按鍵控制單片機(jī)PWM輸出設(shè)計(jì)

1、學(xué) 號(hào) 1322010110天津城建大學(xué)單片機(jī)原理及應(yīng)用A課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書按鍵控制單片機(jī)PWM輸出設(shè)計(jì)起止日期： 2016年05月 30日 至 2016年6月10日學(xué)生姓名班級(jí)成績(jī)指導(dǎo)教師(簽字) 控制與機(jī)械工程學(xué)院2016年6月10日目 錄第一章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)11.1 PWM11.2 STC12C5A60S2簡(jiǎn)介11.3 仿真工具介紹21.3.1 Protues簡(jiǎn)介21.3.2 Keil uVision3簡(jiǎn)介4第二章 硬件電路設(shè)計(jì)52.1 復(fù)位電路52.2 時(shí)鐘電路52.3 按鍵中斷52.4 顯示電路6第三章 程序設(shè)計(jì)流程圖7第四章 系統(tǒng)仿真84.1 仿真圖84.2 程序84.3 PCB11參

2、考資料12第一章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1 PWMPWM的全稱是Pulse Width Modulation（脈沖寬度調(diào)制），它是通過(guò)改變輸出方波的占空比來(lái)改變等效的輸出電壓。1.2 STC12C5A60S2簡(jiǎn)介STC12C5A60S2是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。1）管腳說(shuō)明:1、P0.0P0.7 P0：P0口既可以作為輸入/輸出口，也可以作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。當(dāng)P0口作為輸入/

3、輸出口時(shí)，P0是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無(wú)需外接上拉電阻。當(dāng)P0作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時(shí)，是低8位地址線A0A7，數(shù)據(jù)線D0D72、P1.0/ADC0/CLKOUT2標(biāo)準(zhǔn)IO口、ADC輸入通道0、獨(dú)立波特率發(fā)生器的時(shí)鐘輸出3、P1.1/ADC14、P1.2/ADC2/ECI/RxD2標(biāo)準(zhǔn)IO口、ADC輸入通道2、PCA計(jì)數(shù)器的外部脈沖輸入腳，第二串口數(shù)據(jù)接收端5、P1.3/ADC3/CCP0/TxD2外部信號(hào)捕獲，高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出、第二串口數(shù)據(jù)發(fā)送端6、P1.4/ADC4/CCP1/SS非SPI同步串行接口的從機(jī)選擇信號(hào)7、P1.5/ADC5/MOSISPI同步串行接

4、口的主出從入(主器件的輸入和從器件的輸出)8、P1.6/ADC7/SCLKSPI同步串行接口的主入從出9、P2.0P2.710、P2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入輸出口(8位準(zhǔn)雙向口)，也可作為高8位地址總線使用。11、P3.0/RxD標(biāo)準(zhǔn)IO口、串口1數(shù)據(jù)接收端12、P3.1/INT0非外部中斷0，下降沿中斷或低電平中斷13、P3.3/INT114、P3.4/T0/INT非/CLKOUT0定時(shí)器計(jì)數(shù)器0外部輸入、定時(shí)器0下降沿中斷、定時(shí)計(jì)數(shù)器0的時(shí)鐘輸出2）A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)：STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)

5、到250KHz(25萬(wàn)次/秒)。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型IO口，用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不須作為A/D使用的口可繼續(xù)作為IO口使用。單片機(jī)ADC由多路開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、10位DAC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器以及ADC_CONTER構(gòu)成。該單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC。主次比較型ADC由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過(guò)逐次比較邏輯，從最高位(MSB)開始，順序地對(duì)每一輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換

6、器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。需作為AD使用的口先將P1ASF特殊功能寄存器中的相應(yīng)位置為1，將相應(yīng)的口設(shè)置為模擬功能。STC12C5A60S2引腳圖如圖1所示。 圖1 STC12C5A60引腳圖1.3仿真工具介紹1.3.1 Protues簡(jiǎn)介Protues軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)

7、，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。Protues軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）PCB自動(dòng)或人工布線（3）SP

8、ICE電路仿真革命性的特點(diǎn)：（1）互動(dòng)的電路仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真處理器及其外圍電路?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Protues建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。Protues具有4大功能模塊:1）智能原理圖設(shè)計(jì)（ISIS）豐富的器件庫(kù)：超過(guò)27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過(guò)模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能

9、化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡(jiǎn)單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間；支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙：通過(guò)個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。2）完善的電路仿真功能（Prospice）ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5，實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；超過(guò)27000個(gè)仿真器件：可以通過(guò)內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件； 多樣的激勵(lì)源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav

10、文件）、指數(shù)信號(hào)、單頻FM、數(shù)字時(shí)鐘和碼流，還支持文件形式的信號(hào)輸入； 豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計(jì)/計(jì)數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等； 生動(dòng)的仿真顯示：用色點(diǎn)顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對(duì)地電壓大小，結(jié)合動(dòng)態(tài)器件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動(dòng)； 高級(jí)圖形仿真功能（ASF）：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項(xiàng)指標(biāo)，包括工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進(jìn)行一致性分析。3）獨(dú)特的單片機(jī)

11、協(xié)同仿真功能（VSM）支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級(jí)還在繼續(xù)增加，如即將支持CORTEX、DSP處理器；支持通用外設(shè)模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點(diǎn)陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、RS232虛擬終端、電子溫度計(jì)等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過(guò)PC機(jī)串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信； 實(shí)時(shí)仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿

12、真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。 編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語(yǔ)言的編輯/編譯/源碼級(jí)仿真，內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR、Keil和Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言的源碼級(jí)仿真和調(diào)試。4）實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)原理圖到PCB的快速通道： 原理圖設(shè)計(jì)完成后，一鍵便可進(jìn)入ARES的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)； 先進(jìn)的自動(dòng)布局/布線功能：支持器件的自動(dòng)/人工布局；支持無(wú)網(wǎng)格自動(dòng)布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設(shè)計(jì)更為合理； 完整的PCB設(shè)計(jì)功能：最多可設(shè)計(jì)16

13、個(gè)銅箔層，2個(gè)絲印層，4個(gè)機(jī)械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設(shè)置，自動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，3D 可視化預(yù)覽； 多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括Gerber文件的導(dǎo)入或?qū)С?，便利與其它PCB設(shè)計(jì)工具的互轉(zhuǎn)（如protel）和PCB板的設(shè)計(jì)和加工。5）Protues提供了豐富的資源 （1）Protues可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫(kù)。（2）Protues可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。（3）

14、除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Protues還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。（4）Protues可提供的調(diào)試手段 Protues提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。Protues電路功能仿真：在PROTUES繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。PROTUES 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。PROTU

15、ES不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測(cè)、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于PROTUES提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)。隨著科技的發(fā)展“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計(jì)

16、部門重要的前期設(shè)計(jì)手段。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過(guò)程的統(tǒng)一的特點(diǎn)?？墒乖O(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。相信在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中PROTUES也能茯得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。1.3.2 Keil uVision3簡(jiǎn)介Keil uVision3是德國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)c語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)開發(fā)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用,而且大大的提高了工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期,他還能嵌入?yún)R編，您可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微

17、控制器的軟件開發(fā)提供了C語(yǔ)言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效,快速的特點(diǎn)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)， 使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面，能在很短的時(shí)間內(nèi)就能學(xué)會(huì)使用keil c51來(lái)開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用程序 。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成

18、的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。第二章 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。STC12C5A60的復(fù)位是靠外電路實(shí)現(xiàn)的,RST引腳是單片機(jī)的復(fù)位輸入端。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)的時(shí)鐘f=12MHz時(shí),1個(gè)

19、機(jī)器周期為1S,復(fù)位信號(hào)至少需保持2S。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，通常是RST引腳保持10ms以上的高電平。復(fù)位電路連接如圖2所示2.2 時(shí)鐘電路STC12C5A60中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖2。外接石英晶體及電容C1，C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。時(shí)鐘電路和復(fù)位電路如下圖：圖2 時(shí)鐘、復(fù)位電路2.3 按鍵中斷STC12C5A60共有2個(gè)外部中斷，INT0和INT1為兩天外部中斷請(qǐng)求輸入線，都允許外部中斷源以低電平或下

20、降沿觸發(fā)。為了能在線修改參數(shù)而不影響PWM輸出，我們選用優(yōu)先級(jí)低的INT1。按鍵中斷的電路如圖3。工作原理：上電后對(duì)P1.0、P1.1置高位，持續(xù)掃描，如果有按鍵按下，如P1.0對(duì)應(yīng)的按鍵按下，則P1.0接地，檢測(cè)到低電壓，P1.1仍懸空，認(rèn)為還是高電平，因而能判斷哪個(gè)按鍵按下。圖3 按鍵中斷2.4顯示電路圖4 顯示電路第三章 程序設(shè)計(jì)流程圖按照程序要求，設(shè)計(jì)如下的程序設(shè)計(jì)流程圖。圖5 設(shè)計(jì)流程圖第四章 系統(tǒng)仿真4.1 仿真圖圖6 仿真圖4.2 程序#include <reg51.h> /模擬PWM輸出控制燈的亮度#define uchar unsigned char#define

21、uint unsigned intunsigned int scale;uchar data_L,data_H; uchar tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;sbit K1 =P10 ; /增加鍵sbit K2 =P11 ; /減少鍵sbit P10=P00 ;sbit P11=P01 ; sbit P12=P02 ;sbit P13=P03 ;sbit P14=P04 ; sbit P15=P05 ; sbit P16=P06 ; sbit P17=P07 ; unsigned char PWM=50; /賦初值 /

22、占空比控制變量void display();void data_in();void delayms(unsigned char ms);void display(void)P3=0x04;P2=tabdata_H;delayms(1);P3=0x08;P2=tabdata_L;delayms(1);void data_in(void) data_L=scale%10;data_H=scale/10;void delayms(unsigned char ms) / 延時(shí)子程序 unsigned char i ; while(ms-) for(i = 0 ; i < 120 ; i+) ; void timer0(void) interrupt 1 /定時(shí)器0中斷服務(wù)程序 static unsigned int n ; /n用來(lái)保存當(dāng)前時(shí)間在一秒中的比例位置 n+; /每250微秒增加1