數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器講解

1、江西理工大學應用科學學院信息工程 系課程設計說明書 課程名稱：電子線路課程設計 課題名稱：數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 參與人員姓名： 楊 玲 班級、學號 電信 103,02 號 參與人員姓名： 萬淑萍 班級、學號 電信 103,20 號 參與人員姓名： 張曉琴 班級、學號 電信 103,27 號 參與人員姓名： 劉潞瑤 班級、學號 電信 103,30 號 完 成 時 間： 2013年 01月 10日 指 導 老 師： 梁小鵬 指導老師評語： 得分： 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 目錄 一 摘要 1 二 設計內(nèi)容及指標 2 三 設計條件 2 四 設計分析 4 五 總體電路圖 10 六 心得體會 1

2、1 七 參考文獻 13 八 附件 14 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 一 摘要 : 單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗低、 使 用方 便、價格低廉 等一系列 優(yōu)點，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 的 應 用 領(lǐng) 域 已 經(jīng) 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 產(chǎn) 品 、 辦 公 自 動 化 、 汽 車 電 子 、 PC 機 外 圍 一 記 網(wǎng) 絡通訊等廣大領(lǐng)域。 單片機有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一種是在通用微型計算機中 廣

3、 泛采 用的 ，將程 序存 儲器 和數(shù) 據(jù)存 儲器 合 用一 個存 儲器 空間 的結(jié)構(gòu)，成為普林斯機構(gòu)。另一種是將程序存 儲器個數(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， 目前單片機以采用程序存儲器截然分 開的結(jié)構(gòu)多。本課題討論 的 占 空 比 可 調(diào) 的 信 號 發(fā) 生 器 的 核 心 是 目 前 應 用 極 為 廣 泛 的 51 系列單片機。 基于單片機的信號發(fā)生器的設計，該課題的設計目的是充 分 運 用 大 學 期 間 所 學 的 專 業(yè) 知 識 ，考 察 現(xiàn) 在 正 在 使 用 的 信 號 發(fā) 生 器的 基本 功能 ，完成一個基 本的實際 系統(tǒng)的設 計全過程 。關(guān)

4、 鍵 是 這 個 實 際 系 統(tǒng) 設 計 的 過 程 ，在 整 個 過 程 中 我 可 以 充 分 發(fā) 揮 自 動化 的專 業(yè)知 識。特 別是 這個 信號 發(fā)生 器 的設計 中 涉及 到一 個 典型 的控 制過 程。通 過單 片機 控制 一個 有 特殊功 能 的信 號發(fā) 生 芯片 ，可以 產(chǎn)生一 系列有規(guī) 律的幅度 和頻 率 可調(diào)的 波形 。這 樣一個信號發(fā)生器裝置在控制領(lǐng)域有 相當廣泛的應用范圍。因 為產(chǎn)生一系列的可調(diào)波形可以作為其他一些設備的數(shù)值輸入， 還 可以 應用 與設 備檢 測 ，儀器 調(diào)試等場 合。高頻 穩(wěn)定 的波 形信 號 也 可 以 用 于 無 線 電 波 的 調(diào) 頻 ，解 調(diào)

5、 。這 些 都 是 現(xiàn) 代 生 活 中 必 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 不可少的一些應用 二 設計內(nèi)容及指標 : 1. 設計一個可通過加/ 減控制鍵調(diào)整脈寬占空比的矩形脈沖 信號發(fā)生器。 2. 脈寬占空 比調(diào)整 范圍為 1%98%。 3. 控制鍵分別設為“+” 、“-”鍵，可分別加/ 減脈寬占空 比 ， 可 控 步 長 為 1%。 4. 具 有 2 位 占 空 比 的 數(shù) 字 顯 示 。 5. 輸出信號的頻率范圍為 1Hz20kHz。 三 設計條件 : 3.1課題任務（系統(tǒng)整體功能要求）： 數(shù)控脈寬脈沖信號發(fā)生器能夠在脈寬控制鍵的控制下， 按 確 定 的 步 長 改 變 ，輸 出 脈

6、沖 信 號 占 空 比 ，即 使 脈 沖 寬 度 可 調(diào) ， 同時以占空比的形式顯示脈寬情況。 3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求： 數(shù)控脈寬脈沖信號發(fā)生器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如 圖1 所示， 其 中 輸 入 脈 沖 由 外 部 信 號 源 提 供 ，脈 沖 寬 度 控 制 鍵 用 以 選 擇 輸 出 信號 的脈 沖寬 度，脈 寬變 換電 路根 據(jù)脈 寬 控制鍵 產(chǎn) 生要 求的 脈寬信號，占空比顯示電路可顯示輸 出信號f0 的占空比。 3.3 使用的元器件 元件名稱 規(guī)格及用途 數(shù)量 2 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 AT89c51 單片機芯片 1片 CRTSTAL 晶振 1個 CAPACITOR 電容 若

7、干 OPTOELECTRONIC 七段數(shù)碼管 2個 BUTTON 按鍵 4個 RESISTOR 電阻 若干 表 3.1 3.4 設計提示 圖 3.1 四: 設計分析 3 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 1 、時鐘電路 圖 4.1 作用：晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通 常一個系 統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步 。有些通訊系統(tǒng)的基頻 和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 2、復位電路 圖 4.2 作用：計算機在啟動運行時都需要復位，復 位是使中央處理器 CPU和內(nèi)部其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)。 3、按鍵控制 圖 4.3 作用

8、：加/ 減 控制 鍵調(diào)整 脈 寬占空 比 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 4、數(shù)碼管顯示 圖 4.4 作用： 顯示占空比。 5、單片機最小系統(tǒng) 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 圖 4.5 單片機的最小系統(tǒng)是由組成單片機系統(tǒng)必需的一些元件 構(gòu)成的，除 了單片機之外，還 需要包括電源供電電路、時 鐘電 路、復位電路。單 片機最小系統(tǒng)電路（單片機電源和地沒 有標 出）。 單片機最小系統(tǒng) 1、時鐘電路 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 單片機工作時，從 取指 令到譯碼再進行微操作，必 須在時 鐘 信號 控制 下才 能有 序 地進 行，時鐘 電路 就 是為單 片 機工 作提 供基本時鐘的。單片

9、機的時鐘信號通常 有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部 時鐘方式和外部時鐘方式。 內(nèi) 部 時 鐘 方 式 的 原 理 電 路 如 圖 所 示 。 在 單 片 機 XTAL1 和 XTAL2 引腳上跨接 上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單 片機 片內(nèi)的電路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩 器。晶振的取值范圍一般 為 024MHz，常用的晶振頻率有 6MHz、 12 MHz、 11.0592 MHz、 24 MHz 等 。一些新 型的單片 機還可 以選 擇更 高的 頻率 。外 接 電容的作用是對振蕩器進行頻率微調(diào) ，使振蕩信號頻率與晶振 頻 率一 致，同時起到 穩(wěn)定頻率 的作用，一 般選 用 2030pF 的瓷 片電容。

10、外 部 時 鐘 方 式 則 是 在 單 片 機 XTAL1 引 腳 上 外 接 一 個 穩(wěn) 定 的時鐘信號源，它一般適用于多片單片 機同時工作的情況，使 用同一時鐘信號可以保證單片機的工作同步。 時序是單片機在執(zhí)行指令時 CPU發(fā)出的控 制信號在 時間 上 的 先 后 順 序 。 AT89C51 單 片 機 的 時 序 概 念 有 4 個 ，可 用 定 時 單 位 來 說 明 ，包 括 振 蕩 周 期 、時 鐘 周 期 、機 器 周 期 和 指 令 周 期 。 振蕩周期：是片內(nèi)振蕩電路或片外為單片機 提供的脈 沖信 號的周期。時序中 1個振蕩周期定義為 1個節(jié)拍，用 P表示。 時鐘周期：振 蕩

11、脈沖送 入內(nèi)部時鐘電路，由 時鐘電路對其 二分頻后輸出的時鐘脈沖周期稱為時 鐘周期。時鐘周期為振蕩 周期的 2倍。時序中 1個時鐘周期定義為 1個狀態(tài)，用 S表示。 每個狀態(tài)包括 2個節(jié)拍，用 P1、 P2表示。 機器周期：機器周期是單片機完成一個基本 操作所需 要的 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 時間。一條指令的執(zhí)行需要一個或幾個 機器周期 。一個機器周 期固定的由 6 個狀態(tài) S1S6 組成。 指令周期：執(zhí) 行一條指 令所需要的時間稱為指令周期。一 般 用 指 令 執(zhí) 行 所 需 機 器 周 期 數(shù) 表 示 。 AT89C51 單 片 機 多 數(shù) 指 令 的執(zhí)行需要 1 個或 2 個

12、機器周期，只有乘除兩條指令的執(zhí)行需 要 4 個 機器 周期 。 了解了以上幾個時序的概念后，我們就可以 很快的計 算出 執(zhí)行一條指令所需要的時間。例如：若單片機使用 12MHz 的晶 振頻率，則 振蕩周期=1/ （ 12MHz） =1/12us ，時 鐘周 期=1/6us ， 機 器 周 期 =1us ，執(zhí) 行 一 條 單 周 期 指 令 只 需 要 1us ，執(zhí) 行 一 條 雙 周 期 指 令 則 需 要 2us 。 2、復位電路 無論是在單片機剛開始接上電源時，還是運行過程中發(fā)生故 障都需要復位。復位電路用于將單片機內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復到一個 確定的初始值，并從這個狀態(tài)開始工作。 單片機的

13、復位條件：必須使其 RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個（或以上） 機器周期的高電平。 單片機的復位形式：上電復位、按鍵復位。 五總體電路 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 六心得體會 1. 總結(jié)： 圖 5.1 10 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 本設計完成題目所給的設計任務，設計了一 臺數(shù)控脈 寬脈 沖信號發(fā)生器，滿足題目的基本要求和 一部分擴展功能。信號 發(fā) 生 器 有 性 能 可 靠 、精 度 高 、電 路 簡 單 的 特 點 。缺 點 還 是 存 在 的，總體來說，本 設計是成功的。在硬件實現(xiàn)之前，我 先用仿 真 軟件 對電 路進 行仿 真 ，仿真 過程中，由于 軟件的 某 些原 因有 時

14、會出現(xiàn)仿真不到正確結(jié)果，在仿真上面花費了很久的時間。 而在硬件中并不存在該類錯誤。通過此 次經(jīng)歷警告自己，電路 設計時，不 能一味的依賴仿真，仿 真只是輔助，電 路的設計還 是要硬件實現(xiàn)來發(fā)現(xiàn)問題，查找問題，解決問題。 2. 收獲與體會 回顧起此次課程設計，至 今我感慨頗多。的 確，從查 閱資 料到電路設計，從理論學習到實踐總結(jié) ，在整整兩個星期的日 子里，可 以說是苦多于甜，但 是能學到好多東西，不 僅可以鞏 固 所 學 過 的 數(shù) 電 模 電 專 業(yè) 知 識 ，而 且 學 到 了 仿 真 軟 件 的 基 本 操 作。 通過這次課程設計，我懂得了理論與實踐相結(jié)合的重要 的 ，僅有 理論 的知

15、識 是遠遠不 夠的，只有 把所 學 到的專業(yè) 知識 與 實踐 結(jié)合 起來 ，從 實踐中得 出結(jié)論，才 能真 正 的理解掌 握理 論 知 識 ，提 高 自 己 的 實 際 動 手 能 力 和 獨 立 思 考 能 力 。在 設 計 的 過 程中 難免 會遇 到各 種 各樣 的問 題，但 是我 們迎 難而 上，通過 查資料和請教老師努力研究、解決問題 ；同時在分析測容原理 與設計的過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處 ，如對以前學過的專業(yè)知 識 理解 的不 夠深 刻，掌握的不 夠牢固，我 們通 過 認真學習 和掌 握專業(yè)知識可以更好的完成課程設計。 我們組四人依據(jù)分工，高效率的查詢了大量資料，電路 11 電子線

16、路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 圖是我們依據(jù)原理自行設計，然而結(jié)果卻與理論上有不少出 處，隨著今后的學習我們也會繼續(xù)將之 改進。此次課程設計不 僅進一步鞏固了我們是對電子技術(shù)知識的學習也鍛煉了我們 的團隊合作能力。 七參考文獻 1. 林濤. 數(shù)字電子技術(shù). 清華大學出版社.2006 12 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 2. 高 吉 祥 . 電 子 技 術(shù) 基 礎 實 驗 與 課 程 設 計 . 電 子 工 業(yè) 出 版 社 .2002 3. 陳明義. 電子技術(shù)課程設計實用教程. 中南大學出版 社 .2002 4. 崔瑞 雪 電子 技 術(shù)動 手實 踐 北京 航空 航天 大學 出版 社 2007

17、 八附件 #include 13 電子線路課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int float fosc=12000000; sbit key1=P10; sbit key2=P11; sbit key3=P12; sbit key4=P13; sbit clk=P14; /系統(tǒng)時鐘頻率 /控制頻率的增加 /控制頻率的減少 /控制占空比的增加 /控制占空比的減少 uint zkb=50; uint fre=50; /占空比初值，取值范圍為 1 到 99 /頻率初值， 取值范圍為 1 到 20000 u

18、int time0_H,time0_L,time1_H,time1_L; uint zkb_shi,zkb_ge; uchar table=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F; void delayms(uint z) uint i,j; for(i=z;i-;i0) for(j=110;j-;j0); void init() TMOD=0 x11; /定時器 0和 1 都工作在方式 1 time0_H=0 xB1; time0_L=0 xE0; time1_H=0 xD8; 14 P2=0 x6D; 電子線路

19、課程設計數(shù)控脈寬脈沖發(fā)生器 time1_L=0 xF0; TH0=0 xB1; /定時器 0 裝入初值，計數(shù)器計數(shù) 20000 次， 20ms TL0=0 xE0; TH1=0 xD8; /定時器 1 裝入初值，計數(shù)器計數(shù) 10000 次， 10ms IT0=1; / 外部中斷 0 為邊沿觸發(fā) EX0=1; /開外部中斷 0 ET0=1; /定時器 T0 中斷允許 ET1=1; /定時器 T1 中斷允許 EA=1; /開啟總中斷 TR0=1; /開啟定時器 0 TR1=1; / 開啟定時器 1 P0=0 x3F; / 數(shù)碼管初始化顯示占空比為 50% TL1=0 xF0; void main() init(); while(1); void