東北石油大學
課程設計
2023年 3 月 19日
東北石油大學課程設計任務書
課程微控制器課程設計
題目占空比可調的方波發生器
專業測控技術與儀器姓名學號
一、任務
使用整合運算放大器、穩壓二極體、二極體、電阻等器件設計方波函式發生器。
二、設計要求
[1] 根據技術要求和現有開發環境，分析課設題目。
[2] 設計系統實現方案。
[3] 頻率可調，用乙個變阻器來調整波形的頻率，頻率調節範圍為20hz~2000hz
[3] 寫出詳細的設計報告。
[4] 給出全部電路和源程式
三、參考資料
[1] 何立民.mcs51微控制器應用系統設計[m].北京：北京航空航天大學出版社,2003.
[2] 徐君毅.單片微型機原理與應用[m].上海：上海科技出版社,1995
[3] 公茂法.微控制器人機介面例項集[m].北京：航空航天大學出版社,1998.
[4] 沈紅衛.基於微控制器的智慧型系統設計與實現[m].北京：電子工業出版社, 2005.
[5] 李廣弟，朱月秀等.微控制器基礎[m].北京：北京航空航天大學出版社, 2003.
完成期限 2012.3.19至2012.3.30
指導教師
專業負責人
2023年 3月 19 日
第1章緒論
微控制器整合度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、**低廉等一系列優點，目前已經滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎「無處不在，無所不為」。微控制器的應用領域已從面向工業控制、通訊、交通、智慧型儀表等迅速發展到家用消費產品、辦公自動化、汽車電子、pc機外圍以及網路通訊等廣大領域。
微控制器有兩種基本結構形式:一種是在通用微型計算機中廣泛採用的，將程式儲存器和資料儲存器合用乙個儲存器空間的結構，稱為普林斯頓結構。另一種是將程式儲存器和資料儲存器截然分開，分別定址的結構，一般需要較大的程式儲存器，目前的微控制器以採用程式儲存器和資料儲存器截然分開的結構為多。
本課題討論的方波發生器的核心是目前應用極為廣泛的 51系列微控制器。
1.1 設計內容
本課程設計是設計乙個方波發生器，用4位數碼管顯示方波的頻率。
1.2 設計基本要求
頻率可調，用乙個變阻器來調整波形的頻率，頻率調節範圍為20hz~2000hz；
占空比可調，採用兩個按鍵來實現增加、減小波形的占空比作用，占空比調節步長為1%，即每按鍵一次，占空比增加或減少1%。占空比用另外兩位數碼管顯示。
系統上電時頻率依變阻器的阻值設定，占空比設定為50%。
而我們在此設計的方波發生器與要求要設計的有點區別，所設計的頻率調節範圍為1hz~15000hz，以調節變阻器的阻值來實現頻率的調節相對來說要麻煩些。因此，頻率也使用按鍵來進行調節，不同的頻率及占空比可以使用不同的按鍵來實現，而以鍵盤掃瞄來實現各鍵的不同功能；顯示部分可以使用zlg7290晶元及數碼管來實現。由此即可構成乙個最小微控制器應用系統。
第2 章總體方案論證與設計
在電子技術領域中，實現方波發生器的方法有很多種，可以採用不同的原理及器件構成不同的電路，但可以實現相同的功能。在此次設計中，有些地方與課題原本的具體要求有點不同。如實現頻率調節時，不是按要求利用調整變阻器的阻值來完成的，而是用按鍵來實現的。
2.1 方案論述
微處理器模組at89s52，頻率與占空比資訊顯示模組，2×4矩陣鍵盤模組，74ls164移位暫存器顯示驅動模組。本設計中用到兩個定時器，定時器0和定時器1，其中定時器0工作在定時方式下，決定方波的頻率；定時器1同樣工作在定時方式下，用於設定占空比。用led顯示器來顯示頻率與占空比，鍵盤的操作是通過外中斷與微控制器共同來控制的，鍵盤操作來完成按要求對頻率與占空比進行調節。
2.2 方波發生器的總體硬體組成框圖
第3章系統硬體設計
3.1 最小微控制器系統
微控制器各功能部件的執行都是以時鐘頻率為基準的，有條不紊地進行工作。因而時鐘頻率直接影響微控制器的速度，時鐘電路的質量也直接影響微控制器系統的穩定性。常用的時鐘電路方式有兩種：
一種是內部時鐘方式，一種是外部時鐘方式，這裡採用的是內部時鐘方式，外接晶振。時鐘電路由片外晶體、微調電容和微控制器的內部電路組成。選取頻率為11.
0592mhz的晶振，微調電容是瓷片電容。
89s52微控制器的p0.7口作為波形輸出口，若接示波器，則可通過示波器來觀察波形，是乙個矩形波。
此單元電路包括時鐘電路、復位電路，具體電路如圖所示：
3.2 小鍵盤介面電路
小鍵盤如圖3-2所示。它包括8個鍵，系統中用到的鍵只有5個，分別為0號、1號、2號、3號、4號鍵。其中0號鍵是狀態鍵，採用外部中斷控制，用它來確定其它幾個鍵的按鍵功能，具體作用在前述的系統功能中已做介紹了；另外4個鍵為功能鍵，調節頻率與占空比的。
小鍵盤中引出的6根線依次分別接微控制器的p1.0、p1.1、p1.
2、p1.3、p1.4、p1.
5口。圖3-2 小鍵盤介面電路
3.3 led顯示電路
採用靜態顯示來實現顯示功能，如圖4所示。移位暫存器74ls164，實現序列輸入，並行輸出。序列資料由rxd輸出，從74ls164的a、b埠輸入暫存器，移位時鐘由txd提供。
在移位時鐘作用下，存放顯示器段碼的序列傳送緩衝器資料逐位由a、b端移入到74ls164中，再由q0到q7並行輸出到顯示數碼管相應的led上。8片74ls164首尾相串，而時鐘端則接在一起。這部分的最終功能是顯示頻率與占空比。
顯示部分具體電路如圖3-3所示：
圖3-3 led顯示電路
由於系統的要求不高，比較單一的，再加上我們是通過定時器來調節頻率的，而非電阻，因此實現起來就相對簡化了。僅用鍵盤、at89s52及序列顯示便可完成設計，達到所要求實現的功能。
方波發生器工作原理與功能：
簡單的流程為：主程式掃瞄鍵盤，將設定資訊輸入，處理後，輸出到led顯示器顯示。
微控制器的晶振為11.0592mhz，用到了兩個定時器，即定時器0與定時器1，分別進行頻率與占空比的定時，兩個定時器都是工作在方式1。根據計算定時器初值的公式：
計算出定時器0與定時器1所要裝入的初值。
此電路的鍵盤是由乙個狀態鍵，四個功能鍵（調節頻率與占空比的增減）組成，其特殊之處在於利用外部中斷實現鍵盤掃瞄。狀態鍵有三種狀態，當其處於狀態0時，則其它的鍵會處於無用狀態，當其處於狀態1時，可通過按四個調節鍵來調節頻率，處於第三種狀態時，按四個調節鍵中的前兩個便可對占空比進行調節了。
第4章系統的軟體設計
軟體是該led顯示屏控制系統的重要組成部分，在系統的軟體設計中我們也才用了模組化設計，將系統的各部分功能編寫成子模組的形式，這樣增強了系統軟體的可讀性和可移植性。
4.1 主程式
主程式包括系統初始化及顯示程式，是乙個死迴圈系統。其流程圖如圖所示：
4.2 系統初始化子程式
在此程式中，給所有變數賦初值，有鍵盤掃瞄口、選擇序列口工作方式scon、狀態標誌位flag、初始頻率與占空比及其定時、定時器0與定時器1的工作方式等。初始化時啟動了定時器0與定時器1。
4.3 顯示子程式
利用分離頻率的各位數值，將各位數值分別顯示出來。在程式中利用了頻率顯示的高位滅零的方法以致最高位為0時就不顯示，以致顯示效果美觀化。一共有五位是顯示頻率的，若頻率小於10000時，則萬位不顯示；若頻率小於1000時，則萬位與千位都不顯示，依次類推。
555晶元設計占空比可調的方波訊號發生器
占空比可調的方波訊號發生器 三 實驗原理 1 555電路的工作原理 1 555晶元引腳介紹 圖1 555電路晶元結構和引腳圖 555定時器是一種應用極為廣泛的中規模積體電路，該電路使用靈活 方便，只需外接少量的阻容原件就可以構成單穩 多諧和施密特觸發器。因而廣泛用於訊號的產生 變換 控制和檢測。1腳...
占空比連續可調的555脈衝發生器大學生課程設計報告
占空比連續可調的555脈衝發生器 一 實驗目的 用555定時器設計乙個脈衝發生器，使它具有占空比連續可調的優點。二 實驗原理 本電路是乙個稍加變化的555多諧振盪器電路，它具有占空比連續可調的優點，如下圖所示。為了能連續調節占空比並能調節振盪頻率，在555的第6腳和第7腳之間接有w1 w2 r2 d...
波形發生器
波形發生電路 要求 設計並製作用分立元件和整合運算放大器組成的能產生方波 三角波和正弦波的波形發生器。基本指標 輸出頻率分別為 102hz 103hz和104hz 輸出電壓峰峰值vpp 20v。波形發生器電路以及參考數值如下圖 原理電路設計 運用電壓比較器的特性和產生 的條件，即文氏橋振盪，可以產生...