【正文】 盤(pán)鍵入脈沖信號(hào)的指標(biāo)參數(shù)頻率、占空比和脈沖個(gè)數(shù)，在單片機(jī)的控制處理下發(fā)出滿足信號(hào)指標(biāo)的脈沖信號(hào)，并在液晶顯示屏的制定位置顯示出相關(guān)參數(shù)。 本課題設(shè)計(jì)利 用單片機(jī)技術(shù)，通過(guò)相應(yīng)的軟件編程和較簡(jiǎn)易的外圍硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，其產(chǎn)生的脈沖信號(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)。 (3)脈沖信號(hào)占空比任意可調(diào)并在液晶屏顯屏指定位置示出來(lái) 。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) 。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)。 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)。 3．畫(huà)出相應(yīng)的軟件流程圖，并寫(xiě)出 鍵盤(pán)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。 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。 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。 (2)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM（ 128B），用于存放可以讀 /寫(xiě)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。 (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。 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]。 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。 (2) XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。 (2) ALE/ PROG （ 30 腳）：地址鎖存允許信號(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)。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。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）。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。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)。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。 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)。對(duì)端口寫(xiě)“ 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。對(duì)端口寫(xiě)“ 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。 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)。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)。 AT89C51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 單片機(jī)在某一時(shí)刻只能處理一個(gè)任務(wù)，當(dāng)多個(gè)任務(wù)同時(shí)要求單片機(jī)處理時(shí)，這一要求應(yīng)該怎么實(shí)現(xiàn)呢？通過(guò)中斷系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)的資源共享。 當(dāng) CPU 查詢到中斷請(qǐng)求時(shí)，由硬件自動(dòng)產(chǎn)生一條 LCALL 指令。 各中斷源服務(wù)程序入口地址是固定的，如下： 中斷源 入口地址 外部中斷 00003H 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0000BH 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 外部中斷 10013H 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1001BH 串行口中斷 0023H 可以用關(guān)中斷指令“ CLR EA”來(lái)屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用開(kāi)中斷指令“ SET EA”來(lái)允許 CPU 接收中斷請(qǐng)求，每一個(gè)中斷另有所指可以用編程獨(dú)立地控制為允許中斷或關(guān)中斷狀態(tài)，每一個(gè)中斷源的中斷級(jí)別均可用編程進(jìn)行設(shè)置。 AT89C51 CPU 在每一個(gè)機(jī)器周期 按 順序 去 檢查每一個(gè)中斷源，在機(jī)器周期的 S6按 優(yōu) 先級(jí)處理所有被激活的中斷請(qǐng)求，此時(shí)，如果 CPU 沒(méi)有正在處理更高 級(jí)別 或 者 相同優(yōu)先級(jí)的中斷，或者現(xiàn)在的機(jī)器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期， 或者 CPU 不是正在執(zhí)行 RETI 指令或訪問(wèn) IE 和 IPIE0 IE1 + EX0 ET0 EX1 ET1 ES PX0 PT0 PX1 PT1 PS PS 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 的指令 ， CPU 則去執(zhí)行中斷以外的操作。 可編程定時(shí)器可以通過(guò)軟件來(lái)對(duì)定時(shí)時(shí)間進(jìn)行修改，但定時(shí)是通過(guò)硬件來(lái)完成，以中斷的方式通知 CPU。 圖 14 MCS51定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖 14所示，定時(shí)器 T0特性功能寄存器 TL0（低 8位）和 TH0（高 8位）構(gòu)成，定時(shí)器 T1由特性功能寄存器 TL1（低 8位）和 TH1（高 8位）構(gòu)成。 微處理器 （ CPU） TH1 TL1 TH0 TL0 TCON TMOD 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 （ 1）計(jì)數(shù)器工作模式 計(jì)數(shù)功能是對(duì)外來(lái)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 AT89C51 單片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器具有 4 種工作方式 (方式 0、方式 方式 2 和方式 3)，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過(guò)對(duì)它的特殊功能寄存器的編程，可方便地選擇定時(shí)器 2 種工作模式和計(jì)數(shù)器 4 種工作方式。 圖 15 SMC 1602 管腳圖 但對(duì)于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器而說(shuō)，顯示字符就簡(jiǎn)單多了，可以使控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開(kāi)始顯示的行列號(hào)以及每行的列數(shù)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 找到顯示 RAM 相對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo) ，在此位置送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。各引腳具體說(shuō)明如下： 第 1 腳： VSS 為電源地 。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇 端。 第 6腳： EN 端為使能端。 SMC 1602 與單片機(jī)的連接圖如圖 16 所示。電源用 220V 市電經(jīng) 降壓 變壓器 TR1 降壓成 8V 交流電，然后經(jīng)四個(gè)整流二極管 （ D1— D4） 組鍵盤(pán)輸入 驅(qū)動(dòng)顯示 液晶屏顯示參數(shù) SMC1602 脈沖信號(hào)輸出 電源電路 7805 MCS— 51 控制脈沖輸出 及控制顯示 AT89C51 ] 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 成的 橋 式整流 電路 變成直流電壓，經(jīng) C1 濾波后送入 7805 芯片穩(wěn)壓成 5V 直流電源 向液晶顯示屏 SMC160 555 定時(shí)器、單片機(jī) AT89C51 等元器件供電。 由于內(nèi)部電流的限制，以及過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會(huì)損壞。按鍵開(kāi)關(guān)是鍵盤(pán)的基本組成元件。這種全編碼鍵盤(pán)響應(yīng)速度快，但是以復(fù)雜的硬件電路為代價(jià)的，而且其復(fù)雜性隨著按鍵數(shù)的增加而大大增加，價(jià)格貴。考慮到本次設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與便攜性，故采用非編碼鍵盤(pán)作為可編程脈沖信號(hào)發(fā)生器的輸入設(shè)備。行掃描法的基本原理是，先有程序逐行 對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，再通過(guò)檢測(cè)列的狀態(tài)來(lái)確定按鍵的行列位置。然后調(diào)用顯示子程序顯示脈沖信號(hào)指標(biāo)關(guān)鍵字頻率（ PL）、占空比（ ZKB）、個(gè)數(shù)（ NUM），提示用戶輸入脈沖信號(hào)參數(shù)指標(biāo)。 然后，調(diào)用脈沖生成子程序產(chǎn)生滿足指標(biāo)參數(shù)的脈沖信號(hào)。定時(shí) 初值的不同，就洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 會(huì)得到不同的電平寬度，從而得到不同周期的脈沖，也就得到了不同頻率的脈沖了。 1265V CC R DO555 3Ov7vvI2I1vIC8 412IvCCV V CC 2RttvIOv 123CCVCC1V3(a)電路圖 (b)波形圖v 圖 26 555 定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 （ 1） VI =0V 時(shí)， vo1輸出高電平。而且在 VI 繼續(xù)下降到 0V 時(shí)，電路的這種狀態(tài)保持不變。如果要頻繁的輸出小占空比的脈沖信號(hào)，可以通過(guò)改變輸出端口的預(yù)置值來(lái)實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)電路原理圖如圖 27 所示： 圖 27 系統(tǒng)電路原理圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第 3 章 可編程脈沖信號(hào)發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì) 矩陣鍵盤(pán)的程序設(shè)計(jì) 通常鍵盤(pán)有編碼和非編碼兩種，本次課題設(shè)計(jì)使用的是非編碼鍵盤(pán)。 CPU 只要讀取 P1 口的值就可以判斷按鍵是否按下。用戶在操作時(shí)常常因不小心同時(shí)按下了一個(gè)以上的按鍵，即發(fā)生了竄鍵。脈沖信號(hào)指標(biāo)關(guān)鍵字頻率、占空比和個(gè)數(shù)通過(guò)矩陣鍵盤(pán)送到單片機(jī)后，單片機(jī)調(diào)用數(shù)值處理子函數(shù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，進(jìn)而調(diào)用液晶屏顯示驅(qū)動(dòng)子程序，計(jì)算預(yù)顯示的位置并在對(duì)應(yīng)位置顯示 。 讀寫(xiě)操作時(shí)序如圖 31 及 32 所示： 圖 31 讀操作時(shí)序圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 32 寫(xiě)操作時(shí)序圖 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，在執(zhí)行每條指令以前一定要確定模塊忙標(biāo)志是否為低電平。 圖 33 LCD1602 內(nèi)部顯示地址圖 1602 指令集 1602 通過(guò) D0D7 的 8 位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。每次輸入指令以前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。這樣周而復(fù)始地取反 就可以在 引腳上得到脈沖信號(hào)了。 進(jìn)行 指標(biāo)參數(shù)處理 脈沖個(gè)數(shù)初始化 T0， T1 初始化，開(kāi)啟中斷且中允許 時(shí)間到?jīng)]？ 開(kāi)啟 TR0 進(jìn)入中斷處理， 取反，關(guān)閉 TR0 開(kāi)啟 TR1 時(shí)間到?jīng)]？ 進(jìn)入中斷處理， 取反，關(guān)閉 TR1 脈沖個(gè)數(shù)到?jīng)]？ 返回 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 第 4 章 可編程脈沖信號(hào) 發(fā)生器的程序編譯、 調(diào)試 及仿真 系統(tǒng) 程序的編譯 51 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)除了需要硬件 的支持外，同樣離不開(kāi)軟件。 Keil 提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 uVision4 它包括 C 語(yǔ)言編譯器，宏匯編，連接器，庫(kù)管理以及一個(gè)功能很強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。將用匯編語(yǔ)言寫(xiě)好的相應(yīng)功能的程序添加到編譯器中，進(jìn)行連接、編輯和編譯，通過(guò)下傳，將文件拷貝到仿真實(shí)驗(yàn)箱上，最后進(jìn)行運(yùn)行。單片機(jī)有固定的指令語(yǔ)言，錯(cuò)誤的語(yǔ)句不能被執(zhí)行，編譯時(shí)會(huì)提示出錯(cuò)誤的地方，可根據(jù)提示找到錯(cuò)誤的地方進(jìn)行 改正。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 系統(tǒng)調(diào)試 在系統(tǒng)樣機(jī)的組裝和軟件的設(shè)計(jì)完成以后，就進(jìn)入了系統(tǒng)的調(diào)試階段，具體細(xì)節(jié)與采用的系統(tǒng)和選用的單片機(jī)的型號(hào)有關(guān)。主要包括短路 、開(kāi)路 、 錯(cuò)線 。 造成 該 類錯(cuò)誤的原因 通常 有兩個(gè)：一是元器件在 買(mǎi)來(lái)時(shí) 候， 就已 經(jīng)是 壞 的 ； 二 是 因?yàn)?錯(cuò)誤 的 安裝，造成 元 器件 損 壞。 在 加電 以 后 還要 檢查各插件引腳 上 的電位，一般先 要 檢查 VCC 與 GND 之間 的 電位， 如果 在 5V～ 之間屬 于 正常 ；如果 有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試 的 時(shí) 候 ，將會(huì) 造成 仿真器 的 損壞等，有時(shí) 還 會(huì)造成 應(yīng)用系統(tǒng)中集成塊 的 發(fā)熱損壞 [2]。 EA = 1。 EX0=1。由于中斷的不可預(yù)測(cè)性，因此現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)顯得尤為重要，否則中斷返回后無(wú)法正常運(yùn)行被中斷程序，這種錯(cuò)誤的調(diào)試非常困難。電平觸發(fā)方式的中斷標(biāo)志位單片機(jī)不會(huì)自動(dòng)清除，而邊沿觸發(fā)方式下該標(biāo)志位能自動(dòng)清除。為了查看是否正常觸發(fā)中斷，以排查相關(guān)的軟硬件系統(tǒng)是否存在錯(cuò)誤，可以簡(jiǎn)單地在中斷子程序的第一條指令設(shè) 置斷點(diǎn)，然后聯(lián)機(jī)全速執(zhí)行。例如設(shè)置在 PRI 標(biāo)號(hào)位置可以查看整個(gè)結(jié)果。仿真效果圖如圖 42 所示 圖 42 、占空比 10%仿真效果圖 ：頻率： 5KHZ；占空比： 20%；個(gè)數(shù)： 5000。 圖 45 40KHZ、占空比 40%仿真效果圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 ：頻率： 50KHZ；占空比： 50%；個(gè)數(shù)： 1000。高頻段脈沖信號(hào)要求定時(shí)器的初值極小，就必須考慮程序指令運(yùn)行的時(shí)間