单片机课程设计（论文）数字频率发生器的设计

目录目录一、概述一、概述 .31.1 设计内容.31.2 设计要求.3二、频率发生器设计方案二、频率发生器设计方案 .42.1、方案介绍.42.2、频率发生器的原理与功能.4三、硬件实验设计方案三、硬件实验设计方案 .53.1 硬件组成.53.2 电路图.63.3 小键盘接口电路.63.4 LED 显示电路.7四、软件设计四、软件设计 .74.1 流程图.74.2、系统初始化子程序.94.3、显示子程序.94.4 参考程序.10五、系统的设计调试方法五、系统的设计调试方法 .135.1、主程序.135.2、选择定时器 0，方式 1.145.3、计算F.145.4、初始值（即频率刚开始时）.145.5、编写定时器 0 的中断服务子程序.14六、设计体会六、设计体会 .14参考文献参考文献 .152数字频率发生器的设计数字频率发生器的设计一、概述一、概述单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、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的结构，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，目前的单片机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。1.1 设计内容设计内容 本课程设计是设计一个频率发生器，让其产生方波，用 4 位数码管显示方波的频率。1.2 设计要求设计要求（1）设计一个数字频率发生器，要求产生方波信号。（2）能够显示发送信号频率，该信号显示为 XXXX 四位（或 010999HZ） 。（3）频率范围可调：101000HZ二、频率发生器设计方案二、频率发生器设计方案在电子技术领域中，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同的电路，但可以实现相同的功能。在此次设计中，有些地方与课题原本的具体要求有点不同。如实现频率调节时，不是按要求利用调整变3阻器的阻值来完成的，而是用按键来实现的。2.1、方案介绍、方案介绍微处理器模块 AT89S52，频率与占空比信息显示模块，24 矩阵键盘模块，74LS164 移位寄存器显示驱动模块。本设计中用到两个定时器，定时器 0 和定时器 1，其中定时器 0 工作在定时方式下， 决定方波的频率；定时器 1 同样工作在定时方式下，用于设定占空比。用 LED 显示器来显示频率与占空比，键盘的操作是通过外中断与单片机共同来控制的，键盘操作来完成按要求对频率与占空比进行调节。2.2、频率发生器的原理与功能、频率发生器的原理与功能方波发生器的原理方框图如图 1 所示键盘单片机 89S52LED 显 示频率与占空比数据频率与占空比数据图 1 频率发生器原理框图 由于系统的要求不高，比较单一的，再加上我们是通过定时器来调节频率的，而非电阻，因此实现起来就相对简化了。仅用键盘、AT89S52 及串行显示便可完成设计，达到所要求实现的功能。频率发生器工作原理与功能：简单的流程为：主程序扫描键盘，将设置信息输入，处理后，输出到 LED 显4示器显示。单片机的晶振为 11.0592MHz，用到了两个定时器，即定时器 0 与定时器1，分别进行频率与占空比的定时，两个定时器都是工作在方式 1。根据计算定时器初值的公式： 122tfTCoscL计算出定时器 0 与定时器 1 所要装入的初值。频率及占空比的显示电路由 74LS164 构成的驱动电路和 LED 数码显示管组成，利用八个数码管来显示，有五位是用来显示频率的，有两位是显示占空比的，在频率与占空比显示管中间有一个 LED 数码管是用来显示“”的，用以区分频率显示与占空比显示的。此电路的键盘是由一个状态键，四个功能键（调节频率与占空比的增减）组成，其特殊之处在于利用外部中断实现键盘扫描。状态键有三种状态，当其处于状态 0 时，则其它的键会处于无用状态，当其处于状态 1 时，可通过按四个调节键来调节频率，处于第三种状态时，按四个调节键中的前两个便可对占空比进行调节了。三、硬件实验设计方案三、硬件实验设计方案3.1 硬件组成硬件组成MC51 单片机、键盘、LED 显示器、鼠标、辅助机箱。3.2 电路图电路图 5 图 23.3 小键盘接口电路小键盘接口电路小键盘如图 3 所示。它包括 8 个键，系统中用到的键只有 5 个，分别为 0号、1 号、2 号、3 号、4 号键。其中 0 号键是状态键，采用外部中断控制，用它来确定其它几个键的按键功能，具体作用在前述的系统功能中已做介绍了；另外 4 个键为功能键，调节频率与占空比的。小键盘中引出的 6 根线依次分别接单片机的 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5 口。 图 3 小键盘接口电路63.4 LED 显示电路显示电路采用静态显示来实现显示功能，如图 4 所示。移位寄存器 74LS164，实现串行输入，并行输出。串行数据由 RXD 输出，从 74LS164 的 A、B 端口输入寄存器，移位时钟由 TXD 提供。在移位时钟作用下，存放显示器段码的串行发送缓冲器数据逐位由 A、B 端移入到 74LS164 中，再由 Q0 到 Q7 并行输出到显示数码管相应的 LED 上。8 片 74LS164 首尾相串，而时钟端则接在一起。这部分的最终功能是显示频率与占空比。显示部分具体电路如图 4 所示： 图 4 LED 显示电路四、软件设计四、软件设计4.1 流程图流程图主程序包括系统初始化及显示程序，是一个死循环系统。其流程图如图 5 所示：7程序组成结构程序组成结构开始系统始化显示图 5 主程序流程图84.2、系统初始化子程序、系统初始化子程序在此程序中，给所有变量赋初值，有键盘扫描口、选择串行口工作方式SCON、状态标志位 flag、初始频率与占空比及其定时、定时器 0 与定时器 1 的工作方式等。初始化时启动了定时器 0 与定时器 1。4.3、显示子程序、显示子程序 利用分离频率的各位数值，将各位数值分别显示出来。在程序中利用了频率显示的高位灭零的方法以致最高位为 0 时就不显示，以致显示效果美观化。一共有五位是显示频率的，若频率小于 10000 时，则万位不显示；若频率小于1000 时，则万位与千位都不显示，依次类推。占空比的显示规律与频率的一样。显示子程序流程图如图 6 所示：显示子程序入口分离频率和占空比的各位数字高位灭零处理查表，串口发送各位数字字型码软件延时结束图 6 显示子程序流程图94.4 参考程序参考程序ORG 4000HSJMP MAINORG 400BHLJMP 0170HDISPLAY: EQU 0170HMAIN: CLR P1.7 MOV SP, #6FH MOV TH0, #0F2H MOV TL0, #0FBHMOV TMOD, #01HMOV IP, #20HMOV IE, #82HSETB TR0MOV 7EH, #14HMOV 7DH, #14HMOV 78H, #14HMOV 77H, #14HLCALL DISPLAYMOV 62H, #00HMOV 63H, #0AHMOV A, 60HANL A, #0FHMOV 7BH, AMOV A, 60HANL A, #0F0HSWAP AMOV 7CH, AMOV A, 61HANL A, #0FHMOV 79H, AMOV A, 61HANL A, #0F0HSWAP AMOV 7AH, AJP: JB P1.0, JP1LCALL YSJB P1.0, JP1MOV A, 63HADD A, #1MOV 63H, AMOV A, 62HADDC A, #010MOV 62H, AJP1: LCALL DISPLAYMOV R2, 62HMOV R3, 63HLCALL BTODMOV 60H, R5MOV 61H, R6MOV R5, #15HMOV R4, #16HMOV R3, #05HMOV R2, #00HMOV R6, #62HMOV R7, #63HLCALL NDIV1CLR CMOV A, #00HSUBB A, R5MOV 65H, A MOV A, #00HSUBB A, R4MOV 64H, A LJMP KSDSQ50MS: MOV TL0, 65HMOV TH0, 64HCPL P1.7PTFOR: RETI YS: MOV R7, #89HYS1: MOV R6, #0F8HYS2: NOP DJNZ R6, YS2DJNZ R7, YS1RET BCDZHB: MOV R3, #0HMOV A, R0MOV R4, A IDTL: MOV A, R4MOV B, #10MUL ABMOV R4,A MOV A,#10XCH A,BXCH A,R3MUL ABADD A,R311XCH A,R4INC R0ADD A,R0XCH A,R4ADDC A,#0MOV R3,A DJNZ R2,IDTLRETBTOD: CLR AMOV R4,AMOV R5,AMOV R6,AMOV R7,#16BTOD1 : CLR CMOV A,R3RLC AMOV R3,AMOV A,R2RCL AMOV R2,AMOV A,R6ADDC A,R6DA AMOV R6,AMOV A,R5ADDC A,R5DA AMOV R5,AMOV A,R4ADDC A,R4DA AMOV R4,ABJNZ R7,BTOD1RETNDIV1: MOV A,R3CLR CSUBB A,R7MOV A,R2SUBB A,R6JNC NDIV5MOV R0, #16NDIV2:CLR CMOV A,R5RLC A12MOV R5, AMOV A,R4RLC AMOV R4,A MOV A,R3RLC AMOV R3,AXCH A,R2RLC AXCH A,R2MOV F0,CCLR CSUBB A,R7MOV A,R2SUBB A,R6JB F0,NDIV3JC NDIV4NDIV3: MOV R2,AMOV A,R1MOV R3, A INC R5NDIV4: DJNZ R0, NDIV2CLR F0 RETNDIV5: SETB F0RET 五、系统的设计调试方法五、系统的设计调试方法 5.1、主程序、主程序首先让显示器显示为 0010（HZ）用定时器软件 t定时=50ms，则 t=2t定时=1000mms=0.1s 则其频率为f=10HZ调试修改： t定时=5ms, 则 t=2t定时=10ms=0.01ms, 则 f=100HZt定时=0.5ms, 则 t=2t定时=1ms=0.001ms, 则 f=1000HZ定时器的时间常数为 X（16 位）分别为：TH0（高 8 位） ，TL0（低八位）135.2、选择定时器、选择定时器 0，方式，方式 1t定时=（216-X）12fosc, fosc=8MHZ=8106设定频率值求 f 求 T 求 t定时（采用倒求法）则 t定时=T/2=1/2f代入上式 t定时=（216-X）12/focs,得1/2f=（216-X）12/focs则 X=216-focs/2f12=216-8106/24f=216-106/3f=F2FBH(运用乘除法程序)5.3、计算、计算 f（根据其范围是多大值，然后分配存储器，如果结果是小于 256 就使用一个单元存储，如果是大于 256 则就应该使用多个单元存储。 ）已知=101000（这是需要把十进制数转换为十六进制）算出结果占两个单元（高 8 位 60H 和低 8 位 61H） ，分别装在片内 RAM 内。5.4、初始值（即频率刚开始时）、初始值（即频率刚开始时） 频率 f=10 把其装入 60H 和 61H 内，如果是 000AH 则 60H 为 00,61H 为 0A 显示（按十进制显示）时，将（60H） （61H）内容值转换为十进制数（这是需要一个转换程序） 转换后，会出现千、百、十、个 则显示器上会显示：灭 灭 灭 灭 千 十 百 个（HZ） ，地址分别为：7E、7D、7C、7B、 7AH、79H、78H、77H 根据上述条件执行下列步骤：fT-t定时x-t定时5.5、编写定时器、编写定时器 0 的中断服务子程序的中断服务子程序每当定时时间到，对 P1.7 求反然后修改频率值，设一个键（即为增加键）如示意图： 判断：P1.7=0 说明按下键 使（60H） （61H）内容加 1，也就是 f+1 实行循环指令，从四4 处开始循环。 （将其转换为十进制数寄存在显示器内并不断显示出来）六、设计体会六、设计体会在单片机课程设计中，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地14应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。但是，由于平时对单片机知识学习得不够扎实，理解得不够透彻、一知半解，致使在运用是不能贯通，导致在设计过程中困难重重，往往无从下手，但是通过和同组的同学一起探讨，最后还是一步一步的把所有的问题给一一解决了。在这次设计过程中，我也对word、绘图软件以及画图板等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的学习中更加熟练。总之，本次单片机课程设计让我悟出了许多东西：第一，就是对资料的搜索、整理、归类、总结、保存的能力是一个至关重要的个人能力。如果没有这种能力，在大学学习阶段，那么我们的学习将会是一种负担；今后我们走出校门，甚至在整个人生阶段，也将会碌禄无为；第二，我们要学会坚持不懈，不轻易言弃，这对于我们非常的重要。如果我们没有这种精神，一旦我们遇到一点挫折，我们也许就会被打败，以后进入社会就会没有我们的立足之地。因此，我们要珍惜大学时光，循序渐进的培养这些能力，这样才不会被瞬息万变的时代所淘汰。参考文献参考文献1.张凯编.MCS51 单片机综合系统及其设计开发.北京：科学出版社，19962.张红润编.单片机应用技术教程.第 2 版.北京：清华大学出版社，20033.姜武中编.单片机原理与接口技术.大连：大连理工大学出版社，20024. 徐君毅.单片微型机原理与应用M.上海：上海科技出版社,19955. 公茂法.单片机人机接口实例集M.北京：航空航天大学出版社,1998.6. 沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现M.北京：电子工业出版社, 2005.7. 李广弟，朱月秀等.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社, 2003.15