【導(dǎo)讀】所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容。外，本畢業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本畢業(yè)論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本文研究了如何利用AT89C51單片機(jī)控制輸出PWM信號(hào)。中的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路進(jìn)行了充分的分析。在對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)熟悉的基。礎(chǔ)上完成了硬件電路設(shè)計(jì)，主要包括電源、顯示、按鍵等外圍電路設(shè)計(jì)。為了防止單片機(jī)的工作受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)。片機(jī)輸出PWM系統(tǒng)做了仿真。最終實(shí)現(xiàn)了以下功能：能夠通過(guò)K1鍵選擇。最后通過(guò)Proteus軟件中的模擬仿真器對(duì)PWM波形進(jìn)行模擬仿真輸出，PWM波形的占空比和周期及PWM波形的輸出時(shí)間通過(guò)顯示模塊顯示出來(lái)，最終圓滿(mǎn)完成設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 狀態(tài)，如果是有則為有效按鍵，否則無(wú)效。當(dāng)操作完成后要做一個(gè)相應(yīng)的按鍵是否斷開(kāi)的判斷，并進(jìn)入相應(yīng)的操作。 換 向 開(kāi) 關(guān) 檔 位P W M 值 占 空 比 逐漸 增 大P W M 值 占 空 比 逐漸 減 少P W M 周 期 逐 漸 增大P W M 周 期 逐 漸 減少初 始 化換 向 開(kāi) 關(guān) 檔 位輸 出 P W M 波 形 ； 數(shù) 碼 管 顯 示 當(dāng) 前 的 P W M 占 空 比 及 周 期 ， 并 對(duì) P W M 輸 出 時(shí) 間 進(jìn) 行 計(jì) 時(shí)K 2 鍵 是 否 真 的按 下K 3 鍵 是 否 真 的按 下延 時(shí) 5 0 毫 秒延 時(shí) 5 0 毫 秒判 斷 按 鍵 按 下K 2 鍵 按 下 且 K 3 斷開(kāi)K 3 鍵 按 下 且 K 2 斷開(kāi)YYYNYK 1 鍵 狀 態(tài)P W M 停 止 輸 出偶 數(shù) 次NK 1 按 鍵 狀 態(tài)奇 數(shù) 次偶 數(shù) 次奇 數(shù) 次N上 檔 位 上 檔 位下 檔 位 下 檔 位 圖 23 按鍵程序流程框圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 在這兒選取出按鍵開(kāi)關(guān)的一段程序如下，在這段程序中換向開(kāi)關(guān)為上檔位， K2 按鍵按下，在進(jìn)行延遲消除抖動(dòng)后確定 K2 鍵按下，從而令 PWM 輸出占空比增大，并對(duì) PWM 輸出時(shí)間重新計(jì)時(shí)。 void keyscan ( ) { if(P1_0==1) //換向開(kāi)關(guān)為上檔位 { if（ P1_3==1amp。amp。P1_4==0） //按鍵 K2 按下且 K3鍵沒(méi)有一起按下 { b++。 //延遲 50ms if(b=1000) { if(P1_3==1amp。amp。P1_4==0) //確認(rèn) K2 鍵按下，消除機(jī)械抖動(dòng)的影響 { p++。 //增大 PWM 的占空比 second=0。 //PWM 輸出時(shí)間重新計(jì)時(shí) } else break。 } } } } 顯示系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 數(shù)碼管是一種把多個(gè) LED 顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。通常的數(shù)碼管又分為 8 段，分別為 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP，其中 DP 是小數(shù)點(diǎn)位段。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個(gè)小 LED 發(fā)光二極管，通過(guò)控制不同的 LED的亮滅來(lái)顯示出不同的字形。本文中選用的六位數(shù)碼管為共陰極，數(shù)碼管的字型碼表如下所示： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 表 2 共陰極數(shù)碼管字型碼對(duì)應(yīng)字符表 共陰字型碼 所顯字符 共陰字型碼 所顯字符 3FH 0 7DH 6 06H 1 07H 7 5BH 2 7FH 8 4FH 3 6FH 9 66H 4 77H A 6DH 5 在數(shù)碼管輸出對(duì)應(yīng)的字符串前，首先要對(duì)數(shù)碼管的字型碼進(jìn)行定義 uchar code dispcode[ ]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F, 0x77}。 本文中的數(shù)碼管的 12 兩位輸出 PWM 波形的周期，對(duì)應(yīng)的 P2 端口的 12 位設(shè)置為 0xfe 和 0xfd，占空比用 m 值代替 。數(shù)碼管的 34 兩位輸出 PWM 波形的占空比，對(duì)應(yīng)的 P2端口設(shè)置為 0xfb 和 oxf7 用 q值代替。數(shù)碼管的 56兩位實(shí)現(xiàn) PWM 輸出時(shí)間的計(jì)時(shí)功能，將對(duì)應(yīng)的 P2 端口設(shè)置為 oxef 和 oxdf，數(shù)碼管的程序?yàn)椋? void display( ) { P2=0xfe。 //數(shù)碼管第一位輸出 P0=dispcode[m/10]。 //顯示周期的十位 delay(4)。 P2=0xfd。 //數(shù)碼管第二位輸出 P0=(dispcode[(m%10)])|0X80。 //顯示周期的個(gè)位 delay(4)。 P2=0xfb。 //數(shù)碼管第三位輸出 P0=dispcode[q/10]。 //顯示占空比的十位 delay(4)。 P2=0xf7。 //數(shù)碼管第四位輸出 P0=(dispcode[qg%10])|0X80。 //顯示占空比的個(gè)位 delay(4)。 P2=0xef。 //數(shù)碼管第五位輸出 P0=dispcode[second/10]。 //顯示時(shí)間的十位 delay(4)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 P2=0xdf。 //數(shù)碼管第六位輸出 P0=dispcode[second%10]。 //顯示時(shí)間的個(gè)位 delay(4)。 } 看門(mén)狗程序的設(shè)計(jì) 在 51 單片機(jī)中有兩個(gè)定時(shí)器，我們就可以用這兩個(gè)定時(shí)器來(lái)對(duì)主程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。我們可以對(duì) T0 設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間，當(dāng)產(chǎn)生定時(shí)中斷的時(shí)候?qū)σ粋€(gè)變量進(jìn)行賦值，而這個(gè)變量在主程序運(yùn)行的開(kāi)始已經(jīng)有了一個(gè)初值，在這里我們要設(shè)定的定時(shí)值要小于主程序的運(yùn)行時(shí)間，這樣在 主程序的尾部對(duì)變量的值進(jìn)行判斷，如果值發(fā)生了預(yù)期的變化，就說(shuō)明 T0 中斷正常，如果沒(méi)有發(fā)生變化則使程序復(fù)位。對(duì)于 T1我們用來(lái)監(jiān)控主程序的運(yùn)行，我們給 T1 設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間，在主程序中對(duì)一個(gè)變量 Q清零，如果不能在一定的時(shí)間里對(duì) Q 進(jìn)行清零， T1 的定時(shí)中斷就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。在這里 T1的定時(shí)時(shí)間要設(shè)的大于主程序的運(yùn)行時(shí)間，給主程序留有一定的的余量。而T1 的中斷正常與否我們?cè)儆?T0 定時(shí)中斷子程序來(lái)監(jiān)視。這樣就夠成了一個(gè)循環(huán)， T0監(jiān)視 T1， T1監(jiān)視主程序，主程序又來(lái)監(jiān)視 T0，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 初 始 化開(kāi) 始Q 值 是 否 清 零主 程 序看 門(mén) 狗 計(jì) 時(shí)程 序Q 值 是 否 清 零Q 值 賦 值 1NYYN 圖 24 AT89C51看門(mén)狗程序流程圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 4 電路系統(tǒng)仿真 計(jì)算機(jī)仿真不僅在沒(méi)有具體硬件環(huán)境的條件下模擬出具體硬件環(huán)境，以判斷系統(tǒng)的可行性，而且在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，不至于損害具體硬件環(huán)境。因此，采用系統(tǒng)仿真是非常必要的。當(dāng)前能夠用于計(jì)算機(jī)仿真學(xué)習(xí)單片機(jī)的軟件也已日趨成熟。 Proteus 軟件 Protues軟件是英國(guó) Labcenter electronics公司出版的 EDA工具軟件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái) 。 Protues 在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例 可以實(shí)現(xiàn) 元器件選擇、電路連接、電路檢測(cè)、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。由于 PROTUES 提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器 件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)。隨著科技的發(fā)展 “ 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) ” 已成為許多設(shè)計(jì)部門(mén)重要的前期設(shè)計(jì)手段。 Protues 提供了豐富的資源 ，主要包括以下幾個(gè)方面： 可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有 30多個(gè)元件庫(kù)。 可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI 調(diào)試器、 I2C 調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電 流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。 ， Protues 還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線(xiàn)路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 可提供的調(diào)試手段 Protues 提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 uVision 軟件 Keil uVision 是 美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 Keil 可以用來(lái)編譯 C源碼、匯編源程序、鏈接和重定位目標(biāo)文件和庫(kù)文件、創(chuàng)建 HEX 文件、調(diào)試目標(biāo)程序等，是一種集成化的文件編輯處理、編輯鏈接、項(xiàng)目管理、窗口、工具引用和軟件仿真調(diào)試等多種功能，是相當(dāng)強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具。 Keil uVision 軟件的優(yōu)點(diǎn) 1. Keil uVision 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼 很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 ， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil uVision 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面 ，更易用戶(hù)的使用。 Keil uVision 軟件的聯(lián)調(diào) 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)試過(guò)程一般分為軟件調(diào)試、硬件調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試 3個(gè)過(guò)程。軟件調(diào)試較易進(jìn)行，但硬件電路調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試必須在電路板制作完成，待元器件焊接 完成后進(jìn)行。使用 PROTEUS 和 Keil uVision 則不需要制作具體的電路板，直接在其開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行仿真。 在 PROTUES 繪制好原理圖后， 可以在 Keil uVision 中輸入控制單片機(jī)運(yùn)行的代碼，對(duì)輸入的代碼進(jìn)行編譯生成 *.HEX 文件。在 Protues 中 調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件： *.HEX，可以在 PROTUES 的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過(guò)程的統(tǒng)一的特點(diǎn) ， 可使設(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。 將其應(yīng)用于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，可以提高學(xué)生的動(dòng) 手能力和實(shí)際應(yīng)用能力，提高實(shí)驗(yàn)的效率和質(zhì)量。 仿真電路 本文中通過(guò)在端口 連接一個(gè) LED 來(lái)直觀的觀察 PWM 波形是否輸出，PWM 為高電平時(shí)則 LED點(diǎn)亮， PWM 為低電平時(shí)則 LED 熄滅。仿真環(huán)節(jié)可以直接用 Proteus 軟件中的虛擬示波器直接觀察單片機(jī)輸出的 PWM 波形，通過(guò)觀察器可以直接看出輸出 PWM 波形的占空比和周期，仿真電路如下圖所示： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 25 示波器仿真電路圖 系統(tǒng)的硬件仿真輸出圖 設(shè)控制 PWM 輸出占空比的 P=10,控制 PWM 輸出周期的 n=20,中斷一次為500 微秒，則相應(yīng)的 PWM 輸出的 周期為 20 500=10 毫秒， PWM 占空比為 10247。 20=50%，如下圖所示，一二兩位顯示 PWM 波形周期為 10ms，三四兩位顯示占空比為 50%，此時(shí) PWM 的輸出波形已經(jīng)有了 59 秒鐘。 圖 26 數(shù)碼管顯示周期為 10ms，占空比為 50%，輸出時(shí)間為 59秒 圖 27 示波器顯示周期為 10ms、占空比為 50%的 PWM輸出波形 保持 PWM 輸出的周期不變，改變 PWM 輸出的占空比。 先保持換向開(kāi)關(guān)和按鍵 K1 不變，即 n值不變，按動(dòng)按鍵 K2改變 P值，令 P=12，則 PWM 對(duì)應(yīng)的周期保持不變，占空比由原來(lái)的 50%變?yōu)楝F(xiàn) 在的 59%，仿真圖形如下所示，此時(shí)一二兩位顯示 PWM 波形周期為 10ms，三四兩位顯示占空比為 59%， PWM 波形輸出時(shí)間為 37秒。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 圖 28數(shù)碼管顯示周期為 10ms，占空比為 59%，輸出時(shí)間為 37秒 圖 29 示波器顯示周期為 10ms、占空比為 59%的 PWM輸出波形 保持 PWM 波形的占空比不變，改變 PWM 波形的輸出周期 保持換向開(kāi)關(guān)和按鍵。 PWM 輸出波形占空比 59%不變，令 n=50,p=30,則輸出周期為 25 毫秒，占空比為 59%的 PWM 波形仿真圖形如下所示，此時(shí)一二兩位顯示 PWM波形周期為 25ms，三