方波发生器说明书

燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 燕山大学 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 题题 目 目 方波发生器方波发生器 学学 院 院 电气工程学院电气工程学院 年级专业 年级专业 1010 级检测级检测 2 2 班班 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 指导教师 指导教师 孟孟 宗宗 教师职称 教师职称 教教 授授 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 燕山大学课程设计 论文 任务书燕山大学课程设计 论文 任务书 院 系 电气工程学院 基层教学单位 仪器科学与工程 系 学 号学生姓名专业 班级 10 检测 2 班 设计题目方波发生器 设 计 技 术 参 数 设计一个以单片机为核心的方波发生器 通过键盘可以改变方波的占空 比和频率 并显示波形的频率 设 计 要 求 设计键盘输入电路 波形的输出电路 显示电路 4 位数码管 编制相 应的程序 工 作 量 设计的内容满足课程设计的教学目的与要求 设计题目的难度和工作量 适合学生的知识和能力状况 工作量饱满 工 作 计 划 查阅资料进行设计准备 设计硬件电路 编制程序 编制程序 验证设 计 撰写任务书 参 考 资 料 单片微型计算机接口技术及其应用 张淑清 国防工业出版社 单片机原理及应用技术 张淑清 国防工业出版社 单片机应用技术汇编 指导教师签字基层教学单位主任签字 说明 此表一式四份 学生 指导教师 基层教学单位 系部各一份 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 0 页 共 22 页 目 录 摘 要 2 第一章 设 计要求及整体思 路 3 1 1 设计要 求 3 1 2 设计思 路 3 第 2 章 相关原理介 绍 4 2 1 LED 显示器及接 口 4 2 2 键盘及接 口 6 2 3 8051 定时器 计数器 8 第 3 章 设计说 明 10 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 1 页 共 22 页 第四章 程序设 计 10 4 1 程序流 程 10 4 2 方波发生器汇编程 序 11 4 3 结果显 示 20 第五章 总结与体 会 21 参考文 献 22 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 2 页 共 22 页 摘摘 要要 作为微型计算机的一个重要分支 单片机自 20 世纪 70 年代问世以 来在工业控制 机电一体化 家电等领域的应用越来越普遍 社会对掌 握单片机应用技术人才的需求越来越多 相应的单片机技术的开发应用 也逐渐成为高等院校仪器仪表 数控 电气自动化以及机电一体化等专 业学生必须掌握的技术之一 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前应用极为广泛的 51 系列单片机 本设计是一个以 80C51 单片机为核心的方波发生器 通过对键盘输 入电路 波形的输出电路 显示电路的设计已经程序的编程 实现通过 键盘改变方波占空比和频率 并显示波形频率的功能 关键字 单片机 80C51 方波发生器 键盘 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 3 页 共 22 页 第一章第一章 设计要求及整体思路设计要求及整体思路 1 11 1 设计要求设计要求 根据任务书要求 设计要求如下 1 设计一个以单片机为核心的方波发生器 2 通过键盘可以改变方波的占空比和频率 3 使用 LED 显示器显示波形的频率和占空比 4 用汇编语言设计键盘输入 波形的输出 显示 5 位数码管 编制相应的程序 1 21 2 设计思路设计思路 基于 MCS 51 单片机 8051 芯片所设计的可以实现键位与数字动态 显示的一种频率 占空比可调方波发生器 设四位数码管显示频率范围 为 1HZ 9999HZ 可在键盘上自定义 50HZ 100HZ 200HZ 300HZ 等频率 占空比任意取 20 40 50 60 80 等值 然后在这些范围内 通 过对键盘特定按键的功能设定 达到使单片机通过对响应键盘的动态扫 描 输出可调对应频率和占空比方波的目的 并使用单片机伟福 2000 仿 真实验箱 LED 七段数码管显示 根据程序设计要求 数码管显示频率以 及占空比改变后当前的数值 方波发生器输出以数码管显示对应频率和 占空比的方波 根据实验室伟福 2000 仿真实验箱条件 键盘使用的是 4 6 键盘 使 用其中的四个按键 分别设定功能频率 频率 占空比 占空比 实验箱有 6 个 LED 数码管 使用其中 3 个显示频率 2 个显示占空比 按键每按下一次 当前频率或占空比转向下一选定的频率或占空比 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 4 页 共 22 页 值 数码管显示当前所调换到的频率及占空比 并把该数值当做方波发 生器的输入频率及输入占空比 单片机控制该方波发生器以该数值作为 频率和占空比显示方波 从而得到我们想要频率及占空比的方波 最后 可采用示波器观察方波波形 也可通过连接发光二极管 观察其频闪和 亮度 大致估算 第二章第二章 相关原理介绍相关原理介绍 2 12 1 LEDLED 显示器及接口显示器及接口 一 LED显示器的结构及显示码 共阴极连接 把七个发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极 使 用时公共阴极接地 每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端连接 阳 极端输入高电平时 发光二极管点亮 输入低电平时则不亮 连接方法如 图1b 共阳极接法 把七个发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极 使 用时阳极接 5V 电源 每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端连接 阴 极输入低电平时 发光二极管点亮 输入高电平则不亮 连接方法如图 1c a 外形图 b 共阴极 c 共阳极 图图 1 1 七段七段 LEDLED 显示器结构及外形显示器结构及外形 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 5 页 共 22 页 为了显示字符 要为LED显示器提供显示段码 组成一个 8 字形字 符的七段 加上一个小数点位 共八段 所以提供给LED 显示器的显示段码 为1个字节 对应关系如表1 共阴极LED数码管字型码如表2 表表 2 2 共阴极共阴极 LEDLED 显示器字形码显示器字形码 字型共阴极字形代码字型共阴极字形代码字型共阴极字形代码 03FH67DHC39H 106H707Hd5EH 25BH87FHE79H 34FH96FHF71H 466HA77H灭00H 56DHb7CH 2 LED 显示器控制方式 1 静态显示 当显示器显示某个字符时 相应的发光二极管恒定的导通或截止 亮度大 硬件 软件相对简单 字符不闪烁 可以用并行或串行方式 图图 2 2 并行输出的静态显示并行输出的静态显示 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 6 页 共 22 页 2 动态显示 用扫描的方法一位一位轮流点亮显示器的各位 对于显示器的每一 位来说 每隔一段时间点亮一次 在保证足够快的扫描速度下 利用人 眼的视觉暂留效应可以看到整个动态显示 字符也不会闪烁 分时使各 数码管轮流点亮 硬件简单 图图 3 3 动态扫描式显示电路动态扫描式显示电路 2 22 2 键盘及接口键盘及接口 一 独立式键盘 一个具有 4 个按键的独立式键盘 每一个按键的一端都接地 另一 端接 MEGA16 的 I O 口 独立式键盘每一按键都需要一根 I O 线 占用 MEGA16 的硬件资源较多 因此独立式键盘只适合按键较少的场合 键 盘是一组按键或开关的集合 键盘接口向计算机提供被按键的代码 特 点 使用方便 结构复杂 成本高 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 7 页 共 22 页 图图 4 4 独立式键盘接口独立式键盘接口 二 矩阵式键盘 在键盘中按键数量较多时 为了减少 I O 口的占用 通常将按键排 列成矩阵形式 在矩阵式键盘中 每条水平线和垂直线在交叉处不直接 连通 而是通过一个按键加以连接 当键盘上没有键闭合时 所有的行 线与列线断开 行线呈高电平 当键盘上某一键闭合时 该键所对应的 行线与列线短路 图图 5 5 矩阵式键盘接口矩阵式键盘接口 矩阵式键盘识别过程 以 4 4 键盘为例 1 先判断有无键按下 列线输出 0000 然后输入行线状态 若没有 键按下 则行线状态为全 1 1111 若有任一键按下 则行线状态不为 全 1111 2 再确认哪个键被按下 列线逐行输出 0 如 1110 然后输入行线 状态 若没有键按下 则行线状态为全 1 1111 若有任一键按下 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 8 页 共 22 页 则行线状态不为全为 1 如 0111 说明右上角那个键被按下 2 32 3 80518051 定时器定时器 计数器计数器 一 基本概念 计数 计数是指对外部事件的个数进行计量 其实质就是对外部输 入脉冲的个数进行计量 实现计数功能的器件称为计数器 定时 8051 单片机中的定时器和计数器是一个部件 只不过计数器 记录的是外界发生的事件 而定时器则是由单片机内部提供一个非常稳 定的计数源进行定时的 这个计数源是由单片机的晶振经过 12 分频后获 得的一个脉冲源 所以定时器计数脉冲的时间间隔与晶振有关 图图 6 6 定时器定时器 计数器的结构计数器的结构 2 工作方式控制寄存器 TMOD TMOD 用于控制定时器 计数器的工作模式及工作方式 其字节地址 为 89H 格式如下 其中 低 4 位用于决定 T0 的工作方式 高 4 位用于 决定 T1 的工作方式 表表 3 3 TMODTMOD 格式格式 三 定时器 计数器的控制寄存器 TCON 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 9 页 共 22 页 设定好了定时器 计数器的工作方式后 它还不能进入工作状态 必须通过设置控制寄存器 TCON 中的某些位来启动它工 要使定时器 计 数器停止运行 也必须通过设置 TCON 中的某些位来实现 当定时器 计 数器计满溢出 或有外部中断请求时 TCON 能标明溢出和中断情况 下面介绍控制寄存器 TCON 每位的含义 表表 4 4 TCONTCON 格式格式 4 确定时时 计数器初值 因为在不同工作方式下计数器位数不同 因而最大计数值也不同 现假设最大计数值为 M 那么各方式下的最大值 M 值如下 方式 0 M 213 8 192 方式 1 M 216 65 536 方式 2 M 28 256 方式 3 定时器 0 分成两个 8 位计数器 所以两个 M 均为 256 因为定时器 计数器是作 加 1 计数 并在计数满溢出时产生中断 因此初值可以这样计算 X 2n fosc 12 T 假设晶振频率为 12MHZ 则最大定时时间为 方式0 TMAX 213 1us 8 192ms 方式1 TMAX 216 1us 65 536ms 方式2和方式3 TMAX 28 1us 0 256ms 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 10 页 共 22 页 第第3 3章章 设计说明设计说明 设计频率可调范围是50HZ 100HZ 200HZ 250HZ 300HZ 对应占空比可 调范围是20 40 50 60 80 本设计采用的是矩阵式键盘 通过定义四个功能键 实现对占空比 和频率的调整 由于要求用5位 LED 显示器显示占空比和频率 为节省 CPU 空间 采用动态扫描方式 在按键释放后 显示器显示对应的频率 和占空比 其中数码管从左边起 前三位显示频率 后两位显示占空比 对应功能键 A 占空比等级 B 占空比等级 C 频率等级 D 频率等级 对应频率显示码 3FH 6DH 3FH 050HZ 06H 3FH 3FH 100HZ 5BH 3FH 3FH 200HZ 5BH 6DH 3FH 250HZ 66H 3FH 3FH 300HZ 对应占空比显示码 5BH 3FH 20 66H 3FH 40 6DH 3FH 50 7DH 3FH 60 7FH 3FH 80 第第 4 4 章章 程序设计程序设计 4 14 1 程序流程程序流程 初始化后单片机产生初值 将初值以动态扫描的方式显示于八段数 码管 同时还对键盘进行实时扫描 在扫描后 单片机读取键值 并将 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 11 页 共 22 页 键值通过数码管模块显示出来 方波发生器输出该频率 占空比的方波 图图7 7 程序流程图程序流程图 4 24 2 方波发生器汇编语言程序方波发生器汇编语言程序 FREQUENCY EQU 30H 定义频率等级缓冲区 TH0 HIGH EQU 32H 定义高电平计数缓冲区 给定时器 TH0 赋值 TL0 HIGH EQU 33H 定义高电平计数缓冲区 给定时器 TL0 赋值 TH0 LOW EQU 34H 定义低电平计数缓冲区 给定时器 TH0 赋值 TL0 LOW EQU 35H 定义低电平计数缓冲区 给定时器 TL0 赋值 DUTY EQU 31H 定义占空比等级缓冲区 FLAG EQU 36H 定义高电平低电平转换标志 OFFSET EQU 37H 定义用来存储偏移量 ORG 0000H 定义程序的初始地址 LJMP INIT ORG 000BH LJMP TIMER0 ORG 0070H DUTYMAP DB 5BH 66H 6DH 7DH 7FH 数码管上显示的占空比数字 20 40 50 60 80 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 12 页 共 22 页 FRENQMAP 频率转换表格 DB 3FH 6DH 3FH 50HZ DB 06H 3FH 3FH 100HZ DB 5BH 3FH 3FH 200HZ DB 5BH 6DH 3FH 250HZ DB 66H 3FH 3FH 300HZ DELAY 延时子程序 MOV R7 00H DELAYLOOP DJNZ R7 DELAYLOOP DJNZ R6 DELAYLOOP RET INIT MOV SP 40H 更改堆栈指针 避免堆栈与工作寄 存器区发生冲突 MOV TMOD 01H 定时器 0 方式 1 MOV TH0 HIGH 0F0H MOV TL0 HIGH 070H MOV TH0 LOW 0C2H MOV TL0 LOW 080H MOV TH0 TH0 LOW 先输出低电平定时器初值 MOV TL0 TL0 LOW MOV FREQUENCY 00H 频率初值为 50HZ MOV DUTY 00H 占空比初值为 20 SETB EA 允许中断开放 SETB ET0 定时器 T0 溢出中断允许 SETB TR0 MAIN CALL DISPLAYLED 显示 CALL TESTKEY 是否有键键入 JZ MAIN 无键键入 继续显示 CALL GETKEY 有键键入 读入键码 CALL KEYFUNC 有键键入 调用相应的功能 CALL CHANGESTATE 根据占空比等级 频率等级的 改 LJMP MAIN 变转变状态 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 13 页 共 22 页 OUTBIT EQU 08002H 位控制口 OUTSEG EQU 08004H 段控制口 IN EQU 08001H 键盘读入口 LEDBUF EQU 60H 显示缓冲区 DISPLAYLED LED 显示子程序 MOV R0 LEDBUF 显示缓存区 MOV R1 06H 共 6 个八段管 MOV R2 20H 从左边开始显示 DISPIAYLOOP MOV DPTR OUTBIT 位控制口 MOV A 00H MOVX DPTR A 关所有八段管 MOV A R0 MOV DPTR OUTSEG 段控制口 MOVX DPTR A MOV DPTR OUTBIT MOV A R2 MOVX DPTR A 显示一位八段管 MOV R6 01H 延时 1ms CALL DELAY MOV A R2 显示下一位 RR A MOV R2 A INC R0 DJNZ R1 DISPIAYLOOP RET TESTKEY 键盘是否有键按下 MOV DPTR OUTBIT MOV A 00H MOVX DPTR A 输出线 列线 置为 0 MOV DPTR IN 输入线 行线 MOVX A DPTR 读入键状态 CPL A ANL A 0FH 高四位不用 四根行线 RET 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 14 页 共 22 页 KEYTABLE 键码定义 DB 16H 15H 14H 0FFH DB 13H 12H 11H 10H DB 0DH 0CH 0BH 0AH 0AH 定义占空比等级 对应键盘 A DB 0EH 0CH 0BH 09H 0BH 定义占空比等级 对应键盘 B DB 0FH 02H 05H 08H 0CH 定义频率等级 对应键盘 C DB 00H 01H 04H 07H 0DH 定义频率等级 对应键盘 D GETKEY 有键按下读取键值 MOV DPTR OUTBIT MOV P2 DPH 定义输出线地址 MOV R0 LOW IN MOV R1 20H 从最左边的列线开始扫描 MOV R2 06H 共六根列线 扫描 6 次 KEYLOOP 判断行线电平 MOV A R1 CPL A MOVX DPTR A 给 Y0 低电平 CPL A RR A MOV R1 A 为扫描 Y1 准备 MOVX A R0 开始行扫 CPL A ANL A 0FH 判断行线电平 JNZ GETKEYNUM 行线有高电平 有键按下 DJNZ R2 KEYLOOP 没有 则开始扫描下一列 MOV R2 0FFH 没有键按下 返回 0FFH SJMP EXIT GETKEYNUM MOV R1 A 键值 列 X 4 行 MOV A R2 DEC A RL A RL A MOV R2 A R2 R2 1 4 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 15 页 共 22 页 MOV A R1 R1 中为读入的行值 MOV R1 04H GETKEYNUMLOOP RRC A 移位找出所在行 JC EXIT INC R2 R2 R2 行值 DJNZ R1 GETKEYNUMLOOP EXIT 查表找键码 MOV A R2 MOV DPTR KEYTABLE MOVC A A DPTR MOV R2 A 取出键码保存在 R2 中 WAITRELEASE 等待按键释放 MOV DPTR OUTBIT CLR A 清零 MOVX DPTR A MOV R6 06H 调用延时 延时 6ms CALL DELAY CALL TESTKEY JNZ WAITRELEASE MOV A R2 RET KEYFUNC MOV B A 保存返回的键值 ANL A 0FH 屏蔽掉高四位 CLR CY SUBB A 0AH 求出偏移量给 A ANL A 03H 屏蔽掉其他键的干扰 MOV DPTR KEYFUNC 转移指令表的基地址送数据指针 DPTR JMP A DPTR 散转指令 KEYFUNC AJMP Key1 A 键占空比调高 AJMP Key2 B 键占空比调低 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 16 页 共 22 页 AJMP Key3 C 键频率调高 AJMP Key4 D 键频率调低 Key1 定义 A 键功能 MOV A DUTY XRL A 04H 占空比等级是否到最大 JZ KEY1 1 INC DUTY 占空比等级 1 JMP KeyEnd Key1 1 MOV DUTY 04H 占空比等级为 4 不能再提高 JMP KeyEnd Key2 MOV A DUTY XRL A 00H 占空比等级是否到最小 JZ KEY2 1 DEC DUTY 占空比等级 1 JMP KeyEnd Key2 1 MOV DUTY 00H JMP KeyEnd Key3 MOV A FREQUENCY XRL A 04H 频率等级是否到最大 JZ KEY3 1 INC FREQUENCY 频率等级 1 JMP KeyEnd KEY3 1 MOV FREQUENCY 04H 频率等级为 4 不能再提高 JMP KeyEnd Key4 MOV A FREQUENCY XRL A 00H 频率等级是否到最小 JZ KEY4 1 DEC FREQUENCY 频率等级 1 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 17 页 共 22 页 JMP KeyEnd KEY4 1 MOV FREQUENCY 00H JMP KeyEnd KeyEnd RET CHANGESTATE MOV A FREQUENCY MOV B 03H 三个数码管显示频率 MUL AB 将频率等级乘上 3 的偏移量 MOV DPTR FRENQMAP MOVC A A DPTR 查找各频率等级对应的显示码 MOV LEDBuf 4 A 显示最高位 INC DPTR MOVC A A DPTR 次一位显示码 MOV LEDBuf 3 A MOV LEDBuf 2 3FH 最低位均显示为 0 MOV A DUTY 查找各占空比等级对应显示码 MOV DPTR DUTYMAP MOVC A A DPTR 查找最高位显示码 MOV LEDBuf 1 A 两位显示占空比 MOV LEDBuf 0 3FH 最低为显示为 0 DUTYCHANGE 查找对应频率值的占空比所设定时初值 CLR TR0 禁止 T0 计时 MOV A FREQUENCY MOV B 14H MUL AB 将频率等级乘上 20 的偏移量 MOV OFFSET A 将得到的频率的偏移量保存 MOV A DUTY MOV B 04H MUL AB 将占空比等级乘上 4 的偏移量 ADD A OFFSET 得到总的偏移量 频率偏移 占空比偏移 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 18 页 共 22 页 MOV DPTR FRWNQLEVEL1 MOVC A A DPTR 查表找出相应的占空比与频率对应的初 值 MOV TH0 HIGH A 高电平计时初值高八位 INC DPTR MOVC A A DPTR 取出高电平计时初值低八位 MOVTL0 HIGH A INC DPTR 取出低电平计时初值高八位 MOVC A A DPTR MOV TH0 LOW A INC DPTR MOVC A A DPTR 取出低电平计时初值低八位 MOV TL0 LOW A SETB TR0 开启 TO 计时 FRWNQLEVEL1 对应频率占空比计时初值 TH0 HIGH TL0 HIGH TH0 LOW TL0 LOW DB 0F0H 060H 0C1H 080H 50HZ 占空比 20 DB 0E0H 0C0H 0D1H 020H 50HZ 占空比 40 DB 0D8H 0F0H 0D8H 0F0H 50HZ 占空比 50 DB 0D1H 020H 0E0H 0C0H 50HZ 占空比 60 DB 0C1H 080H 0F0H 060H 50HZ 占空比 80 DB 0F8H 030H 0E0H 0C0H 100HZ 占空比 20 DB 0F0H 060H 0E8H 090H 100HZ 占空比 40 DB 0ECH 078H 0ECH 078H 100HZ 占空比 50 DB 0E8H 090H 0F0H 060H 100HZ 占空比 60 DB 0E0H 0C0H 0F8H 030H 100HZ 占空比 80 DB 0FCH 018H 0F0H 060H 200HZ 20 DB 0F8H 030H 0F4H 048H 200HZ 40 DB 0F6H 03CH 0F6H 03CH 200HZ 50 DB 0F4H 048H 0F8H 030H 200HZ 60 DB 0F0H 060H 0FCH 018H 200HZ 80 燕 山 大 学 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书 第 19 页 共 22 页 DB 0FCH 0E0H 0F3H 080H 250HZ 20 DB 0F9H 0C0H 0F6H 0A0H 250HZ 40 DB 0F8H 030H 0F8H 030H 250HZ 50 DB 0F6H 0A0H 0F9H 0C0H 250HZ 60 DB 0F3H 080H 0FCH 0E0H 250HZ 80 DB 0FDH 065H 0F5H 096H 300HZ 20 DB 0FAH 0CBH 0F8H 030H 300HZ 40 DB 0F9H 07DH 0F9H 07DH 300HZ 50 DB 0F8H 030H 0FAH 0CBH 300HZ 60 DB 0F5H 096H 0FDH 065H 300HZ 80 RET TIMER0 中断服务程序 PUSH PSW 标志位等入栈保护 PUSH A PUSH B MOVA 01H 保持当前电平输出状态 CLR CY SUBB A FLAG JZ LOWlevel JNZ HIGHlevel LOWlevel 高电平输出 MOV TH0 TH0 LOW MOV TL0 TL0 LOW MOV FLAG 00H CLR P1 0 JMP RETU