【正文】 基于單片機的 PWM 信號輸出系統(tǒng)設計 畢業(yè)論文專題題目： 畢業(yè)論文主要內容和要求： 整體方案設計 硬件電路設計，包括電源、顯示、按鍵等外圍電路設計 軟件設計，包括模式選擇程序、時間選擇程序、顯示程序、按鍵程序等 應用 PROTEUS 軟件進行仿真 指導教師簽字： 鄭 重 聲 明 本人所呈交的畢業(yè)論文，是在導師的指導下，獨立進行研究所取得的成果。所有數據、圖片資料真實可靠。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本畢業(yè)論文的知識產權歸屬于培養(yǎng)單位。文中對 AT8951 單片機概念和 PWM 信號的原理做了詳細的論述，對單片機最小系統(tǒng)中的時鐘電路和復位電路進行了充分的分析。并通過編程實現(xiàn)了單片機輸出 PWM 功能，完成了軟件設計，包括模式選擇、時間選擇、顯示、按鍵程序等。最終實現(xiàn)了以下功能：能夠通過 K1 鍵選擇 PWM 波形的輸出與關閉，通過按鍵 K K3 與換向開關 SW1 實現(xiàn)對 PWM 波形周期和占空比參數的調節(jié)作用。 關鍵詞： AT89C51 單片機； PWM 信號； 計算機仿真； 看門狗程序； ABSTRACT This paper studies how to use the AT89C51 microcontroller to control the output PWM signal. AT8951 singlechip concept and principle of the PWM signal is discussed in detail, a full analysis of the smallest singlechip system clock circuit and reset with the structure of the internal microcontroller based on the hardware circuit design, including the power to the display, buttons and other peripheral circuit design. By programming the microcontroller output PWM function, the pletion of a software design, including mode selection, timing, key program. Subject to interference from external electromagic field, in order to prevent the work of the microcontroller, causing the program to run to fly into the phenomenon of infinite loop in the design done on the basis of the watchdog circuit, the microcontroller to stabilize the output of the PWM waveform. This design also Proteus and Keil uVision, software related presentations by Proteus and the Keil uVision software, the FBI in the Keil uVision programming, simulation in Proteus software on the microcontroller output PWM system. The ultimate realization of the following features: K1 key to select the PWM waveform output on and off, through the key K2, K3, with the change to the switch SW1 on the regulatory role of the PWM waveform cycle and duty cycle parameters. Finally, the simulation in Proteus software simulation output of the PWM waveform, duty cycle and the cycle of the PWM waveform and PWM waveform output time displayed by the display module, and ultimately the successful pletion of the design. Alpha Keywords ： AT89C51 microcontroller。 puter simulation。目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 本文的設計背景和意義 1 設計要求 1 單片機概述 2 AT89C51 單片機概述 4 AT89C51 單片機內部結構 4 AT89C51 單片機引腳功能 5 脈沖寬度調制 PWM 概述 9 2 系統(tǒng)硬件設計 11 電源電路設計 11 單片機時鐘電路設計 12 單片機復位電路設計 12 看門狗電路設計 13 按鍵選擇電路設計 15 顯示模塊電路設計 16 系統(tǒng)硬件電路設計 18 3 系統(tǒng)程序設計 19 主程序的設計 19 單片機中斷程序的設計 20 程序的設計 21 按鍵程序的設計 22 顯示系統(tǒng)的程序設計 24 看門狗程序的設計 26 4 電路系統(tǒng)仿真 27 Proteus 軟件 27 uVision 軟件 28 與 Keil uVision 軟件的聯(lián)調 28 仿真電路 28 系統(tǒng)的硬件仿真輸出圖 29 5 本文總結 31 參考文獻 32 翻譯部分 33 英文原文 33 中文譯文 42 致 謝 49 1 緒論 本文的設計背景和意義 單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小 而完善的計算機系統(tǒng)。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 PWM 控制技術以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點。 2．硬件電路設計，包括電源、顯示、按鍵等外圍電路設計。 4．應用 PROTEUS 軟件進行仿真 。單片機由芯片內僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。 圖 1 單片機的內部結構 的應用 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下 幾個范疇： 。 。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網構成二級控制系統(tǒng)等。可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯 煲、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制。單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。某些專用單片機設計用于實現(xiàn)特定功能，從而 在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內部結構。 片機種類 單片機。 單片。 單片機。 單片機（ 51 單片機）。 51LPC 系列單片機（ 51 單片 機）。 單片機。 公司單片機（ 51 單片機）。 （ SONIX）。缺點 RAM 空間過小，抗干擾較好。 89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，器件采用 ATMEL 高密度非 易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 單片機內部結構 AT89C51 單片機由 CPU 和 8 個部件組成，它們都通過片內單一總線連接，其基本結構依然是通用 CPU 加上外圍芯片的結構模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。 內部數據存儲器： AT89C51 芯片中共有 256 個 RAM 單元，能作為存儲器使用的只是前 128 個單元，其地址為 00H― 7FH。 特殊功能寄存器：是用來對片內各部件進行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的 RAM 區(qū)，位于內部 RAM 的高 128 個單元，其地址為 80H― FFH。 并行 I/O 口： AT89C51 芯片內部有 4 個 8 位的 I/O 口（ P0， P1， P2， P3），以實現(xiàn)數據的并行輸入輸出。 定時器： AT89C51 片內有 2 個 16 位的定時器，用來實現(xiàn)定時或者計數功能，并且以其定時或計數結果對計算機進行控制。 振蕩電路：它外接石英晶體和微調電容即可構成 AT89C51 單片機產生時鐘脈沖序列的時鐘電路 。 AT89C51 單片機引腳功能 AT89C51 單片機一般采用雙列直插 DIP 封裝，共 40 個引腳，圖為引腳排列圖。 圖 3 AT89C51 封裝圖 1 Vcc――芯片電源，接 +5V。 XTAL XTAL2――晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線共有 4 根，其中 3 根是復用線。 1 ALE/PROG――地址鎖存允許 /片內 EPROM 編程脈沖。當 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 位數據信號。② PROG 功能：片內有 EPROM 的芯片，在 EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 80C51 讀外 ROM 時，沒個機器周期內 PSEN兩次有效輸出。在讀內 ROM 或讀外 RAM 時， PSEN 無效。①正常工作時， RST（ Reset）端為復位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機器周期以上高電平， 80C51 芯片即實現(xiàn)復位操作，復位后一切從頭開始， CPU 從 0000H 開始執(zhí)行指令。 4 EA/Vpp ――內外 ROM 選擇 /片內 EPROM 編程電源。 80C51 單片機 ROM 尋址范圍為 64KB，其中 4KB 在片內， 60KB 在片外（ 80C31 芯片無內 ROM，全部在片外）。當 EA 保持低電平時，則只訪問外 ROM，不管芯片內有否內ROM。② Vpp 功能：片內有 EPROM的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電源 Vpp。嚴格來講， 80C51 的控制線還應 該包括 P3口的第二功能。在不并行擴展外存儲器 包括并行擴展 I/O口 時 , P0 口可用作雙向 I/O 口。位結構如圖所示。 圖 4 P0 口位結構 2 P1 口―― 8 位準雙向 I/O 口 “準雙向”是指該口內部有固定的上拉電阻 。 P1 口能驅 動為 4 個 LSTTL 門。在不并行擴展外存儲器 包括并行擴展 I/O口 時 , P2 口可用作雙向 I/O 口。 P2 口能驅動 4 個 LSTTL 門。在結構上， P2 口比 P1 口多一個輸出控制部分。 可作一般 I/O 口用 ,同時 P3 口每一引腳還具有第二功能 ,用于特殊信號輸入輸出和控制信號 屬控制總線 。 圖 7 P3 口位結構 P3 口第二功能如下 : 表 1 P3 口第二功能 P3 口 第二功能 注釋 RXD 串行口輸入端 TXD 串行口輸出端 INT0 外部中斷 0 請求輸入端 INT1 外部中斷 1 請求輸入端 T0 定時 /計數器 0 外部信號輸入端 T1 定時 /計數器 1 外部信號輸入端 WR 外 RAM寫選通信號輸出端 RD 外 RAM 讀選通信號輸出端 上述 4 個I/O 口 ,各有各的用途。在并行擴展外存儲器 包括并行擴展 I/O口 時 , P0口專用于分時傳送低 8 位地址信號和 8 位數據信號 ,P2 口專用于傳送高 8 位地址信號。 脈沖寬度調制 PWM 概述 脈沖寬度調制 PWM ，是英文“ Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電 路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。