【正文】 ....................................... 37 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 38 附 錄 ..................................................................................................... 40 外文資料翻譯 ........................................................................................ 58 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 信號發(fā)生器是一種能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號的電子儀器，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。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè) 生產(chǎn) 過程控制 、 生物醫(yī)學(xué) 、 地震模擬 、 機(jī)械振動等領(lǐng)域 ，也 常常 需要用到低頻信號源。 脈沖信號發(fā)生 器是電子測量中的一種重要儀器，隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展 ,脈沖信號發(fā)生器向著集成化、數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。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、控制過程中的定時(shí)信號等。關(guān)鍵的是，脈沖信號頻率 、占空比 和脈沖個數(shù)可 以 調(diào)節(jié)，可通過鍵盤輸入并由顯示器顯示出來。 4．指標(biāo)要求： (1)脈沖信號頻率參數(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。 針對不同的問題，有針對性的采用不同的方法解決。 C 語言源程序設(shè)計(jì)后，通過在 PROTEUS洛陽理工學(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 語言程序設(shè)計(jì)中存在的問題，查看問題出現(xiàn)的原因，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行完善；通過 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并與指標(biāo)要求進(jìn)行對比，在 KeiL uVision4 軟件上進(jìn)行單步運(yùn)行找出誤差出現(xiàn)的原因，通過對程序的結(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)，通過進(jìn)一步整理，完成在完成電氣原理圖設(shè)計(jì)及 C 語言源程序設(shè)計(jì)。 (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。 (7)一個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。 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。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，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。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。當(dāng) AT89C51上電正常工作后， ALE端不斷向外輸出正脈沖信號，此信號頻率為振蕩器頻率的 1/6。在 ALE信號的下降沿，鎖定 P0口傳送的低 8位地址信號。 ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 8 個 LS型 TTL（低功耗甚高速 TTL）負(fù)載。但在這段時(shí)間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號將不再出現(xiàn)。 (4) EA /VPP（ 31 腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。 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。對端口寫全“ 1”，可以當(dāng)作高阻抗輸入端口使用。校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。當(dāng) P1口用作輸入端使用時(shí)，因?yàn)榇嬖趦?nèi)部上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時(shí)該引腳會輸出一個電流（ IIL）。當(dāng)作為輸入端口使用時(shí)，因?yàn)榇嬖趦?nèi)部上拉電阻， 某個引腳被外部信號拉低時(shí)該引腳會輸出一個電流 (IIL)。 (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。 表 11 P3口的第二功能 端口 第二功能 名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接收端 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送端 INT0 外部中斷 0申請輸入端 INT1 外部中斷 1申請輸入端 T0 定時(shí)器 0計(jì)數(shù)輸入端 T1 定時(shí)器 1計(jì)數(shù)輸入端 WR 外部 RAM寫選通 RD 外部 RAM寫選通 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在對 Flash ROM編程或者程序校驗(yàn)期間， P3口還可以接收一些控制信號。 所謂的中斷就是，當(dāng) CPU 正在處理某項(xiàng) 事務(wù)的時(shí)候，如果外界或者內(nèi)部發(fā)生了緊急事件，要求 CPU 暫停正在執(zhí)行的工作轉(zhuǎn)去處理這個緊急事件，待處理完后，再回到原來停止工作的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來被中止的程序，這個過程稱作中斷。執(zhí)行LCALL 指令時(shí)，首先將 PC 內(nèi)容壓入堆棧進(jìn)行斷點(diǎn)保護(hù)，再把中斷入口地址裝入 PC， 使程序跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷區(qū)入口地址。 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 13 所示： 圖 13 AT89C51 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 AT89C51 提供了 5 個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級控制，可實(shí)現(xiàn)兩個中斷服務(wù)嵌套。 AT89C51 單片機(jī)的 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 在控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要用實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制，例如定時(shí)中斷、定時(shí)檢測、定時(shí)操作等。因此功能強(qiáng)，使用方便靈活。定時(shí)寄 存器的工作方式 由 特殊功能寄存器 TMOD控制，定時(shí)器 T0和 T1的啟動和停止計(jì)數(shù) 由 特殊功能寄存器TCON控制 。 AT89C51芯片 T0（ ）和 T1（ ）兩個輸入引腳，分別是這兩個計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端。 SMC 1602A LCD 液晶顯示屏 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常需 要 連接鍵盤、顯示器、打印機(jī)、 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器等外設(shè) 。 SMC 1602A LCD 為 16*2 的液晶顯示屏，支持字母和數(shù)字的 ASCII 碼顯示，即給 LCD 送相應(yīng)數(shù)字和字母的 ASCII 碼，保證正確時(shí)序，即可顯示相應(yīng)的字符。 第 2 腳： VDD 接 5V 電源正極 。 高電平 “ 1” 時(shí) ,選擇數(shù)據(jù)寄存器 ； 低電平 “ 0” 時(shí) ,選擇指令寄存器。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 引腳， 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端 口 。 圖 16 SMC 1602 與單片機(jī)連接圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 2 章 可編 程脈沖信號發(fā)生器的硬件設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體框圖 基于 AT89C51 單片機(jī)的可編程脈沖信號發(fā)生器的系統(tǒng)框圖如圖 21 所示： 圖 21 系統(tǒng)框圖 原理闡述 可編程脈沖信號發(fā)生器以 AT89C51 單片機(jī)為核心，以矩陣鍵盤作為輸入設(shè)備，以液晶顯示屏 SMC1602 為顯示設(shè)備，通過矩陣鍵盤將脈沖信號參數(shù)頻率、個數(shù)、占空比送入 AT89C51 單片機(jī) ,接著單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，驅(qū)動液晶屏在指定的位置顯示相關(guān)的參數(shù)；根據(jù)不同的脈沖信號參數(shù)指標(biāo)采取不同的控 制策略，生成滿足指標(biāo)要求的脈沖信號。 圖 22 電源電路圖 穩(wěn)壓器 7805 引腳圖如圖 23 所示： 圖 23 穩(wěn)壓器 7805 引腳圖 引腳功能為： 1腳：輸入。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于 輸出電流。 鍵盤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是如何把鍵盤上的每次按鍵動作轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的 ASCII碼送到單片機(jī)。所謂非編碼鍵洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 盤，是利用簡單的電路和軟件配合來 識別按鍵的位置（位置碼），然后由單片機(jī)通過軟件查表將位置碼轉(zhuǎn)換成需要的編碼信息。非編碼鍵盤結(jié)構(gòu)圖如圖 24 所示。 脈沖信號輸出電路 通過鍵盤將脈沖信號參數(shù)指標(biāo)送入到 AT89C51 單片機(jī)。若沒有按鍵或者發(fā)生竄鍵，則 CPU 處于等待狀態(tài)，直到檢測到有有效按鍵為止，這時(shí)調(diào)用按鍵分析子程序計(jì)算出被按按鍵 的鍵值。然后將流程回到脈沖生成子程序的開始處，準(zhǔn)備產(chǎn)生下一個脈沖信號，這樣周而復(fù)始，直到輸出完要求個數(shù)的脈沖信號。調(diào)整高低電平所占的時(shí)間，便可以改變脈沖信號的占空比。 （ 2）當(dāng) VI 上升到 ccV32 時(shí)， Vo1輸 出低電平。 圖 26 中， R、 VCC2 構(gòu)成另一輸出端 Vo2，其高電平可以通過改變 VCC2進(jìn)行調(diào)節(jié) [12]。這也正體現(xiàn)出了本課題設(shè)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 計(jì)良好的經(jīng)濟(jì)性和可拓展性。鍵盤上的按鍵一般排成行、列矩陣格式，每個交叉點(diǎn)上可接一個按鍵。如果沒有按鍵按下，則返回 值必為 ff；若有鍵按下，則值必因被按按鍵的接通而不等于 ff。 CPU 處理竄鍵的原則是把最后放開的按鍵認(rèn)為真正被按的按鍵。 SMC 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160個不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大 小寫、常用的符號、和日文假名等，每個字符都有 其 固定的代碼，比如的 阿拉伯?dāng)?shù) 字 “ 0” 的代碼是 00110000B（ 30H），顯示時(shí)模塊把地址 30H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就 可以 看到 阿拉伯?dāng)?shù)字 “ 0” 。當(dāng)模塊的忙標(biāo)志位為低電平時(shí)，表示不忙；否則，此條指令失效。 數(shù)據(jù)指針設(shè)置： 數(shù)據(jù)首地址為 80H，所以數(shù)據(jù)地址為 80H+地址碼 (027H， 4067H) 其他設(shè)置： 01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針 =0，所有顯示 =0)； 02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針 =0)。 脈沖生成的程序設(shè)計(jì) 脈沖信號在單片機(jī)的 引腳輸出。我們發(fā)現(xiàn)，只要改變定時(shí)初值，就 可以改變產(chǎn)生脈沖的頻率；洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 只要改變?nèi)》? 口的次數(shù)，就可以得到一定數(shù)目的脈沖輸出； 只要改變 取反的時(shí)間間隔，就可以得到不同占空比的脈 沖信號。 CPU 真正執(zhí)行的是機(jī)器碼，必須把用匯編語言或者 C 語言等高級語言編寫的源程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼后，才能被執(zhí)行。在開發(fā)應(yīng)用軟件的過程中，編輯，編譯，匯編，連接，調(diào)試等各階段都集成在這一個編程環(huán)境中，首先用編譯器編寫源程序，然后調(diào)用編譯器進(jìn)行編譯，在連接以后就可以直接運(yùn)行 [15]。如果程序沒有錯誤，就可以得到相應(yīng)的結(jié)果在仿真使用器上實(shí)現(xiàn)。很多語法錯誤都是由于不夠細(xì)心造成的，比較容易找到并改正。調(diào)試的過程就是軟硬件的差錯過程，分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。排除方法是首先 把 加工 好的印制 電路 板 和 原理圖 進(jìn)行 認(rèn)真 地 對照，看兩者是否 是 一致 的 ?？梢詸z查元件 和 設(shè)計(jì)要求的安裝 、 型號 以及 規(guī)格是否一致 的， 在保證安裝無誤 的前提下 ，用替換 的 方法 來 排除錯誤 和故障 。 軟件調(diào)試 初始化及中斷服務(wù)程序 include include define uint unsigned int 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 define uinc unsigned char uint count _at_ 0x7800。 } void int0(void) interrupt 0 { EX0=0。 }[8] 引用該子程序主要想討論以下兩個問題： (1)現(xiàn)場的保護(hù)與恢復(fù)。 (2)觸發(fā)方式的正確使用。上面的 INT0 中斷子程序采用電平觸發(fā)方式，如果將“ CLR IE0”指令疏漏，會導(dǎo)致中斷重入錯誤 [1]。如果能進(jìn)入斷點(diǎn)，則說明觸發(fā)電路等基本正常，中斷初始化程序也基本正常。如果在該處無法進(jìn)入中斷，則說明此前程序隱含錯誤，斷點(diǎn)必須逐漸前移，一旦斷點(diǎn)能正常進(jìn)入，則一般可以斷定斷點(diǎn)后的程序可能有錯誤。仿真效果圖如圖 43 所示 圖 43 5KHZ、占空比 20%仿真效果圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 ：頻率： 20KHZ；占空比： 50%；個數(shù)： 9999。仿真效果圖如圖 46 所示 。 要削弱 40KHZ～ 50KHZ 頻率段 的失真現(xiàn)象，在不更換控制芯片的情況下，可以通過在 Keil uVision4 軟件上進(jìn)行單步調(diào)試，統(tǒng)計(jì)出程序指令運(yùn)行消耗的時(shí)間，在定時(shí)器賦初值的時(shí)候，把指令運(yùn)行消耗的時(shí)間考慮進(jìn)去，也即減小定時(shí)器的初值，這樣便可以有效的削弱這種失真現(xiàn)象。最后我選擇了內(nèi)部具有 4KB 字節(jié)的閃爍存儲器的AT89C51 單片機(jī)，選擇了低頻信號采用工作方式 1 下的定時(shí)中斷加計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，高頻信號采用自動賦初值的工作方式 2 下的的定時(shí)中斷功能來實(shí)現(xiàn)，雖然這樣分頻比較麻煩，但較好的滿足率各 指標(biāo)要求也讓我對脈沖信號的分頻以及單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)功能和中斷系統(tǒng)詳細(xì)進(jìn)行了重新學(xué)習(xí)和掌握。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 謝 辭 本設(shè)計(jì)在選題及研究過程中得到孫南海老師指導(dǎo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及堅(jiān)韌的探索精神將會使我終生受