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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 -- 9 元

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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,theexternaluseofbuttonsasacontrolandLCD1602displaysaredesignedasasquarewavegenerator.Thesquarewavegeneratortoachieve01kHzfrequencyrange,adjustabledutycyclesquarewaveoutput.Thecoretechnologyfortheapplicationofsinglechipparallelport,SCMapplicationsanddigitaltimerinterruptASCIIcodeseparateliquidcrystaldisplaytechnology.8independentcomponentcontrolmodulebuttons,easytooperatekeycontrolmodecanbesetthroughtheprogramdisplaymoduleconstitutedbytheLCD1602,canshowrealtimeoutputfrequencyanddutycyclesquarewave,intuitiveandclear.Problemsencounteredinthedesignprocessistheoutputsquarewavefrequency,dutycycleandLCDdisplaydataerrorsexist,throughcontinuouscommissioningprocess,areasonablewriteinterruptserviceroutinetocorrecttheerrortoimproveaccuracy,tomeetthedesignrequirements.Thesquarewavegeneratorhasasimplecircuit,compact,lowcost,superiorperformanceadvantages.KeywordsSquarewavegeneratorAT89S51microcontrollerkeyboardliquidcrystal1602第3页共16页目录引言41概述41.1设计内容41.2设计的基本要求42方波了生器设计方案42.1方案介绍42.2方波发生器的原理与功能53系统的硬件设计53.1单片机最小系统53.2最小键盘接口电路63.3液晶显示电路64系统的软件设计74.1主程序74.2显示子程序74.3键盘扫描程序74.3.1频率调节74.3.2占空比调节74.4定时中断服务程序75调试与性能分析85.1硬件调试85.2软件调试85.3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。1.1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。1.2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。2.1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。2.2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3.1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P3.3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3.2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3.3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。4.1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4.2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。4.3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。4.3.1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。4.3.2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。4.4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5.1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。5.2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。5.3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。
编号:201312012344148844    大小:538.00KB    格式:DOC    上传时间:2013-12-01
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21ask上传于2013-12-01

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