【正文】 ....... 40 外文資料翻譯 ........................................................................................ 58 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 信號(hào)發(fā)生器是一種能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的電子儀器，是工業(yè)生產(chǎn)和電工、電子實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常使用的電子儀器之一。信號(hào)發(fā)生器 的 種類 比 較多，性能 也千差萬(wàn)別 ，但它們都可以產(chǎn)生不同頻率的調(diào)頻波信號(hào)、調(diào)幅波 、 正弦波，以及各種鋸齒波、三角波、方波和正負(fù)脈沖波等 信號(hào) 。 脈沖 信號(hào)發(fā)生器作為一種常見(jiàn)的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，一般可以完全由硬件電路搭 建 而成，如采用 555振蕩電路發(fā)生方波的電路 即 是可 行 的 方法 之一， 而 不依靠單片機(jī) 來(lái)實(shí)現(xiàn) 。但 是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難 度大 ，調(diào)整 范圍小，電路 結(jié)構(gòu) 復(fù)雜 以及 體積大等缺點(diǎn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè) 生產(chǎn) 過(guò)程控制 、 生物醫(yī)學(xué) 、 地震模擬 、 機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域 ，也 常常 需要用到低頻信號(hào)源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào) 發(fā)生器 性能難以令人滿意，而且由于低頻信號(hào)源所需的 RC要很大 ， 體積大，漏電， 大電阻、大電容在制作上亦有很大的難度， 損耗顯著更是其致命的弱點(diǎn)。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度 也 會(huì)大大增加。 在現(xiàn)代測(cè)試與控制中常常需要頻率可調(diào)的脈沖發(fā)生器，利用單片機(jī)內(nèi)可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 即可實(shí)現(xiàn) 。 脈沖信號(hào)發(fā)生 器是電子測(cè)量中的一種重要儀器，隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展 ,脈沖信號(hào)發(fā)生器向著集成化、數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。 利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，其頻率底線很低 ， 具有線路相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整 。 改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能 的 升級(jí)。在 數(shù)字電路或系統(tǒng)中常常需要各種脈沖波形，例如時(shí)鐘脈沖、控制過(guò)程中的定時(shí)信號(hào)等。單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)各種控制策略和算法的載體。在現(xiàn)代測(cè)試與控制中常常需要頻率可調(diào)的脈沖 信 號(hào) 發(fā)生器，利用單片機(jī)內(nèi)可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器可 以實(shí)現(xiàn)。 本課題設(shè)計(jì) 運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，通過(guò)相應(yīng)的軟件編程和較簡(jiǎn)易的外圍硬件電路 設(shè)計(jì) 來(lái)實(shí)現(xiàn)，和用分立式元件設(shè)計(jì)的脈沖發(fā)生器相比而言，其產(chǎn)生洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 的脈沖信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單方便，成本低，攜帶方便，擴(kuò)展性強(qiáng)。關(guān)鍵的是，脈沖信號(hào)頻率 、占空比 和脈沖個(gè)數(shù)可 以 調(diào)節(jié)，可通過(guò)鍵盤輸入并由顯示器顯示出來(lái)。 本課題 運(yùn)用單片機(jī)技術(shù) 解決以下問(wèn)題： 、定時(shí) /計(jì)數(shù)等 常用 功能 ，產(chǎn)生頻率、個(gè)數(shù)、占空比可調(diào)整的脈沖信號(hào) 。 以 單片機(jī) 為核心，以矩 陣鍵盤為輸入設(shè)備，以液晶顯示屏為顯示設(shè)備 產(chǎn)生脈沖信號(hào)的硬件 原理 電路 圖 。 3．畫出相應(yīng)的軟件流程圖，并寫出 鍵盤驅(qū)動(dòng)、液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)以及產(chǎn)生頻率、個(gè)數(shù)、占空比可以調(diào)整的 C 語(yǔ)言源 程序。 4．指標(biāo)要求： (1)脈沖信號(hào)頻率參數(shù)由鍵盤輸入 頻率范圍 到 50KHZ 可調(diào)并由液晶顯示屏 在指定位置 顯示。 (2) 脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)參數(shù)由鍵盤輸入 脈沖個(gè)數(shù) 0 到 9999 可調(diào) 并由液晶顯示屏 指定位置 顯示。 (3) 脈沖信號(hào)占空比參數(shù)由鍵盤輸入任意 占空比 的脈沖信號(hào)，并由液晶屏 指定位置顯示 。 5． 用 PROTEUS 軟件 做出 硬件電路 仿真調(diào)試結(jié)果，并加以說(shuō)明。 針對(duì)不同的問(wèn)題，有針對(duì)性的采用不同的方法解決。 ，結(jié)合所學(xué) 51 系列單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，用工作方式 1 下的定時(shí)加計(jì)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻信號(hào)指標(biāo)的控制，用自動(dòng)重復(fù)賦初值的工作方式 2 下的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)指標(biāo)的控制，用計(jì)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)生發(fā)信號(hào)個(gè)數(shù)的控制。 ，從網(wǎng)上那個(gè)下載單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例，在 PROTEUS 軟件上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，熟悉硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境，掌握電氣原理圖繪制的基本原理，對(duì)程序設(shè)計(jì)過(guò)程有更深層次的了解 。 C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，主要研究程序設(shè)計(jì)的基本方法，掌握 C 語(yǔ)言中基本指令的使用方法，認(rèn)識(shí)程序設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)鍵指令使用時(shí)的注意事項(xiàng)，熟悉程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的過(guò)程。 C 語(yǔ)言源程序設(shè)計(jì)后，通過(guò)在 PROTEUS洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 和 KeiL uVision4 軟件上進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)電氣原理圖設(shè)計(jì)和 C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，查看問(wèn)題出現(xiàn)的原因，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行完善；通過(guò) PROTEUS 和 KeiL uVision4 軟件上進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，查看生成的脈沖信號(hào)并與指標(biāo)要求進(jìn)行對(duì)比，在 KeiL uVision4 軟件上進(jìn)行單步運(yùn)行找出誤差出現(xiàn)的原因，通過(guò)對(duì)程序的結(jié)構(gòu)或者所用的指令進(jìn)行調(diào)整進(jìn)一步完善程序，再進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，直到誤差在允許的范圍內(nèi)，通過(guò)進(jìn)一步整理，完成在完成電氣原理圖設(shè)計(jì)及 C 語(yǔ)言源程序設(shè)計(jì)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 1章 可編程脈沖發(fā)生器的相關(guān)模塊 AT89C51 單片 機(jī) AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括 CPU、存儲(chǔ)器、并行接口、串行接口、定時(shí)計(jì) /數(shù)器，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 11所示。 在一個(gè)芯片上集成了單片機(jī)的各個(gè)組成部分，其功能如下： (1)一個(gè)八位中央處理器 CPU，包括可以進(jìn)行 8位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的AIU單元 、 8位累加器 ACC、 寄存器 B和程序狀態(tài)寄存器 PSW等。 (2)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM（ 128B），用于存放可以讀 /寫的數(shù)據(jù) ,如運(yùn)算中間的結(jié)果 、最終結(jié)果或預(yù)顯示的數(shù)據(jù)等。 (3)片內(nèi)程序存數(shù)器 ROM/EPROM， 用于存放原始數(shù)據(jù)、程序和表格。 (4)四個(gè) 8位并行 I/O接口 P0P3端口 ,每個(gè)接端口可用于輸入或輸出。 T0 T1 內(nèi)部總線 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 圖 11 AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 EOM RAM 計(jì)數(shù) /定時(shí) 器 中斷系統(tǒng) 串行 接口 并行接口 CPU 時(shí)鐘電路 STR 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 (5)兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，其中每一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器可以設(shè)置成為計(jì)數(shù)方式用來(lái)對(duì)外部事件計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成為定時(shí)方式并且可以根據(jù)定時(shí)或計(jì)數(shù)的結(jié)果去控制計(jì)算機(jī)。 (6)五個(gè)中斷源，具有兩個(gè)優(yōu)先級(jí) 別的中斷嵌套結(jié)構(gòu) ,兩個(gè)外部中斷源INTO 和 INT1 ，三個(gè)內(nèi)部中斷源即兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)中斷和一個(gè)串行口中斷。 (7)一個(gè)全雙工通用異步接受發(fā)送器（ URAT）串行接口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與單片機(jī)或者單片機(jī)與其他計(jì)算機(jī)之間的串行通信。 (8)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘發(fā)生電路，時(shí)鐘振蕩電路是控制器的核心，為控制器提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 (9)單片機(jī)允許的最高工作頻率是 24MHZ。 AT89C51單片機(jī)可降至 0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩個(gè)軟件的節(jié)電工作模式 [3]。 AT89C51 單片機(jī)的引腳功能 1. 電源引腳 GND和 VCC (1)VSS（ 20 腳）：接地端。 (2)VCC（ 40 腳）：電源端。正常操作及對(duì) Flash ROM編程和驗(yàn)證時(shí)接 +5V電源。 圖 12 AT89C51管腳圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 2. 外接晶體引腳 XTAL1和 XTAL2 (1) XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在 AT89C51片內(nèi)，它是振蕩電路反相放大器的輸入端以及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳引入外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 要檢查 AT89C51的振蕩電路是否能夠正常工作，可以用示波器查看 XTAL2端口是否有脈沖信號(hào)輸出。 (2) XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在 AT89C51片內(nèi)，它是振蕩電路反相放大器的輸出端，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)該懸空。 3. 控制信號(hào)引腳 RST、 ALE/ PROG 、 PSEN 和 EA /VPP (1) RST（ 9 腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，在此引腳 上出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，就可以使單片機(jī)完成復(fù)位。 (2) ALE/ PROG （ 30 腳）：地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng) AT89C51上電正常工作后， ALE端不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此信號(hào)頻率為振蕩器頻率的 1/6。 CPU訪問(wèn)外存儲(chǔ)器時(shí)， ALE輸出信號(hào)作為鎖存低 8位地址的控制信號(hào)。 AT89C51在并行擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器（包括并行擴(kuò)展 I/O 口）時(shí)， P0口用于分時(shí)傳送低 8位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng) ALE 信號(hào)有效時(shí)， P0口傳送的是低 8位地址信號(hào)； ALE信號(hào)無(wú)效時(shí)， P0口傳送的是 8位 數(shù)據(jù)信號(hào)。在 ALE信號(hào)的下降沿，鎖定 P0口傳送的低 8位地址信號(hào)。這樣，可以實(shí)現(xiàn)低 8位地址與數(shù)據(jù)的分離。 ALE信號(hào)也可以用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。需注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，都將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。 ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 8 個(gè) LS型 TTL（低功耗甚高速 TTL）負(fù)載。 此引腳的第 2功能是 PROG 在對(duì)片內(nèi)帶有 4KB Flash ROM的 AT89C51編程寫入（固化程序）時(shí)，作為編程脈沖信號(hào)的輸入端。 (3) PSEN (29 腳 )：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。當(dāng) AT89C51由片外部程序存儲(chǔ)器讀取指令（或常數(shù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次 PSEN 有效（即輸出洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 兩個(gè)有效脈沖）。但在這段時(shí)間內(nèi)，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不再出現(xiàn)。 PSEN 端也可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LS型 TTL負(fù)載。 想要檢查一個(gè) AT89C51小系統(tǒng)上電后 CPU是否能夠正常工作，可以用示波器查看 PSEN 端口是否 有脈沖信號(hào)輸出。如果有，說(shuō)明其基本上能夠正常工作；否則，說(shuō)明其不能正常工作。 (4) EA /VPP（ 31 腳）：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。當(dāng) EA 引腳接高電平時(shí)， CPU訪問(wèn)片內(nèi) FLASH ROM并去執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令；但當(dāng) PC值超過(guò) 4KB（ 1FFFH）時(shí)，將會(huì)自動(dòng)跳去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令。當(dāng) EA 端接低電平時(shí)， CPU只訪問(wèn)并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的程序，而不管是否有片內(nèi) 程序存儲(chǔ)器。需要注意的是，如果保密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)在內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端口的狀態(tài)。 4. 輸入 /輸出引腳 P0口、 P1口、 P2口、 P3口 (1) P0口（ 8條引腳，即 3932 腳） :P0口是一組漏極開(kāi)路的 8位準(zhǔn)雙向 I／ O端口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。當(dāng) P0口作為輸入端口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器（地址 80H）寫入全“ 1”，此時(shí) P0口的全部引腳懸空可當(dāng)作高阻抗輸入。作為輸入端口使用時(shí)，要先對(duì)端口寫全“ 1”，這就是準(zhǔn)雙向口的含義。當(dāng)作為輸出端口用時(shí)，每位 能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL負(fù)載。對(duì)端口寫全“ 1”，可以當(dāng)作高阻抗輸入端口使用。 在 CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， P0口分時(shí)提供低 8位地址和 8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間， P0口內(nèi)部的上拉電阻有效。 在 Flash ROM編程時(shí)， P0口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 (2) P1口（ 8條引腳，即 1 8腳） :P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I／ O端口。 P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè)LS型 TTL輸入。對(duì)端口寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部上拉電 阻把端口拉升到高電平，此時(shí)可以作為輸入端口使用。當(dāng) P1口用作輸入端使用時(shí)，因?yàn)榇嬖趦?nèi)部上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)該引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 在對(duì) Flash ROM編程或者程序校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8位地址。 (3) P2口（ 8條引腳，即 21 28腳）： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/ 端口， P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS型 TTL輸入。對(duì)端口寫“ 1”， 通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉升到高電平，此時(shí)可以當(dāng)作輸入端端口使用。當(dāng)作為輸入端口使用時(shí)，因?yàn)榇嬖趦?nèi)部上拉電阻， 某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)該引腳會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口引腳上的內(nèi)容，在整個(gè)訪問(wèn)周期不會(huì)發(fā)生改變。 Flash編程或程序校驗(yàn)期間， P2也可以可接收高位地址和一些控制信號(hào)。 (4) P3口（ 共 8 條引腳，即 10 17 腳）： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I／ O端口。 P3口輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS型 TTL輸入。對(duì)端口寫入“ 1”時(shí)，它們被