設計并實現(xiàn)兩路相位可調方波信號發(fā)生器

1、武漢理工大學單片機課程設計目錄1、設計原理與方法2 1.1、單片機概述2 1.2、80C51引腳說明 3 1.3、設計原理說明52、系統(tǒng)硬件線路設計圖63、程序框圖74、系統(tǒng)資源分配85、源程序96、仿真結果117、性能分析138、總結與心得149、參考文獻15 1、設計原理與方法1.1、 單片機概述單片微型計算機（Single-Chip Microcomputer），簡稱單片機。就是將微處理器（CPU）、存儲器（存放程序或數(shù)據(jù)的ROM和RAM）、總線、定時器/計數(shù)器、輸入/輸出接口（I/O口）和其他多種功能器件集成在一塊芯片上的微型計算機。本次課程設計選用的是MCS-51系列單片機中的80C

2、51。MCS-51單片機包含中央處理器（CPU）、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時器/計數(shù)器、并行I/O接口、串行I/O接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元。其內部結構框圖如圖1所示。 圖1中央處理器由運算器、控制器組成。8051的CPU包含以下功能部件： （1）8位CPU。（2）布爾代數(shù)處理器，具有位尋址能力。（3）128B內部RAM數(shù)據(jù)存儲器，21個專用寄存器。（4）4KB內部掩膜ROM程序存儲器。（5）2個16位可編程定時器/計數(shù)器。（6）32位（4×8位）雙向可獨立尋址的I/O口。（7）1個全雙工UART（異步串行通信口）。（8）5個中斷源、兩級中斷優(yōu)先級的中斷控制器。（

3、9）時鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生1.2MHz12 MHz的時鐘頻率。（10）外部程序/數(shù)據(jù)存儲器尋址空間均為64KB。（11）111條指令，大部分為單字節(jié)指令。（12）單一+5V電源供電，雙列直插40引腳DIP封裝。內部結構如圖2所示 圖2MCS-51單片機中有兩個16位的定時器/計數(shù)器T0和T1，它們由4個8位寄存器（TL0, TH0, TL1和TH1）組成，2個16位定時器/計數(shù)器是完全獨立的。可以單獨對這4個寄存器進行尋址，但不能把T0和T1當做16位寄存器來使用。1.2、80C51引腳說明MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構，

4、右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明。MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明。如圖5所示。 圖5Pin9:RESET/Vpd復位信號復用腳，當80C51通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后

5、，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，80C51的初始態(tài)。80C51的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。Pin30:ALE/PROG當訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內部程序存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這

6、個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。如果單片機是EPROM，在編程其間，PROG將用于輸入編程脈沖。Pin29:PSEN當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內外部選通線，8051和8751單片機，內置有4kB的程序存儲器，當EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀

7、取外部程序存儲器指令。顯然，對內部無程序存儲器的8031,EA端必須接地。1.3、設計原理說明 本設計通過單片機80C51的P1口的P1.0和P1.1兩個引腳輸出兩路方波信號，通過P0口的P0.0和P0.4兩個引腳接兩個按鍵分別來控制輸出方波的相位和頻率變化。本設計的相位和頻率的變化是通過調用延時子程序來控制的，通過按鍵是延時的時間發(fā)生改變從而輸出不同相位和頻率的方波信號，設計框圖如下圖6圖62、系統(tǒng)硬件線路設計圖圖73、程序框圖 本設計程序流程圖如圖8圖84、系統(tǒng)資源分配 以下是本設計單片機80C51的系統(tǒng)資源分配： 單片機80C51的P0口的P0.0接按鍵KEY1，P0.4接按鍵KEY2；

8、P1口的P1.0和P1.1分別接示波器的A通道和B通道。5、源程序ORG 0000H AJMP START ORG 0100HSTART:MOV R1,#32 MOV R3,#32MAIN:SETB P1.0 CALL DE2 SETB P1.1 CALL DE1 CLR P1.0 CALL DE2 CLR P1.1 CALL DE1 JNB P0.0,CP JNB P0.4,CF JMP MAIN CP: JNB P0.0,$ MOV A,R1 ADD A,#32 MOV R1,A JMP MAIN CF: JNB P0.4,$ MOV A,R3 RLC A MOV R3,A JMP MAI

9、N DE1:MOV A,#20 MOV R6,A D1:MOV A,R3 MOV R5,A D2:MOV R4,#25 DJNZ R4,$ DJNZ R5,D2 DJNZ R6,D1 RET DE2: MOV A,R1 MOV R2,A D3:MOV R4,#25 DJNZ R4,$ DJNZ R2,D3 RETEND6、仿真結果 原始波形圖： 按下KEY1后產(chǎn)生了相位差： 按下KEY2后頻率成倍的變化： 上面3張波形分別是原始波形以及按下KEY1和KEY2后分別的波形，由于相位差設置比較小，第二張圖是按下KEY13次后的圖，而頻率變化是成倍變化的從第三張仿真圖中可以看出。7、性能分析 本設計

10、延時子程序的延時時間是0.05ms，所以產(chǎn)生的波形的初始周期為5*32*0.05=8ms。程序中通過右移指令周期每次減小一半。周期為8ms，所以頻率為125Hz，每次按鍵周期減半，頻率則翻倍。由仿真結果可以看出結果符合設計要求。 對于相位的變化設置的相位差比較小，但是仍然可以識別。對于硬件的測試首先是檢查電路的邏輯線路是否正確，如果正確再檢查原理圖的線路連接是否正確，電路的布局安排是否合理等等。軟件的測試主要是檢查程序的語法是否正確，數(shù)據(jù)結構安排是否妥當，時序是否正確，整體流程安排是否合理。上面兩部檢查妥當后，就到了系統(tǒng)調試最關鍵的一步，軟硬件的協(xié)同調試，問題往往在此才能被發(fā)現(xiàn)。8、總結與心得

11、 本次課程設計我的題目是設計并實現(xiàn)兩路相位可調方波信號發(fā)生器。在學習微機原理和單片機以及智能儀器這些課程的時候我們就接觸過很多可以產(chǎn)生方波的方法。因此這次課程設計對于產(chǎn)生方波的方式有了多中選擇。 剛剛開始的時候我想起在以前的一些課程設計中曾經(jīng)做過數(shù)模轉換的實驗，其中就要求產(chǎn)生方波，利用了DAC0832這個芯片產(chǎn)生方波，正弦波，三角波。于是剛剛開始我想過了利用DAC0832來完成這次課程設計。但是后來發(fā)現(xiàn)要同時產(chǎn)生兩路方波信號有很大的困難。于是后來選擇了最簡單的方案利用單片機80C51的P1口的兩個引腳輸出高低電平。通過延時高低電平的時間來實現(xiàn)控制相位變化和頻率變化。 方案雖然確定了，但是由于自

12、己對于匯編程序的編寫掌握的不是很好，因此對于寫程序是遇到了很大的困難。首先可以輸出兩路方波信號并且在示波器上顯示，但是無法改變相位和頻率。后來改變程序之后可以改變頻率但是在改變相位的時候頻率也變化了，也就是沒有實現(xiàn)頻率和相位獨立變化的要求。后來在同學的幫助下，多次修改程序，最終完成了本次課程設計。 這次課程設計的時間還是比較充足的，而且最后還推后了兩天，這讓我的課程設計有了一點提升的空間。在做課程設計的過程中，我充分認識到了以前自己在課堂上學習的不足，很多知識在用的時候都記不起來了或者不會了。于是一邊做一邊重新溫習以前學過的知識，這占了我很大一部分時間。但在自己慢慢摸索中，以前學過的東西慢慢的回憶起來了，并且加上一些熱心同學以及老師的幫助，最終我還是比較好的完成了這次課程設計。 本次單片機課程設計的完成，讓我的匯編水平以及對單片機這門課的認識有了很大提高。最后，感謝幫助過我的同學和老師。 9、參考文獻1、 張