单片机课程设计说明书-设计并实现两路相位可调方波信号发生器.doc

武汉理工大学单片机课程设计说明书课程设计任务书学生姓名: 专业班级: 电信0804 指导教师: 工作单位: 武汉理工大学 题 目: 设计并实现两路相位可调方波信号发生器初始条件：1. protues软件；2. 课程设计辅导资料：“两路相位可调方波信号发生器“、“电路设计技术与应用”等；3. 先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、protues电路设计教程及单片机原理及应用等课程要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1. 课程设计时间：1周；课程设计内容：输出两路方波信号，键盘控制频率和两信号的相位差，频率范围和变化步长值自定，相位03600，相位差变化步长值自定。用双踪示波器观察。(*能做到频率和相位差两参数独立变化更好)2. 本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目进行理论分析，针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析，画出程序设计框图，编写程序代码（含注释），上机调试运行程序，记录实验结果（含计算结果和图表），并对实验结果进行分析和总结；3. 课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括： 目录； 设计原理和方法； 系统硬件线路设计图； 程序框图； 资源分配表； 源程序 性能分析 课程设计的心得体会（至少500字）； 参考文献；时间安排：指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录1、proteus软件简介22、设计原理.2 2.1、单片机系统概述2 2.2、80c51内部结构与引脚说明 3 2.3、设计原理63、系统硬件线路设计图74、程序框图85、资源分配表96、源程序97、仿真结果127.1 初始波形127.2 调频按键触发波形127.3 调相按键触发波形138、性能分析139、心得体会1410、参考文献161、proteus软件简介proteus isis是英国labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于windows操作系统上，可以仿真、分析(spice)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和spice电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、rs232动态仿真、i2c调试器、spi调试器、键盘和lcd系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如keil c51 uvision2等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和spice分析于一身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍proteus isis软件的工作环境和一些基本操作。特点：支持arm7，pic ，avr，hc11以及8051系列的微处理器cpu模型，更多模型正在开发中，更新信息请参见网页交互外设模型有lcd显示、rs232终端、通用键盘、开关、按钮、led等；强大的调试功能，如访问寄存器与内存，设置断点和单步运行模式；支持如iar、keil和hitech等开发工具的源码c和汇编的调试；一键“make”特性：一个键完成编译与仿真操作；内置超过6000标准spice模型，完全兼容制造商提供的spice模型dll界面为应用提供特定的模式；基于工业标准的spice3f5混合模型电路仿真器14种虚拟仪器：示波器、逻辑分析仪、信号发生器、规程分析仪等；高级仿真包含强大的基于图形的分析功能：模拟、数字和混合瞬时图形；频率；转换；噪声；失真；付立叶；交流、直流和音频曲线；模拟信号发生器包括直流、正旋、脉冲、分段线性、音频、指数单频fm；数字信号发生器包括尖脉冲、脉冲、时钟和码流；集成proteus pcb设计形成完整的电子设计系统。2、设计原理2.1、 单片机系统概述单片机全称为单片微型计算机（singnle chip microcomputer）,又称mcu（micro controller unit），是将计算机的基本部分微型化，使之集成在一块芯片上的微机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有cpu的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和cpu集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。片内包含cpu、rom、ram、并i/o、串行i/o、定时/计数器、a/d、d/a、中断系统、系统时钟及系统总线等。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是intel的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了mcs51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着intel i960系列特别是后来的arm系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300mhz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的windows和linux操作系统。2.2、80c51内部结构与引脚说明51系列单片机包含以下几个主要部分： 一个8位cpu。布尔代数处理器，具有位寻址能力。 128b内部ram数据存储器，21个专用寄存器。 4kb内部掩膜rom程序存储器。 2个16位可编程定时器/计数器。 32位（48位）双向可独立寻址的i/o口。 1个全双工uart（异步串行通信口）。 5个中断源、两级中断优先级的中断控制器。时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2mhz12 mhz的时钟频率。外部程序/数据存储器寻址空间均为64kb。mcs-51单片机中有两个16位的定时器/计数器t0和t1，它们由4个8位寄存器（tl0, th0, tl1和th1）组成，2个16位定时器/计数器是完全独立的。可以单独对这4个寄存器进行寻址，但不能把t0和t1当做16位寄存器来使用。8xx51单片机有44个引脚的方形封装形式和40个引脚的双列直插式封装形式， mcs-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40pin封装的双列直接dip结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个i/o口，中断口线与p3口线复用。其引脚图如图所示。40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和i/o引脚。 电源: vcc - 芯片电源，接+5v； vss - 接地端；注：用万用表测试单片机引脚电压一般为0v或者5v，这是标准的ttl电平。但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这是万用表的响应速度没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电压仍保持在0v或者5v。 时钟:xtal1、xtal2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根， ale/prog:地址锁存允许/片内eprom编程脉冲 ale功能：用来锁存p0口送出的低8位地址 prog功能：片内有eprom的芯片，在eprom编程期间，此引脚输入编程脉冲。 psen:外rom读选通信号。 rst/vpd:复位/备用电源。 rst（reset）功能：复位信号输入端。 vpd功能：在vcc掉电情况下，接备用电源。 ea/vpp:内外rom选择/片内eprom编程电源。 ea功能：内外rom选择端。 vpp功能：片内有eprom的芯片，在eprom编程期间，施加编程电源vpp。 i/o线80c51共有4个8位并行i/o端口：p0、p1、p2、p3口，共32个引脚。p3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）5. p3口第二功能p30 rxd 串行输入口p31 txd 串行输出口p32 int0 外部中断0（低电平有效）p33 int1 外部中断1（低电平有效）p34 t0 定时计数器0p35 t1 定时计数器1p36 wr 外部数据存储器写选通（低电平有效）p37 rd 外部数据存储器读选通（低电平有效）2.3、设计原理说明设计两路相位可调的方波其实大体上可以分为三部分，即产生原始方波、调频、调相。而实现两路相位可调的方波信号发生器，通过对51单片机工作原理的学习，可以通过选用51单片机中的t0和t1两个定时器，对于两路输出信号p0.0和p0.1分别进行控制，通过定时器的定时计数功能，调整电平变化，产生方波。而调频可以采取改变两个定时计数器计数初值的手段，改变方波电平产生的延时时间，从而改变方波频率。而调相可将p1.0设为调频端口，将p1.1设为调相端口。通过更改p0.1端口定时中断中加入输出方波前的独立延时时间，使两个波形之间产生相位差，相位差的步进值为45 3、系统硬件线路设计图开始4、程序框图设定计数器初值设定定时器t0和t1的工作方式为依设定的计数初值开始计数n计数溢出输出电平取反并重新给计数器赋初值n调频按键按下yn将计数器初值变为原来的一半，改变频率，输出方波调相键按下y以45步进值改变相位差返回5、资源分配表 引脚名称功能及作用p1.0口调频按键p1.1口调相按键p0.0口第一路方波输出端（定时中断入口0bh）p0.1口第二路方波输出端（定时中断入口1bh）定时/计数器t0控制p0.0的方波输出定时/计数器t1控制p0.1的方波输出xtal1口接外部晶振xtal2口接外部晶振6、源程序org 0000hajmp startorg 000bhajmp liu0org 001bhajmp liu1org 0030hstart:mov r0,#3ch;设定定时器的初值mov r1,#0b0hmov r2,#0c3h;相应的脉冲个数mov r3,#50hmain:setb p0.0setb p0.1mov tmod,#11h;设定t0、t1均工作于方式1mov th0,r0;设定t0初值mov tl0,r1mov th1,r0;设定t1初值mov tl1,r1 setb tr1;启动t1工作setb easetb et1;允许t1中断setb tr0;启动t0工作setb et0;允许t0中断wait:jnb p1.0,tp;等待调频按键的操作jnb p1.1,tx;等待调相按键的操作 ljmp waittx:mov r7,#01hljmp waittp: jnb p1.0,$mov a,r0rrc amov r0,amov a,r1rrc amov r1,aclr cmov th1,r0;重新给计数器赋初值mov tl1,r1mov th0,r0mov tl0,r1 ljmp waitliu0:;t0中断程序入口cplp0.0mov th0,r0mov tl0,r1retiliu1:;t1中断程序入口cjne r7,#01h ,next1 call next2;若r7为1，则调用调相程序next:cpl p0.1mov th1,r0mov tl1,r1retinext2:call delay;调用45延时程序delay: mov r4,#32hd5: mov r5,#125 djnz r5,$ djnz r4,d5dec r7 ;将r7位清零ljmp liu1;返回定时中断程序7、仿真结果7.1初始波形图7.1初始波形实现7.2 调频按键触发波形图7.2 调频按键触发结果7.3 调相按键触发波形图7.3 调相按键触发结果7、 性能分析本次设计通过定时计数器，产生双输出同步方波，方波原始波形频率为10hz，通过更改计数器的初值，产生倍频效果，调节频率变化，实现频率可控，程序中通过右移指令周期每次减小一半，即按第一次为5hz,第二次为2.5hz，每次按键周期减半，频率则翻倍。由仿真结果可以看出结果符合设计要求。而调相是通过对t1定时计数器的设置，对其进行相位延时，延时时间为0.0125s从而产生步进值为45的相位差，实现相位差可控。对于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。软件的测试主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。上面两部检查妥当后，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。8、总结与心得时光飞逝，一转眼，一个学期又进尾声了，本学期的单片机综合课程设计也在一周内完成了。俗话说“好的开始是成功的一半”。说起课程设计，我认为最重要的就是做好设计的预习，认真的研究老师给的题目，选一个自己有兴趣的题目。其次，老师对实验的讲解要一丝不苟的去听去想，因为只有都明白了，做起设计就会事半功倍，如果没弄明白，就迷迷糊糊的去选题目做设计，到头来一点收获也没有。最后，要重视程序的模块化，修改的方便，也要注重程序的调试，掌握其方法。虽然这次的课程设计算起来在实验室的时间只有几天，不过因为我们都有自己的实验板，所以在宿舍里做实验的时间一定不止三天。软件的编程也要我们不断的调试，最终一个能完成课程设计的劳动成果出来了，很高兴它能按着设计的思想与要求运动起来。当然，这其中也有很多问题，第一、不够细心比，由于对课本理论的不熟悉导致编程出现错误。第二，是在学习态度上，这次课设是对我的学习态度的一次检验。对于这次单片机综合课程实习，我的第一大心得体会就是作为一名工程技术人员，要求具备的首要素质绝对应该是严谨。我们这