【正文】 武漢理工大學(xué) 單片機課程設(shè)計說明書 1 目 錄 摘要 ………………………………………………………………………… 2 第一章 課程設(shè)計任務(wù)書 …………………………………………… 3 第二章 系統(tǒng)的主要功能說明 ……………………………………… 4 系統(tǒng)的主要功能 …………………………………………………… 4 系統(tǒng)的設(shè)計思路 …………………………………………………… 4 第三章 元器件介紹 ……………………………………………………5 單片機 AT89C51…………………………………………………… 5 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832……………………………………………… 6 數(shù)碼管顯示器 ……………………………………………………… 8 接口擴展 8255A…………………………………………………… 9 其他元器件說明 …………………………………………………… 10 第四章 硬件設(shè)計 ………………………………………………………10 工作原理 …………………………………………………………… 10 單片機及外圍電路設(shè)計 …………………………………………… 11 輸入模塊設(shè)計 ……………………………………………………… 11 顯示模塊設(shè)計 ……………………………………………………… 12 系統(tǒng)硬件設(shè)計圖 …………………………………………………… 12 硬件系統(tǒng)設(shè)計圖 …………………………………………………… 14 第五章 軟件設(shè)計 ………………………………………………………15 程序分析 …………………………………………………………… 15 程序流程圖 ………………………………………………………… 15 武漢理工大學(xué) 單片機課程設(shè)計說明書 2 程序設(shè)計 …………………………………………………………… 16 源程序 ……………………………………………………………… 21 參考文獻 …………………………………………………………………… 27 小結(jié)與體會 ………………………………………………………………… 27 武漢理工大學(xué) 單片機課程設(shè)計說明書 3 摘 要 本設(shè)計是一個基于單片機的簡易函數(shù)發(fā)生器，函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計方法有多種，利用單片機設(shè)計的函數(shù)信號發(fā)生器具有編程靈活、顯示清楚等優(yōu)點。它能產(chǎn)生方波、正弦波、鋸齒波和三角波等波形，并實現(xiàn)對頻率的調(diào)節(jié)。在編程語言上，此處選擇了簡便實用的 C語言，在波形調(diào)試和與硬件配合時更加容易。經(jīng)過不斷改進，現(xiàn)在已實現(xiàn)了所有與其目標。 關(guān)鍵詞： 單片機 函數(shù)發(fā)生 波形 C 語言 武漢理工大學(xué) 單片機課程設(shè)計說明書 4 第一章 課程設(shè)計任務(wù)書 題 目 : 簡易函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計 初始條件： 1．采用 MCS51 作為主控芯片； 2．采用 D/A 轉(zhuǎn)換和放大處理，輸出信號； 3．要求能輸出方波、三角波、鋸齒波和正弦波 4 種信號，頻率可調(diào)。 要求完成的主要任務(wù) : 查閱參考資料，自學(xué)相關(guān)可編程接口芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作方式和初始化編程過程； 根據(jù)設(shè)計系統(tǒng)的具體功能和性能參數(shù)，明確設(shè)計目標； 單片機系統(tǒng)及其擴展接口電路設(shè)計，繪制系統(tǒng)硬件原理圖； 編制系統(tǒng)控制源程序，繪制源程序流程圖，包括初始化和監(jiān)控程序； 撰寫設(shè)計說明書（包括參考資料目錄，字數(shù)不少于 5000 字） 時間安排：（兩周） 序號 內(nèi) 容 所用時間（天） 1 查閱資料，學(xué)習相關(guān)芯片知識 2 2 系統(tǒng)及擴展電路硬件設(shè)計 3 3 初始化程序和應(yīng)用程序設(shè)計 3 4 相關(guān)硬件電路和程序調(diào)試 3 5 課程設(shè)計答辯 1 合計 12 指 導(dǎo)教師簽名： 2021 年 1 月 3 日 系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日 武漢理工大學(xué) 單片機課程設(shè)計說明書 5 第二章 系統(tǒng)的主要功能說明 系統(tǒng)的主要功能 課程設(shè)計要求的內(nèi)容為： 制作簡易函數(shù)發(fā)生器，采用 MCS51 作為主控芯片；采用 D/A 轉(zhuǎn)換和放大處理，輸出信號；要求能輸出方波、三角波、鋸齒波和正弦波 4 種信號，頻率可調(diào)。 該系統(tǒng)不但滿足了課程設(shè)計題目的基本要求，而且增設(shè)了 LED 波形指示燈，數(shù)碼管頻率顯示器等原件，使操作更簡單，使用界面更人性化。 系統(tǒng)的設(shè)計思路 中斷響應(yīng) 掃描鍵盤 讀入數(shù)據(jù) 分析處理 LED 等指示波形 數(shù)碼管顯示頻率 示波器顯示波形 中斷輸入 武漢理工大學(xué) 單片機課程設(shè)計說明書 6 第三章 元器件介紹 單片機 AT89C51 １．基本組成 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1．運算器 運算器由 8 位算術(shù)邏輯運算單元 ALU （ Arithmetic Logic Unit ）、 8 位累加器 ACC （ Accumulator ）、 8 位寄存器 B 、 程序狀態(tài)字寄存器 PSW （ Program Status Word ）、 8 位暫存寄存器 TMP1 和 TMP2 等組成。 2．控制器 主要由程序計數(shù)器 PC 、 指令寄存器 IR 、 指令譯碼器 ID 、 堆棧指針 SP 、 數(shù)據(jù)指針 DPTR 、 時鐘發(fā)生器及定時控制邏輯等組成。 3．單片機芯片引腳描述 P 3 口 驅(qū) 動 器 P 1 口 驅(qū) 動 器 P 2 口 驅(qū) 動 器 P 0 口 驅(qū) 動 器R A M 地 址 寄 存 器A RR A M1 2 8 字 節(jié)P 0 口鎖 存 器P 2 口鎖 存 器P 1 口鎖 存 器P 3 口鎖 存 器堆 棧 指 針S PS C O N S B U F P C O NT C O N T M O D T L 0 T L 1 T H 0 T H 1I E I PR O M4 K 字 節(jié)暫 存 器 2A C CBP S WA L U暫 存 器 1指 令 寄 存 器 I R指 令 譯 碼 器 I D定 時 與 控 制D P H D P LP C 增 量 器程 序 計 數(shù) 器 P C地 址 寄 存 器 A R緩 沖 器振 蕩 器R S TE A A L E P S E NX T A L 1X T A L 2V S SV C C武漢理工大學(xué) 單片機課程設(shè)計說明書 7 單片機引腳圖 （ 1）主電源引腳 VCC （ 2）外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 （ 3）復(fù)位引腳 RST，輸入高電平是 AT89C51 復(fù)位 （ 4）輸入 /輸出引腳 P0、 P P P3（共 32 根） （ 5）程序存儲器選擇信號引腳 EA （ 6）外部程序存儲器讀選通信號引腳 PSEN （ 7）外部存儲器低 8位地址鎖存信號引腳 ALE 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 D/A 轉(zhuǎn)換器 由 8 位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。 武漢理工大學(xué) 單片機課程設(shè)計說明書 8 DAC0832 (1)分辨率為 8 位； (2)電流穩(wěn)定時間 1us； (3)可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； (4)只需在滿量程下調(diào)整其線性度； (5)單一電源供電（ +5V～ +15V）； (6)低功耗， 20mW。 DAC0832 結(jié)構(gòu)： (1) D0～ D7： 8 位數(shù)據(jù)輸入線， TTL 電平，有效時間應(yīng)大于 90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯 )； (2) ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效； (3)CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； (4)WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 ILE、 CS、 WR1 的邏輯組合產(chǎn)生 LE1，當 LE1 為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換 ， LE1 的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存； (5)XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效； (6) WR2： DAC 寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 WR XFER的邏輯組合產(chǎn)生 LE2，當 LE2為高電平時， DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化， LE2 的負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC 寄存器并開始 D/A 轉(zhuǎn)換。 武漢理工大學(xué) 單片機課程設(shè)計說明書 9 (7)IOUT1：電流輸出端 1，其值隨 DAC 寄存器的內(nèi)容線性變化； (8)IOUT2：電流輸出端 2，其值與 IOUT1 值之和為一常數(shù)； (9)Rfb：反饋信號輸入線，改變 Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度； (10) Vcc：電源輸入端， Vcc 的范圍為 +5V～ +15V； (11) VREF：基準電壓輸入線， VREF 的范圍為 10V～ +10V； (12) AGND：模擬信號地 (13 )DGND：數(shù)字信號地 數(shù)碼管顯示器 LED 數(shù)碼管由 7 個發(fā)光二極管組成，此外，還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以 dp 表示），用于顯示小數(shù)點。通過七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。 本設(shè)計采用共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰 極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公共陰極接地，這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入低電平的則不點亮。各數(shù)字及部分字母代碼表如下： 武漢理工大學(xué) 單片機課程設(shè)計說明書 10 字型 共陰極字形代碼 字型 共陰極字形代碼 字型 共陰極字形代碼 0 3FH 6 7DH C 39H 1 06H 7 07H d 5EH 2 5BH 8 7FH E 79H 3 4FH 9 6FH F 71H 4 66H A 77H 滅 00H 5 6DH b 7CH 8255A Intel 8086/8088 系列的可編程外設(shè)接口電路簡稱 PPI，型號為 8255（改進型為 8255A 及 8255A5），具有 24條輸入 /輸出 引腳 、可編程的通用并行輸入 /輸出接口電路。它是一片使用單一 +5V電源的 40腳雙列直插式 大規(guī)模集成電路 。 8255A 的通用性強，使用靈活 ，通過它 CPU可直接與 外設(shè) 相連接。 8255A在使用前要寫入一個方式控制字，選擇 A、 B、 C三個端口各自的工作方式，共有三種 。 方式 0 ：基本的輸入輸出方式，即無須聯(lián)絡(luò)就可以直接進行的 I/O 方式。其中 A、 B、 C 口的高四位或低四位可分別設(shè)置成輸入或輸出。 方式 1 ：選通 I/O,此時接口和 外圍設(shè)備 需聯(lián)絡(luò)信號進行協(xié)調(diào)，只有 A