【正文】 結(jié) 論 ..................................................................................................... 36 謝 辭 ....................................................................................................... 37 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 38 附 錄 ..................................................................................................... 40 外文資料翻譯 ........................................................................................ 58 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 信號(hào)發(fā)生器是一種能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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。 脈沖 信號(hào)發(fā)生器作為一種常見(jiàn)的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，一般可以完全由硬件電路搭 建 而成，如采用 555振蕩電路發(fā)生方波的電路 即 是可 行 的 方法 之一， 而 不依靠單片機(jī) 來(lái)實(shí)現(xiàn) 。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè) 生產(chǎn) 過(guò)程控制 、 生物醫(yī)學(xué) 、 地震模擬 、 機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域 ，也 常常 需要用到低頻信號(hào)源。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度 也 會(huì)大大增加。 脈沖信號(hào)發(fā)生 器是電子測(cè)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(hào)發(fā)生器向著集成化、數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。 改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。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(guò)程中的定時(shí)信號(hào)等。在現(xiàn)代測(cè)試與控制中常常需要頻率可調(diào)的脈沖 信 號(hào) 發(fā)生器，利用單片機(jī)內(nèi)可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器可 以實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵的是，脈沖信號(hào)頻率 、占空比 和脈沖個(gè)數(shù)可 以 調(diào)節(jié)，可通過(guò)鍵盤(pán)輸入并由顯示器顯示出來(lái)。 以 單片機(jī) 為核心，以矩 陣鍵盤(pán)為輸入設(shè)備，以液晶顯示屏為顯示設(shè)備 產(chǎn)生脈沖信號(hào)的硬件 原理 電路 圖 。 4．指標(biāo)要求： (1)脈沖信號(hào)頻率參數(shù)由鍵盤(pán)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。 (3) 脈沖信號(hào)占空比參數(shù)由鍵盤(pán)輸入任意 占空比 的脈沖信號(hào)，并由液晶屏 指定位置顯示 。 針對(duì)不同的問(wèn)題，有針對(duì)性的采用不同的方法解決。 ，從網(wǎng)上那個(gè)下載單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例，在 PROTEUS 軟件上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，熟悉硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境，掌握電氣原理圖繪制的基本原理，對(duì)程序設(shè)計(jì)過(guò)程有更深層次的了解 。 C 語(yǔ)言源程序設(shè)計(jì)后，通過(guò)在 PROTEUS洛陽(yáng)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(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，查看問(wèn)題出現(xiàn)的原因，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行完善；通過(guò) 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(hào)并與指標(biāo)要求進(jìn)行對(duì)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(guò)對(duì)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(guò)進(jìn)一步整理，完成在完成電氣原理圖設(shè)計(jì)及 C 語(yǔ)言源程序設(shè)計(jì)。 在一個(gè)芯片上集成了單片機(jī)的各個(gè)組成部分，其功能如下： (1)一個(gè)八位中央處理器 CPU，包括可以進(jìn)行 8位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的AIU單元 、 8位累加器 ACC、 寄存器 B和程序狀態(tài)寄存器 PSW等。 (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。 T0 T1 內(nèi)部總線 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 圖 11 AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 EOM RAM 計(jì)數(shù) /定時(shí) 器 中斷系統(tǒng) 串行 接口 并行接口 CPU 時(shí)鐘電路 STR 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 (5)兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，其中每一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器可以設(shè)置成為計(jì)數(shù)方式用來(lái)對(duì)外部事件計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成為定時(shí)方式并且可以根據(jù)定時(shí)或計(jì)數(shù)的結(jié)果去控制計(jì)算機(jī)。 (7)一個(gè)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。 (9)單片機(jī)允許的最高工作頻率是 24MHZ。 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。正常操作及對(duì) Flash ROM編程和驗(yàn)證時(shí)接 +5V電源。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(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 要檢查 AT89C51的振蕩電路是否能夠正常工作，可以用示波器查看 XTAL2端口是否有脈沖信號(hào)輸出。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)振蕩器工作時(shí)，在此引腳 上出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，就可以使單片機(jī)完成復(fù)位。當(dāng) AT89C51上電正常工作后， ALE端不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此信號(hào)頻率為振蕩器頻率的 1/6。 AT89C51在并行擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器（包括并行擴(kuò)展 I/O 口）時(shí)， P0口用于分時(shí)傳送低 8位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)。在 ALE信號(hào)的下降沿，鎖定 P0口傳送的低 8位地址信號(hào)。 ALE信號(hào)也可以用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。 ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 8 個(gè) LS型 TTL（低功耗甚高速 TTL）負(fù)載。 (3) PSEN (29 腳 )：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。但在這段時(shí)間內(nèi)，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不再出現(xiàn)。 想要檢查一個(gè) AT89C51小系統(tǒng)上電后 CPU是否能夠正常工作，可以用示波器查看 PSEN 端口是否 有脈沖信號(hào)輸出。 (4) EA /VPP（ 31 腳）：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。當(dāng) EA 端接低電平時(shí)， CPU只訪問(wèn)并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的程序，而不管是否有片內(nèi) 程序存儲(chǔ)器。 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(kāi)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。作為輸入端口使用時(shí)，要先對(duì)端口寫(xiě)全“ 1”，這就是準(zhǔn)雙向口的含義。對(duì)端口寫(xiě)全“ 1”，可以當(dāng)作高阻抗輸入端口使用。在此期間， P0口內(nèi)部的上拉電阻有效。校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè)LS型 TTL輸入。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(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）。 (3) P2口（ 8條引腳，即 21 28腳）： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/ 端口， P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS型 TTL輸入。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)。在訪問(wèn) 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口引腳上的內(nèi)容，在整個(gè)訪問(wèn)周期不會(huì)發(fā)生改變。 (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。對(duì)端口寫(xiě)入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻把端口拉 升到高電位，這時(shí)可以當(dāng)作輸入端口用。 表 11 P3口的第二功能 端口 第二功能 名稱(chēng) 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(qǐng)輸入端 INT1 外部中斷 1申請(qǐng)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(xiě)選通 RD 外部 RAM寫(xiě)選通 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在對(duì) 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(hào)。 P3口第二功能如上頁(yè)表11所示。 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(gè)緊急事件，待處理完后，再回到原來(lái)停止工作的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)被中止的程序，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)作中斷。中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)中斷響應(yīng)完成后進(jìn)行中斷返回，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的程序。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。 MCS51中斷系統(tǒng) 5 個(gè)中斷請(qǐng)求源分別如下： （ 1） INT0：外部中斷請(qǐng)求 0，由 INT0 引腳輸入，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為 IE0； （ 2） INT1：外部中斷請(qǐng)求 1，由 INT1 引腳輸入，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為 IE1； （ 3） T0：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的溢出中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為 TF0； （ 4） T1：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的溢出中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為 TF1； （ 5） TXD/RXD:串行口的中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng) 求標(biāo)志為 TI 或 RI。 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(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)控制，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)中斷服務(wù)嵌套。程序設(shè)置中斷的允許或屏蔽，也可設(shè)置中斷的優(yōu)先 等 級(jí)。 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(cè)、定時(shí)操作等。在計(jì)算機(jī)控制中，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能一般可采用軟件定時(shí)、非編程的硬件定時(shí)和可編程硬件定時(shí)三種方法。因此功能強(qiáng)，使用方便靈活。它們都其有定時(shí)器和計(jì)數(shù)功能，可用作定時(shí)控制、精確延時(shí)，以及對(duì)外部事件的計(jì)數(shù)和控制，其中 T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。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(dòng)和停止計(jì)數(shù) 由 特殊功能寄存器TCON控制 。程序開(kāi)始 運(yùn)行 時(shí) ， 需 要 對(duì) TL0、 TH0、 TL1和 TH1進(jìn)行初始化編程， 來(lái) 定義它們的工作方式和 設(shè)置定時(shí)器 T0和 T1的計(jì)數(shù) 初值 。 AT89C51 芯片 T0（ ）和 T1（ ）兩個(gè)輸入引腳，分別是這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端。 （ 2）定時(shí)器工作模式 定時(shí)功能也是通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不過(guò)此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自單片機(jī)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生 1 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過(guò) 1 個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值加 1。 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(pán)、顯示器、打印機(jī)、 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器等外設(shè) 。 用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 6 8 或 8 8 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置相對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，又要使每字節(jié)的不同位為“ 1”，其它的為“ 0”，為“ 1”的點(diǎn)亮，為“ 0”的不亮，來(lái)組成這個(gè)特定的字符。 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。 SMC 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口。 第 2 腳： VDD 接 5V 電源正極 。 接地電源時(shí) ， 對(duì)比度 是 最高 的； 接正電源時(shí) ， 對(duì)比度 是 最 低的 （對(duì)比度 太高 時(shí) ， 會(huì)產(chǎn)生 “ 鬼影 ”現(xiàn)象 ， 這 時(shí)對(duì)比度可以 用 一個(gè) 10K 的電位器 進(jìn)行 調(diào)整）。 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。 高電平 “ 1” 時(shí) ， 進(jìn)行讀操作 ； 低電平 “ 0”時(shí) ， 進(jìn)行寫(xiě)操作。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 引腳， 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端 口 。 15 腳 為 背光正極， 16 腳 為 背光負(fù)極。 圖 16 SMC 1602 與單片機(jī)連接圖 洛陽(yáng)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(hào)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(hào)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(hào)發(fā)生器以 AT89C51 單片機(jī)為核心，以矩陣鍵盤(pán)作為輸入設(shè)備，以液晶顯示屏 SMC1602 為顯示設(shè)備，通過(guò)矩陣鍵盤(pán)將脈沖信號(hào)參數(shù)頻率、個(gè)數(shù)、占空比送入