基于單片機課程設(shè)計---基于單片機的秒脈沖信號源的設(shè)計

1、<p>　　單 片 機 課 程 設(shè) 計</p><p>　　題 目 基于單片機的秒脈沖信號源的設(shè)計 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 院 機電工程學院 </p><p>　　專 業(yè)

2、 測控技術(shù)與儀器 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　成 績 </p>

3、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。單片機誕生30多年以來，其品種,功能和應(yīng)用技術(shù)都得到飛速的發(fā)展，本次課程設(shè)計的目的主要是培養(yǎng)學生綜合運用所學的知識，完成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　　本系統(tǒng)采用單片機89C51為中心器件來設(shè)計,系統(tǒng)使用性強，操作簡單，擴展性強。在現(xiàn)有

4、的單片機仿真機系統(tǒng)上掌握相關(guān)軟硬件設(shè)計與調(diào)試知識，根據(jù)仿真系統(tǒng)，焊好硬件電路，正確進行元器件的測試與調(diào)試。正文著重給出軟硬件設(shè)計的思路和各部分功能的擴展增強，以及其具體實現(xiàn)。</p><p>　　關(guān)于頻率和占空比的確定，對于12M晶振，輸出頻率為1KHZ,這樣定時中斷次數(shù)設(shè)定為 *</p><p>　　*10，即0.01MS中斷一次，則TH0=FF,TL0=F6;由于設(shè)定中斷時間為0.0

5、1ms，這樣可以設(shè) *</p><p>　　*定占空比可從1-99%變化。即10ms*100=1s </p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C51單片機、秒脈沖、占空比、晶振</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、功能要求………………

6、………………………………………………1</p><p>　　二、方案論證………………………………………………………………1</p><p>　　三、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計…………………………………………………2</p><p>　　四、系統(tǒng)程序的設(shè)計………………………………………………………7</p><p>　　五、調(diào)試及性能分析…………………

7、……………………………………11</p><p>　　六、參考文獻………………………………………………………………12</p><p>　　七、（附錄）電路PROTUES仿真圖 ………………………………………13</p><p><b>　　一 、功能要求</b></p><p><b>　　系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)&l

8、t;/b></p><p>　　設(shè)計單片機主電路、秒脈沖發(fā)生器信號源。</p><p>　　2、設(shè)計所需要的用具</p><p>　　電烙鐵，錫絲，單片機，ATMEL86C52、，晶振，各種不同阻值電阻，各種型號電容，導(dǎo)線，杜邦線等等</p><p><b>　　二 方案論證</b></p><

9、p><b>　　1.1、電源部分</b></p><p>　　本次設(shè)計選用89C51單片機作為核心，ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換芯片，數(shù)碼管作為顯示器，7805穩(wěn)壓器為主的直流穩(wěn)壓電路做為電源，配合采集，轉(zhuǎn)換，顯示程序共同實現(xiàn)可測量0-5V直流電壓的數(shù)字式電壓表。</p><p>　　1.2 軟硬件開發(fā)環(huán)境</p><p>　　硬件選擇

10、：選擇89c52作為單片機芯片，，選用獨立式按鍵作為程序的跳轉(zhuǎn)與選擇，利用ADC0809作為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，利用P0至P4的各個串口來進行不同設(shè)備間的連接，計算機進行匯編，H51/L仿真器，單片機多功能實驗箱。</p><p>　　軟件開發(fā)環(huán)境： 用Proteus 7 Professional軟件畫電路圖 、Keil uVision3軟件進行程序編寫。</p><p>　　三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)

11、計</p><p><b>　　主要芯片簡介：</b></p><p><b>　　AT89C52簡介</b></p><p>　　9C52是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產(chǎn)品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了CMOS的高速和高

12、密度技術(shù)及CMOS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于89C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應(yīng)用場合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通

13、過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable</p><p><b>　　且價廉的

14、方案。 </b></p><p><b>　　1．主要特性： </b></p><p>　　與MCS-51 兼容 ,4K字節(jié)可編程閃爍存儲器，壽命：1000寫/擦循環(huán)， 數(shù)據(jù)保留時間：10年，全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz ，三級程序存儲器鎖定，128*8位內(nèi)部RAM ，32可編程I/O線， 兩個16位定時器/計數(shù)器， 5個中斷源 ，可編程串行通道，低功耗

15、的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 。 </p><p><b>　　2．管腳說明： </b></p><p>　　VCC：供電電壓。 </p><p><b>　　GND：接地。 </b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口

16、的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 </p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流

17、，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的

18、高八位。在給出地址“1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 </p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上

19、拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： </p><p>　　口管腳 備選功能 </p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口） </p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口） </p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0） </p><p>　　P3.3

20、/INT1（外部中斷1） </p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入） </p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入） </p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） </p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） </p><p>　　P3口同時為閃爍編程

21、和編程校驗接收一些控制信號。 </p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 </p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。</p><p>　　在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈</p>

22、;<p>　　沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然</p><p>　　而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可</p><p>　　在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該</p><p>　　引腳被略微

23、拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 </p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩</p><p>　　次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 </p><p>　　/EA/Vpp：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FF

24、FFH），不管是</p><p>　　否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平</p><p>　　時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 </p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p><p>　

25、　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 </p><p>　　3、振蕩器特性： </p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。</p><p>　　石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)</p><p>　　部時鐘信號要通過一個二分頻

26、觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證</p><p>　　脈沖的高低電平要求的寬度。 </p><p><b>　　4、芯片擦除： </b></p><p>　　整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處</p><p>　　于低電平10ms 來完成。此外，A

27、T89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，</p><p>　　支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，</p><p>　　串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他</p><p>　　芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 </p><p&g

28、t;<b>　　5、結(jié)構(gòu)特點： </b></p><p>　　8位CPU；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；32根I/O線；外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K；2個16位的定時器/計數(shù)器；5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級；全雙工串行口；布爾處理器。</p><p><b>　　此為引腳圖</b></p><p>　　STC89C52基本

29、電路</p><p>　　STC89C52單片機要正常工作，必須有基本電路：晶振電路及復(fù)位電路。</p><p><b>　　（1） 復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位是使單片機處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機工作從復(fù)位開始。在單片機RST引腳引入高電平并保持2個機器周期，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本方式：一種是上電復(fù)位，另一

30、種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。復(fù)位電路如圖3.2.2所示。</p><p>　　開機瞬間RST獲得高電平，隨著電解電容C3的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。若該高電平能保持足夠2個機器周期，就可以實現(xiàn)復(fù)位操作。根據(jù)經(jīng)典電路選擇參數(shù)，選取C3=10µF，R1=10KΩ。</p><p><b>　　（2） 晶振電路</b></p><p&

31、gt;　　單片機的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式是利用單片機內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時鐘信號。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)。</p><p>　　本次設(shè)計中，采用的是12MHz晶振，配上30pF的電容，構(gòu)成諧振，這樣有助于輸出穩(wěn)定的波形。</p><p><b>　　電路如圖所示。</b></p>

32、<p>　　在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡稱晶振），作為單片機內(nèi)部振蕩電路的負載，構(gòu)成自激振蕩器，可在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。C1和C2的作用是穩(wěn)定振蕩頻率和快速起振。根據(jù)經(jīng)典電路選擇參數(shù)，本電路選用晶振12 MHz， C1=C2=33PF。其中晶振周期（或外部時鐘信號周期）為最小的時序單位。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)程序的設(shè)計</p><p&g

33、t;　　程序思路說明： </p><p>　　只需要4個按鍵。 </p><p>　　關(guān)于頻率和占空比的確定，對于12M晶振，輸出頻率為1KHZ,這樣定

34、時中斷次數(shù)設(shè)定為 </p><p>　　10，即10MS中斷一次，則TH0=FF,TL0=F6;由于設(shè)定中斷時間為10ms，這樣可以設(shè) *</p><p>　　*定占空比可從1-99%變化。即10ms*100=1s * #include<regx51.h></p><p>　　#

35、define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uchar timer0_tick,ZKB=1;//timer0_tick計數(shù)，ZKB占空比</p><p>　　uchar i=0,n=0,temp=0;</p><p>　　code seve

36、n_seg[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//1,2,3, 4, 5, 6, 7, 8, 9</p><p>　　code scan[2]={0xfd,0xfe};</p><p>　　uchar counter[2]={0,0};</p><p>　　sbit AN1=P3^2;//

37、調(diào)整個位</p><p>　　sbit AN2=P3^3;//調(diào)整十位</p><p>　　sbit AN3=P3^4;//啟動按鍵</p><p>　　sbit AN4=P3^5;//確認按鍵</p><p>　　void delay(uint z)//軟件延時函數(shù)</p><p><b>　　{</

38、b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=110;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　static void

39、 timer0_isr(void) interrupt 1 using 0 //中斷函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p>　　TL0=(65536-10000)%256;</p><p>　　TH0=(65536-10000)

40、/256;</p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　if (ZKB>99) ZKB=1; </p><p>　　if (ZKB<1) ZKB=99;</p><p>　　counter[0]=ZKB%10;</p><p>　　counter[1]=ZKB

41、/10;</p><p><b>　　n++;</b></p><p>　　if(n==100)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　n=0;</b></p><p><b>　　i++;</b>&l

42、t;/p><p>　　if(i==2) i=0;</p><p>　　P0=seven_seg[counter[i]];</p><p>　　P2=scan[i];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　timer0_tick++;</p><p>　　i

43、f(timer0_tick++==100)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　timer0_tick=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(AN2==0)</p><p><b>　　{ </b>

44、;</p><p>　　delay(100);</p><p>　　if(AN2==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　temp=1;</b></p><p>　　counter[0]++;</p><p>　　i

45、f(counter[0]==10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　counter[0]=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</

46、b></p><p>　　if(AN1==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(100);</p><p>　　if(AN1==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>

47、;　　temp=1;</b></p><p>　　counter[1]++;</p><p>　　if(counter[1]==10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　counter[1]=0;</p><p><b>　　}</b>&

48、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　ZKB=counter[0]+counter[1]*10;</p><p>　　if(AN4==0)</p><p><b>　　{</b></p&

49、gt;<p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　if(AN4==0)</p><p><b>　　temp=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(temp==1)</p><p

50、>　　P3_7=0;// P3_7為脈沖輸出引腳</p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (timer0_tick<=ZKB) /*當小于占空比值時輸出低電平，高于時是高電平，從而實現(xiàn)占空比的調(diào)整*/ </p>&

51、lt;p><b>　　{</b></p><p><b>　　P3_7=1;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{</b></p&

52、gt;<p><b>　　P3_7=0;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　static void timer0_initi

53、alize(void)//中斷初始化</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　EA=0;</b></p><p>　　timer0_tick=0;</p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p>　　TMOD

54、=0x01;</p><p>　　TL0=(65536-10000)%256;</p><p>　　TH0=(65536-10000)/256;</p><p><b>　　PT0=0;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b&g

55、t;　　TR0=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　STAR:

56、delay(100); </p><p>　　if(AN3!=0) goto STAR;//按鍵3啟動脈沖</p><p>　　timer0_initialize();</p><p><b>　　while(1);</b></p><p><b>　　}</b></p><p&

57、gt;　　//按按鍵3啟動脈沖器，初始設(shè)置占空比為1%，按鍵1調(diào)整十位，</p><p>　　//按鍵2調(diào)整個位，一旦調(diào)整，輸出為0，必須按確認鍵確認，</p><p>　　//輸出正確脈沖.可以占空比1-99%任意調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　調(diào)試及性能分析</b></p><p>　　本課程設(shè)計采用的是8位的A

58、DC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，我們假設(shè)輸入電壓為5V 的時候，輸出的數(shù)值應(yīng)該是28=256，由于單片機數(shù)字是從0開始的，因此會顯示255，十六進制就是FFH，這就可以推出單片機的最大數(shù)值分辨率是0.0196V（5/255）。要是對于要求更高精度的電壓表則應(yīng)該選擇位數(shù)更大的，如12位，或者32位或者更高。</p><p>　　本設(shè)計中對這個精度已經(jīng)足夠，因此就選用的8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在仿真過程中，由于PROTEUS的版本

59、較低，因此換用了ADC0808進行了仿真，ADC0808與ADC0809的功能差不多，就是轉(zhuǎn)換速率的差別。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　本次課程設(shè)計所應(yīng)用到的軟件有：KEIL，PROTEUS這兩個軟件，兩個軟件結(jié)合起來用對這個設(shè)計有著至關(guān)重要的作用。軟件調(diào)試是通過仿真軟件proteus進行的，此軟件及不多介紹了，功能強大，是學習電路

60、的好幫手。剛開始進行軟件仿真的時候，發(fā)現(xiàn)寫的程序根本沒有運行起來，這就要我們進行錯誤的排查，這就包括各個端口的檢查和分析。由于這個軟件是英文版的，因此對于我們初學者來說有點難度，好多的元器件根本不知道叫什么，無形中就增加了仿真的難度。但這個是必須要克服的！</p><p>　　不過在實物的制作過程中遇到的麻煩更大，其中鍛煉動手能力還是很好的，首先對于那些亂七八糟的硬件都不怎么熟悉，這得就需要我們?nèi)ゲ殚啎Y料，一

61、個元器件的接口有什么功能、在哪里，平常我們在書本上只能想象一下，現(xiàn)在拿到硬件了又該如何是好，大部分的硬件只有一個名字，其余的引腳全部要查閱相關(guān)資料。</p><p>　　還有在焊接的過程中對于東西的使用也是很有講究和技巧的。了解助焊劑與焊錫絲的關(guān)系，如何使用，怎么用得安全對于我們動手少的人來說這個真是大有難度的。因此在第一次做的時候，線路極其混亂，雖然檢查了幾遍確定無誤的時候，可是現(xiàn)實總是殘酷的，不管怎么調(diào)試還是

62、沒有成功，最終狠下心來，全部拆了，一切從頭再來，在這過程中比較痛苦，多虧了杜邦線的幫助，使得工程量不是特別的大。第二次也差不多是同樣的結(jié)果，不知道是洞洞板不合格還是怎么的，居然相差很遠的地方居然神奇的連在一起，這讓人很是無語。不過既然出現(xiàn)了，也就認命，只得再去檢測，重新弄。</p><p>　　通過這個實物的制作，可以知道理想和現(xiàn)實的差距是很大的，想想在電腦上用軟件繪制圖形的時候幾下子就能夠搞定，在現(xiàn)實中還是得一

63、步一個腳印，這還要足夠的心思，花足夠的精力才能夠做好一件事情??！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　康光華：電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分 第五版）高等教育出版社，2006第五版</p><p>　　康光華：電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分 第五版）高等教育出版社，2005第五版</p><p>　　3、李