【正文】 的非編碼矩陣鍵盤鍵入脈沖信號的指標參數(shù)頻率、占空比和脈沖個數(shù)，在單片機的控制處理下發(fā)出滿足信號指標的脈沖信號，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)計利 用單片機技術(shù)，通過相應(yīng)的軟件編程和較簡易的外圍硬件電路來實現(xiàn)，其產(chǎn)生的脈沖信號干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，人機界面友好，操作簡單方便，成本低，攜帶方便，擴展性強。 (3)脈沖信號占空比任意可調(diào)并在液晶屏顯屏指定位置示出來 。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。 在現(xiàn)代測試與控制中常常需要頻率可調(diào)的脈沖發(fā)生器，利用單片機內(nèi)可編程定時 /計數(shù)器 即可實現(xiàn) 。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能 的 升級。 本課題設(shè)計 運用單片機技術(shù)，通過相應(yīng)的軟件編程和較簡易的外圍硬件電路 設(shè)計 來實現(xiàn)，和用分立式元件設(shè)計的脈沖發(fā)生器相比而言，其產(chǎn)生洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 的脈沖信號干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，人機界面友好，操作簡單方便，成本低，攜帶方便，擴展性強。 3．畫出相應(yīng)的軟件流程圖，并寫出 鍵盤驅(qū)動、液晶顯示屏驅(qū)動以及產(chǎn)生頻率、個數(shù)、占空比可以調(diào)整的 C 語言源 程序。 5． 用 PROTEUS 軟件 做出 硬件電路 仿真調(diào)試結(jié)果，并加以說明。 C 語言程序設(shè)計相關(guān)的資料，主要研究程序設(shè)計的基本方法，掌握 C 語言中基本指令的使用方法，認識程序設(shè)計過程中關(guān)鍵指令使用時的注意事項，熟悉程序開發(fā)設(shè)計的過程。 (2)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM（ 128B），用于存放可以讀 /寫的數(shù)據(jù) ,如運算中間的結(jié)果 、最終結(jié)果或預(yù)顯示的數(shù)據(jù)等。 (6)五個中斷源，具有兩個優(yōu)先級 別的中斷嵌套結(jié)構(gòu) ,兩個外部中斷源INTO 和 INT1 ，三個內(nèi)部中斷源即兩個定時計數(shù)中斷和一個串行口中斷。 AT89C51單片機可降至 0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩個軟件的節(jié)電工作模式 [3]。 圖 12 AT89C51管腳圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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。當(dāng) ALE 信號有效時， P0口傳送的是低 8位地址信號； ALE信號無效時， P0口傳送的是 8位 數(shù)據(jù)信號。需注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，都將跳過一個 ALE脈沖。當(dāng) AT89C51由片外部程序存儲器讀取指令（或常數(shù)）時，每個機器周期內(nèi)兩次 PSEN 有效（即輸出洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 兩個有效脈沖）。如果有，說明其基本上能夠正常工作；否則，說明其不能正常工作。需要注意的是，如果保密位LB1被編程，復(fù)位時在內(nèi)部會鎖存 EA 端口的狀態(tài)。當(dāng)作為輸出端口用時，每位 能吸收電流的方式驅(qū)動 8個 TTL負載。 在 Flash ROM編程時， P0口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部上拉電 阻把端口拉升到高電平，此時可以作為輸入端口使用。對端口寫“ 1”， 通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉升到高電平，此時可以當(dāng)作輸入端端口使用。 Flash編程或程序校驗期間， P2也可以可接收高位地址和一些控制信號。當(dāng)作為輸入端口使用時，因為存在內(nèi)部上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時該引腳會輸出一個電流 (IIL)。 AT89C51 單片機的中斷系統(tǒng) 單片機在某一時刻只能處理一個任務(wù)，當(dāng)多個任務(wù)同時要求單片機處理時，這一要求應(yīng)該怎么實現(xiàn)呢？通過中斷系統(tǒng)可以實現(xiàn)多個任務(wù)的資源共享。 當(dāng) CPU 查詢到中斷請求時，由硬件自動產(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 定時器 /計數(shù)器 T0000BH 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 外部中斷 10013H 定時器 /計數(shù)器 T1001BH 串行口中斷 0023H 可以用關(guān)中斷指令“ CLR EA”來屏蔽所有的中斷請求，也可以用開中斷指令“ SET EA”來允許 CPU 接收中斷請求，每一個中斷另有所指可以用編程獨立地控制為允許中斷或關(guān)中斷狀態(tài)，每一個中斷源的中斷級別均可用編程進行設(shè)置。 AT89C51 CPU 在每一個機器周期 按 順序 去 檢查每一個中斷源，在機器周期的 S6按 優(yōu) 先級處理所有被激活的中斷請求，此時，如果 CPU 沒有正在處理更高 級別 或 者 相同優(yōu)先級的中斷，或者現(xiàn)在的機器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個機器周期， 或者 CPU 不是正在執(zhí)行 RETI 指令或訪問 IE 和 IPIE0 IE1 + EX0 ET0 EX1 ET1 ES PX0 PT0 PX1 PT1 PS PS 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 的指令 ， CPU 則去執(zhí)行中斷以外的操作。 可編程定時器可以通過軟件來對定時時間進行修改，但定時是通過硬件來完成，以中斷的方式通知 CPU。 圖 14 MCS51定時器 /計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51單片機內(nèi)部的定時 /計數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖 14所示，定時器 T0特性功能寄存器 TL0（低 8位）和 TH0（高 8位）構(gòu)成，定時器 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 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 （ 1）計數(shù)器工作模式 計數(shù)功能是對外來脈沖進行計數(shù)。 AT89C51 單片機的定時器 /計數(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，通過對它的特殊功能寄存器的編程，可方便地選擇定時器 2 種工作模式和計數(shù)器 4 種工作方式。 圖 15 SMC 1602 管腳圖 但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器而說，顯示字符就簡單多了，可以使控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號以及每行的列數(shù)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 找到顯示 RAM 相對應(yīng)的地址，設(shè)立光標 ，在此位置送上該字符對應(yīng)的代碼即可。各引腳具體說明如下： 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)四個整流二極管 （ D1— D4） 組鍵盤輸入 驅(qū)動顯示 液晶屏顯示參數(shù) SMC1602 脈沖信號輸出 電源電路 7805 MCS— 51 控制脈沖輸出 及控制顯示 AT89C51 ] 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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 定時器、單片機 AT89C51 等元器件供電。 由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護和安全工作區(qū)的保護，使它基本上不會損壞。按鍵開關(guān)是鍵盤的基本組成元件。這種全編碼鍵盤響應(yīng)速度快，但是以復(fù)雜的硬件電路為代價的，而且其復(fù)雜性隨著按鍵數(shù)的增加而大大增加，價格貴?？紤]到本次設(shè)計的經(jīng)濟性與便攜性，故采用非編碼鍵盤作為可編程脈沖信號發(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 對鍵盤進行掃描，再通過檢測列的狀態(tài)來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指標關(guān)鍵字頻率（ PL）、占空比（ ZKB）、個數(shù)（ NUM），提示用戶輸入脈沖信號參數(shù)指標。 然后，調(diào)用脈沖生成子程序產(chǎn)生滿足指標參數(shù)的脈沖信號。定時 初值的不同，就洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 會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 定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 （ 1） VI =0V 時， vo1輸出高電平。而且在 VI 繼續(xù)下降到 0V 時，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，可以通過改變輸出端口的預(yù)置值來實現(xiàn)。 系統(tǒng)電路原理圖如圖 27 所示： 圖 27 系統(tǒng)電路原理圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 第 3 章 可編程脈沖信號發(fā)生器的軟件設(shè)計 矩陣鍵盤的程序設(shè)計 通常鍵盤有編碼和非編碼兩種，本次課題設(shè)計使用的是非編碼鍵盤。 CPU 只要讀取 P1 口的值就可以判斷按鍵是否按下。用戶在操作時常常因不小心同時按下了一個以上的按鍵，即發(fā)生了竄鍵。脈沖信號指標關(guān)鍵字頻率、占空比和個數(shù)通過矩陣鍵盤送到單片機后，單片機調(diào)用數(shù)值處理子函數(shù)進行相關(guān)運算，進而調(diào)用液晶屏顯示驅(qū)動子程序，計算預(yù)顯示的位置并在對應(yīng)位置顯示 。 讀寫操作時序如圖 31 及 32 所示： 圖 31 讀操作時序圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 32 寫操作時序圖 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，在執(zhí)行每條指令以前一定要確定模塊忙標志是否為低電平。 圖 33 LCD1602 內(nèi)部顯示地址圖 1602 指令集 1602 通過 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了。 進行指 標參數(shù)處理 脈沖個數(shù)初始化 T0， T1 初始化，開啟中斷且中允許 時間到?jīng)]？ 開啟 TR0 進入中斷處理， 取反，關(guān)閉 TR0 開啟 TR1 時間到?jīng)]？ 進入中斷處理， 取反，關(guān)閉 TR1 脈沖個數(shù)到?jīng)]？ 返回 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 第 4 章 可編程脈沖信號 發(fā)生器的程序編譯、 調(diào)試 及仿真 系統(tǒng) 程序的編譯 51 單片機的開發(fā)除了需要硬件 的支持外，同樣離不開軟件。 Keil 提供的集成開發(fā)環(huán)境 uVision4 它包括 C 語言編譯器，宏匯編，連接器，庫管理以及一個功能很強大的仿真調(diào)試器。將用匯編語言寫好的相應(yīng)功能的程序添加到編譯器中，進行連接、編輯和編譯，通過下傳，將文件拷貝到仿真實驗箱上，最后進行運行。單片機有固定的指令語言，錯誤的語句不能被執(zhí)行，編譯時會提示出錯誤的地方，可根據(jù)提示找到錯誤的地方進行 改正。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 系統(tǒng)調(diào)試 在系統(tǒng)樣機的組裝和軟件的設(shè)計完成以后，就進入了系統(tǒng)的調(diào)試階段，具體細節(jié)與采用的系統(tǒng)和選用的單片機的型號有關(guān)。主要包括短路 、開路 、 錯線 。 造成 該 類錯誤的原因 通常 有兩個：一是元器件在 買來時 候， 就已 經(jīng)是 壞 的 ； 二 是 因為 錯誤 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)機仿真器調(diào)試 的 時 候 ，將會 造成 仿真器 的 損壞等，有時 還 會造成 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)測性，因此現(xiàn)場保護顯得尤為重要，否則中斷返回后無法正常運行被中斷程序，這種錯誤的調(diào)試非常困難。電平觸發(fā)方式的中斷標志位單片機不會自動清除，而邊沿觸發(fā)方式下該標志位能自動清除。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)是否存在錯誤，可以簡單地在中斷子程序的第一條指令設(shè) 置斷點，然后聯(lián)機全速執(zhí)行。例如設(shè)置在 PRI 標號位置可以查看整個結(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%；個數(shù)： 5000。 圖 45 40KHZ、占空比 40%仿真效果圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 ：頻率： 50KHZ；占空比： 50%；個數(shù)： 1000。高頻段脈沖信號要求定時器的初值極小，就必須