【正文】 結(jié) 論 ..................................................................................................... 36 謝 辭 ....................................................................................................... 37 參考文獻 ................................................................................................. 38 附 錄 ..................................................................................................... 40 外文資料翻譯 ........................................................................................ 58 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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、電子實驗中經(jīng)常使用的電子儀器之一。 脈沖 信號發(fā)生器作為一種常見的應(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 來實現(xiàn) 。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中，如工業(yè) 生產(chǎn) 過程控制 、 生物醫(yī)學(xué) 、 地震模擬 、 機械振動等領(lǐng)域 ，也 常常 需要用到低頻信號源。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度 也 會大大增加。 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。 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，例如時鐘脈沖、控制過程中的定時信號等。在現(xiàn)代測試與控制中常常需要頻率可調(diào)的脈沖 信 號 發(fā)生器，利用單片機內(nèi)可編程定時 /計數(shù)器可 以實現(xiàn)。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。 以 單片機 為核心，以矩 陣鍵盤為輸入設(shè)備，以液晶顯示屏為顯示設(shè)備 產(chǎn)生脈沖信號的硬件 原理 電路 圖 。 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。 (3) 脈沖信號占空比參數(shù)由鍵盤輸入任意 占空比 的脈沖信號，并由液晶屏 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。 ，從網(wǎng)上那個下載單片機應(yīng)用實例，在 PROTEUS 軟件上進行仿真實驗，熟悉硬件開發(fā)環(huán)境，掌握電氣原理圖繪制的基本原理，對程序設(shè)計過程有更深層次的了解 。 C 語言源程序設(shè)計后，通過在 PROTEUS洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 和 KeiL uVision4 軟件上進行聯(lián)機仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)電氣原理圖設(shè)計和 C 語言程序設(shè)計中存在的問題，查看問題出現(xiàn)的原因，并在此基礎(chǔ)上進行完善；通過 PROTEUS 和 KeiL uVision4 軟件上進行聯(lián)機仿真調(diào)試，查看生成的脈沖信號并與指標(biāo)要求進行對比，在 KeiL uVision4 軟件上進行單步運行找出誤差出現(xiàn)的原因，通過對程序的結(jié)構(gòu)或者所用的指令進行調(diào)整進一步完善程序，再進行聯(lián)機仿真調(diào)試，直到誤差在允許的范圍內(nèi)，通過進一步整理，完成在完成電氣原理圖設(shè)計及 C 語言源程序設(shè)計。 在一個芯片上集成了單片機的各個組成部分，其功能如下： (1)一個八位中央處理器 CPU，包括可以進行 8位算術(shù)運算和邏輯運算的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 單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 EOM RAM 計數(shù) /定時 器 中斷系統(tǒng) 串行 接口 并行接口 CPU 時鐘電路 STR 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 (5)兩個 16 位定時 /計數(shù)器，其中每一個定時 /計數(shù)器可以設(shè)置成為計數(shù)方式用來對外部事件計數(shù)，也可以設(shè)置成為定時方式并且可以根據(jù)定時或計數(shù)的結(jié)果去控制計算機。 (7)一個全雙工通用異步接受發(fā)送器（ URAT）串行接口，用于實現(xiàn)單片機與單片機或者單片機與其他計算機之間的串行通信。 (9)單片機允許的最高工作頻率是 24MHZ。 AT89C51 單片機的引腳功能 1. 電源引腳 GND和 VCC (1)VSS（ 20 腳）：接地端。正常操作及對 Flash ROM編程和驗證時接 +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)部時鐘發(fā)生器的輸入端，這個放大器構(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，此引腳應(yīng)該懸空。當(dāng)振蕩器工作時，在此引腳 上出現(xiàn)連續(xù)兩個機器周期以上的高電平，就可以使單片機完成復(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，此信號頻率為振蕩器頻率的 1/6。 AT89C51在并行擴展外部存儲器（包括并行擴展 I/O 口）時， P0口用于分時傳送低 8位地址和數(shù)據(jù)信號。在 ALE信號的下降沿，鎖定 P0口傳送的低 8位地址信號。 ALE信號也可以用作對外輸出的時鐘或定時信號。 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）負載。 (3) PSEN (29 腳 )：程序存儲允許輸出信號端。但在這段時間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不再出現(xiàn)。 想要檢查一個 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 有脈沖信號輸出。 (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。當(dāng) EA 端接低電平時， CPU只訪問并執(zhí)行外部程序存儲器中的程序，而不管是否有片內(nèi) 程序存儲器。 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，要先對端口寫全“ 1”，這就是準(zhǔn)雙向口的含義。對端口寫全“ 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。校驗時，要求外接上拉電阻。 P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個LS型 TTL輸入。當(dāng) P1口用作輸入端使用時，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）。 (3) P2口（ 8條引腳，即 21 28腳）： P2是一個帶有內(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 4個 LS型 TTL輸入。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)。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口引腳上的內(nèi)容，在整個訪問周期不會發(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。對端口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部的上拉電阻把端口拉 升到高電位，這時可以當(dāng)作輸入端口用。 表 11 P3口的第二功能 端口 第二功能 名稱 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 定時器 0計數(shù)輸入端 T1 定時器 1計數(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（論文） 9 在對 Flash ROM編程或者程序校驗期間， P3口還可以接收一些控制信號。 P3口第二功能如上頁表11所示。 所謂的中斷就是，當(dāng) CPU 正在處理某項 事務(wù)的時候，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。中斷源發(fā)出中斷請求，單片機對中斷請求進行響應(yīng)，當(dāng)中斷響應(yīng)完成后進行中斷返回，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。執(zhí)行LCALL 指令時，首先將 PC 內(nèi)容壓入堆棧進行斷點保護，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 個中斷請求源分別如下： （ 1） INT0：外部中斷請求 0，由 INT0 引腳輸入，中斷請求標(biāo)志為 IE0； （ 2） INT1：外部中斷請求 1，由 INT1 引腳輸入，中斷請求標(biāo)志為 IE1； （ 3） T0：定時器 /計數(shù)器 0 的溢出中斷請求，中斷請求標(biāo)志為 TF0； （ 4） T1：定時器 /計數(shù)器 1 的溢出中斷請求，中斷請求標(biāo)志為 TF1； （ 5） TXD/RXD:串行口的中斷請求，中斷請 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 個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級控制，可實現(xiàn)兩個中斷服務(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。 AT89C51 單片機的 定時 /計數(shù)器 在控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要用實時時鐘實現(xiàn)定時或延時控制，例如定時中斷、定時檢測、定時操作等。在計算機控制中，實現(xiàn)定時功能一般可采用軟件定時、非編程的硬件定時和可編程硬件定時三種方法。因此功能強，使用方便靈活。它們都其有定時器和計數(shù)功能，可用作定時控制、精確延時，以及對外部事件的計數(shù)和控制，其中 T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。定時寄 存器的工作方式 由 特殊功能寄存器 TMOD控制，定時器 T0和 T1的啟動和停止計數(shù) 由 特殊功能寄存器TCON控制 。程序開始 運行 時 ， 需 要 對 TL0、 TH0、 TL1和 TH1進行初始化編程， 來 定義它們的工作方式和 設(shè)置定時器 T0和 T1的計數(shù) 初值 。 AT89C51芯片 T0（ ）和 T1（ ）兩個輸入引腳，分別是這兩個計數(shù)器的計數(shù)輸入端。 （ 2）定時器工作模式 定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，不過此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內(nèi)部，即每個機器周期產(chǎn)生 1 個計數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過 1 個機器周期的時間，計數(shù)器當(dāng)前值加 1。 SMC 1602A LCD 液晶顯示屏 單片機應(yīng)用系統(tǒng)常需 要 連接鍵盤、顯示器、打印機、 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器等外設(shè) 。 用 LCD 顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由 6 8 或 8 8 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置相對應(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”的點亮，為“ 0”的不亮，來組成這個特定的字符。 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 ， 對比度 是 最高 的； 接正電源時 ， 對比度 是 最 低的 （對比度 太高 時 ， 會產(chǎn)生 “ 鬼影 ”現(xiàn)象 ， 這 時對比度可以 用 一個 10K 的電位器 進行 調(diào)整）。 高電平 “ 1” 時 ,選擇數(shù)據(jù)寄存器 ； 低電平 “ 0” 時 ,選擇指令寄存器。 高電平 “ 1” 時 ， 進行讀操作 ； 低電平 “ 0”時 ， 進行寫操作。 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 背光負極。 圖 16 SMC 1602 與單片機連接圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第 2 章 可編 程脈沖信號發(fā)生器的硬件設(shè)計 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計 系統(tǒng)的總體框圖 基于 AT89C51 單片機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