV IP 20H MOV IE 82H SETB TR0 MOV 7EH 14H MOV 7DH 14H MOV 78H 14H MOV 77H 14H LCALL DISPLAY MOV 62H 00H MOV 63H 0AH MOV A 60H ANL A 0FH MOV 7BH A MOV A 60H ANL A 0F0H SWAP A MOV 7CH A MOV A 61H ANL A 0FH MOV 79H A MOV A 61H ANL A 0F0H SWAP A MOV 7AH A JP JB P1 0 JP1 LCALL YS JB P1 0 JP1 MOV A 63H ADD A 1 MOV 63H A MOV A 62H ADDC A 0 11 MOV 62H A JP1 LCALL DISPLAY MOV R2 62H MOV R3 63H LCALL BTOD MOV 60H R5 MOV 61H R6 MOV R5 15H MOV R4 16H MOV R3 05H MOV R2 00H MOV R6 62H MOV R7 63H LCALL NDIV1 CLR C MOV A 00H SUBB A R5 MOV 65H A MOV A 00H SUBB A R4 MOV 64H A LJMP KS DSQ50MS MOV TL0 65H MOV TH0 64H CPL P1 7 PTFOR RETI YS MOV R7 89H YS1 MOV R6 0F8H YS2 NOP DJNZ R6 YS2 DJNZ R7 YS1 RET BCDZHB MOV R3 0H MOV A R0 MOV R4 A IDTL MOV A R4 MOV B 10 MUL AB MOV R4 A MOV A 10 XCH A B XCH A R3 MUL AB ADD A R3 12 XCH A R4 INC R0 ADD A R0 XCH A R4 ADDC A 0 MOV R3 A DJNZ R2 IDTL RET BTOD CLR A MOV R4 A MOV R5 A MOV R6 A MOV R7 16 BTOD1 CLR C MOV A R3 RLC A MOV R3 A MOV A R2 RCL A MOV R2 A MOV A R6 ADDC A R6 DA A MOV R6 A MOV A R5 ADDC A R5 DA A MOV R5 A MOV A R4 ADDC A R4 DA A MOV R4 A BJNZ R7 BTOD1 RET NDIV1 MOV A R3 CLR C SUBB A R7 MOV A R2 SUBB A R6 JNC NDIV5 MOV R0 16 NDIV2 CLR C MOV A R5 RLC A 13 MOV R5 A MOV A R4 RLC A MOV R4 A MOV A R3 RLC A MOV R3 A XCH A R2 RLC A XCH A R2 MOV F0 C CLR C SUBB A R7 MOV A R2 SUBB A R6 JB F0 NDIV3 JC NDIV4 NDIV3 MOV R2 A MOV A R1 MOV R3 A INC R5 NDIV4 DJNZ R0 NDIV2 CLR F0 RET NDIV5 SETB F0 RET 五 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試方法五 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試方法 5 1 主程序 主程序 首先讓顯示器顯示為 0010 HZ 用定時(shí)器軟件 t定時(shí) 50ms 則 t 2t定時(shí) 1000mms 0 1s 則其頻率為 f 10HZ 調(diào)試修改 t定時(shí) 5ms 則 t 2t定時(shí) 10ms 0 01ms 則 f 100HZ t定時(shí) 0 5ms 則 t 2t定時(shí) 1ms 0 001ms 則 f 1000HZ 定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)為 X 16 位 分別為 TH0 高 8 位 TL0 低八位 14 5 2 選擇定時(shí)器 選擇定時(shí)器 0 方式 方式 1 t定時(shí) 216 X 12 fosc fosc 8MHZ 8 106 設(shè)定頻率值求 f 求 T 求 t定時(shí) 采用倒求法 則 t定時(shí) T 2 1 2f 代入上式 t定時(shí) 216 X 12 focs 得 1 2f 216 X 12 focs 則 X 216 focs 2f 12 216 8 106 24f 216 106 3f F2FBH 運(yùn)用乘除法程序 5 3 計(jì)算 計(jì)算 f 根據(jù)其范圍是多大值 然后分配存儲(chǔ)器 如果結(jié)果是小于 256 就使用一個(gè) 單元存儲(chǔ) 如果是大于 256 則就應(yīng)該使用多個(gè)單元存儲(chǔ) 已知 10 1000 這是需要把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制 算出結(jié)果占兩個(gè)單元 高 8 位 60H 和低 8 位 61H 分別裝在片內(nèi) RAM 內(nèi) 5 4 初始值 即頻率剛開始時(shí) 初始值 即頻率剛開始時(shí) 頻率 f 10 把其裝入 60H 和 61H 內(nèi) 如果是 000AH 則 60H 為 00 61H 為 0A 顯示 按十進(jìn)制顯示 時(shí) 將 60H 61H 內(nèi)容值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 這是需 要一個(gè)轉(zhuǎn)換程序 轉(zhuǎn)換后 會(huì)出現(xiàn)千 百 十 個(gè) 則顯示器上會(huì)顯示 滅 滅 滅 滅 千 十 百 個(gè) HZ 地址分別為 7E 7D 7C 7B 7AH 79H 78H 77H 根據(jù)上述條件執(zhí)行下列步驟 f T t定時(shí) x t定時(shí) 5 5 編寫定時(shí)器 編寫定時(shí)器 0 的中斷服務(wù)子程序的中斷服務(wù)子程序 每當(dāng)定時(shí)時(shí)間到 對(duì) P1 7 求反然后修改頻率值 設(shè)一個(gè)鍵 即為增加鍵 如示 意圖 判斷 P1 7 0 說明按下鍵 使 60H 61H 內(nèi)容加 1 也就是 f 1 實(shí)行循環(huán)指令 從四 4 處開始循環(huán) 將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)寄存在顯示器內(nèi)并不斷顯示 出來 六 設(shè)計(jì)體會(huì)六 設(shè)計(jì)體會(huì) 在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中 我不僅加深了對(duì)單片機(jī)理論的理解 將理論很好地 15 應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去 而且我還學(xué)會(huì)了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神 從而不斷地 戰(zhàn)勝自己 超越自己 更重要的是 我在這一設(shè)計(jì)過程中 學(xué)會(huì)了堅(jiān)持不懈 不輕易言棄 設(shè)計(jì)過程 也好比是我們?nèi)祟惓砷L(zhǎng)的歷程 常有一些不如意 也 許這就是在對(duì)我們提出了挑戰(zhàn) 勇敢過 也戰(zhàn)勝了 勝利的鐘聲也就一定會(huì)為 我們而敲響 但是 由于平時(shí)對(duì)單片機(jī)知識(shí)學(xué)習(xí)得不夠扎實(shí) 理解得不夠透徹 一