方波发生器设计(课程设计报告)16页.doc方波发生器设计(课程设计报告)16页.doc

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课程设计论文说明书题目方波发生器的设计院(系)专业电子信息工程学生姓名学号指导教师职称20年月日第1页共16页摘要本次课程设计以AT89S51单片机为核心器件,外围采用按键作为控制以及LCD1602作为显示器所设计的方波发生器。该方波发生器能实现01KHZ频率范围、占空比可调的方波输出。其核心技术为单片机并行端口的应用、单片机定时器中断应用和数字分离的ASCII码液晶显示技术。采用8个独立的按键组成控制模块,操作方便,按键控制模式可以通过程序进行设定;显示模块则由液晶屏1602构成,能显示出实时输出方波的频率及占空比,直观明了。设计过程中遇到的问题是输出方波的频率、占空比与液晶显示数据存在误差,通过不断调试程序,合理编写中断服务程序来修正误差提高精确度,达到设计要求。该方波发生器具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。关键词方波发生器;AT89S51单片机;键盘;LCD1602第2页共16页ABSTRACTTHECOURSEDESIGNAT89S51MICROCONTROLLERASTHECOREDEVICE,THEEXTERNALUSEOFBUTTONSASACONTROLANDLCD1602DISPLAYSAREDESIGNEDASASQUAREWAVEGENERATORTHESQUAREWAVEGENERATORTOACHIEVE01KHZFREQUENCYRANGE,ADJUSTABLEDUTYCYCLESQUAREWAVEOUTPUTTHECORETECHNOLOGYFORTHEAPPLICATIONOFSINGLECHIPPARALLELPORT,SCMAPPLICATIONSANDDIGITALTIMERINTERRUPTASCIICODESEPARATELIQUIDCRYSTALDISPLAYTECHNOLOGY8INDEPENDENTCOMPONENTCONTROLMODULEBUTTONS,EASYTOOPERATEKEYCONTROLMODECANBESETTHROUGHTHEPROGRAM;DISPLAYMODULECONSTITUTEDBYTHELCD1602,CANSHOWREALTIMEOUTPUTFREQUENCYANDDUTYCYCLESQUAREWAVE,INTUITIVEANDCLEARPROBLEMSENCOUNTEREDINTHEDESIGNPROCESSISTHEOUTPUTSQUAREWAVEFREQUENCY,DUTYCYCLEANDLCDDISPLAYDATAERRORSEXIST,THROUGHCONTINUOUSCOMMISSIONINGPROCESS,AREASONABLEWRITEINTERRUPTSERVICEROUTINETOCORRECTTHEERRORTOIMPROVEACCURACY,TOMEETTHEDESIGNREQUIREMENTSTHESQUAREWAVEGENERATORHASASIMPLECIRCUIT,COMPACT,LOWCOST,SUPERIORPERFORMANCEADVANTAGESKEYWORDSSQUAREWAVEGENERATOR;AT89S51MICROCONTROLLER;KEYBOARD;LIQUIDCRYSTAL1602第3页共16页目录引言41概述411设计内容412设计的基本要求42方波了生器设计方案421方案介绍422方波发生器的原理与功能53系统的硬件设计531单片机最小系统532最小键盘接口电路633液晶显示电路64系统的软件设计741主程序742显示子程序743键盘扫描程序7431频率调节7432占空比调节744定时中断服务程序75调试与性能分析851硬件调试852软件调试853性能及误差分析86结论8谢辞10参考文献11附录12第4页共16页引言本次课程设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识,以及查阅资料,培养一种自学的能力完成课程设计。并且引导一种创新的思维,把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中,不断的学习,思考和同学间的相互讨论,运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难,掌握单片机系统一般的开发流程,学会对觉问题的处理方法,积累设计系统的经验,充分发挥教学与初中的结合。全能提高个人系统开发的综合能力,开拓了思维,为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。1概述单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、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,单片机的应用领域已从面向工业控制、通信、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能用微型计算机中广泛应用的,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分开的结构较多。本课程设计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。11设计内容本次课程设计是设计一个方波发生器,用键盘控制频率和占空比变化,使用LCD液晶屏显示出来。12设计的基本要求频率可调,用6个按键来分别以不同的步长控制方波的频率变化,步长分别为/1HZ、/10HZ、/100HZ,频率设计范围为1HZ1KHZ;占空比可调,采用两个按键以设计的步长实现增加、减小波形占空比的作用,步长为/5,可调范围595。显示,将输出方波的频率以及占空比通过LCD1602液晶屏显示出来。2方波发生器设计方案在电子技术领域中,实现方波了生器的方法有很多,可以采用不同的原理及器件构成不同的路,但可以实现功能。在本次的设计中,与模拟电路有些不同,比如频率和占空比的调节并不是通过改变变阻器的阻值来完成的,而是均采用按键来实现。21方案介绍微处理器模块AT89S51,频率与占空比显示模块,8个独立键盘模块,复位电路模块,晶振电路模块。本设计中用到定时器为定时器T0,工作在方式2下,使用工作方式2是第5页共16页考虑到其定时的准确性以及稳定性。用LCD1602液晶屏来显示频率和占空比,键盘的操盘是通过键盘扫描程序与单片机共同来控制的,键盘操作来完成按要求对频率和占空比进行调节。22方波发生器的原理与功能方波发生器的原理方框图如图1所示由于系统的要求不高,比较单一的,再加上是通过定时器来调节频率和占空比,而非电阻,因此实现起来就相对简化了。仅用键盘、AT89S51和液晶屏便可完成设计,达到要求实现的功能。方波发生器工作原理与功能简单的流程为主程序扫描键盘,将设置的信息输入,处理后,通过LCD显示,并通过输出端口输出方波。单片机的晶振电路为12MHZ,用到T0定时器,采用定时中断的方式进行频率与占空比的调节。根据计算定时器T0在工作方式2下初值的公式TC256T12/F计算出定时器T0所要装入的初值。频率及占空比的显示电路由LCD1602液晶屏完成,将当前输出频率和占空比实时直观地显示在液晶上。该电路由一个复位键和8个功能键组成,其中6个按键实现不同步长频率的增加与减小,2个按键实现占空比的调节。3系统的硬件设计31单片机最小系统单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的,因而时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。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,这里采用的是内部时钟方式,外接晶振。时钟电路由片外晶体、微调电容和单片机的内部电路组成。选取频率为12MHZ和晶振,微调电容是瓷片电容。波形输出口设定为AT89S51单片机的P33口,若接示波器,则可通过示波器来观察波形,是一个矩形波。此单元电路包括内部振荡方式时钟电路、电且开关复位电路,具体电路如图2所示图1方波发生器原理框图键盘单片机AT89S51LCD1602液晶显示屏频率与占空比调节频率与占空比调节第6页共16页图2单片机最小系统32最小键盘接口电路小键盘如图3所示。它包括8个键,分别为K0K8,具体功能已在前面介绍过。小键盘中引出的8根线依次分别接单片机的P1端口。图3按键电路33液晶显示电路通过液晶1602显示输出方波的频率和占空比,其电路及功能表如图4、图5所示图4液晶屏电路图51602液晶屏引脚功能表第7页共16页4系统的软件设计方波发生器的软件设计包括主程序、延时了程序、液晶初始化程序、频率显示子程序、占空比的显示子程序、键盘扫描程序、定时器中断子程序。其中主程序用来控制整个程序的执行,它与各子程序紧密相联,共同实现方波了生器的功能的执行。41主程序主程序包括系统初始化(包括定时器的选择,工作方式的选择,定时初值的载入,液晶屏初始化及各参数的初始化)及显示程序,是一个死循环系统。其流程图如图6所示图6系统流程图42显示子程序利用分离频率的各位数值,转化为ASCII码方式将各位分别显示到LCD液晶屏上。43键盘扫描程序键盘扫描采用的是线反法,逐个进行扫描,当有键按下,执行语句。431频率调节扫描按键,分别由K1K6实现频率的加1HZ、减1HZ、加10HZ、减10HZ、加100HZ、减100HZ,当减到小于0时,频率值定为0。432占空比调节扫描按键,分别由K7、K8实现占空比加5,减5,最大占空比为95,最小占空比为5。44定时中断服务程序实时器设计为100US,采用中断方式,断电服务函数实现CNT加1。计算出周期所对应的计时个数I,I10000/PL;以及占空比对应的定时个数J,JIZKB/100;当CNT小于J时,输出高电位,当CNT大于J时输出低电位,CNT大于I时赋值为0循环实现方波输出。实现了频率以及占空比的调节。开始系统初始化显示键盘扫描中断服务第8页共16页5调试与性能分析51硬件调试硬件的测试首先是检查电路的逻辑线路是否正确,如果正确再检查原理图的线路连接是否正确,电路的布局安排是否合理等等。硬件问题比较少,主要体现在上拉电阻的使用,滤波电容的使用等,极少发生逻辑上的错误。硬件问题往往是致命的问题,其不易察觉,发现之后电路更改不容易。这就需要我们不断的实验,在实战中吸取经验教训。52软件调试软件的测试只要是检查程序的语法是否正确,数据结构安排是否妥当,时序是否正确,整体流程安排是否合理。检查妥当后,就到了系统调试最关键的一步,软硬件的协同调试,问题往往在此才能被发现。软件问题是调试中遇到问题最多的,些系统中出现过的问题有以下几处1键盘扫描程序不能实现频率数值的加减。2键盘扫描前没有设标志,出现键值读取变化不准确。3定时器的定时不正确及不稳定,反复验证后以方式2最为准确与稳定。4频率与占空比设定不正确,数值计算错误,不能正确输出波形。53性能及误差分析该方波发生器能按基本要求实现了按键控制、液晶显示以及方波输出的功能,由于没有涉及到幅度的调节,故没有附加外围放大电路。通过显波器验证,得到了频率及占空比可调的方波,但存在一些误差。误差出现的原因主要由以下两点(1)晶振的准确度问题,这是由于器件本身存在的问题,而定时值比较小,因此出现误差;(2)程序执行需要时间,使得定时时间存在微小的误差。解决办法通过验证,适当调整定时器的定时值以主周期计数初值,修正存在的误差,使输出方波的频率及占空比与液晶屏显示的结果一致。6结论用单片机进行方波发生器的设计,我不仅加深了对单片机的理论的理解,将理论很好地应用到实际当中去,而且学会了如何去培养我们的创新精神,将自己的想法通过硬件及软件去实现出来,从而不断战胜困难,超越自己。我在这一设计过程中,遇到了很多困难,出现了很多不如意的地方,但我没有气馁,努力钻研,克服了种种困难。虽然学习过单片机相关的课程,但由于平时上课对单片机知识学习得不够扎实,理解得不够透彻、一知半解,致使在运用时不能贯通,特别是编写程序实现硬件功能部分,导致在设计过程中困难重重,往往无从下手,但是通过向老师、同学请教,最后还是一步步把问题一一解决了。在这次设计过程中,我也对PROTEL99,KEIL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。
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