基于单片机的方波信号发生器设计

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1、成都理工大学《电子系统设计》课程设计一、总体设计1.1方案的设计与选择实现方波发生器的方法很多，但主要有三个方案：采用单片函数发生器8038，采用锁相式频率合成器，采用单片机编程。其对比如下表：方案优点缺点简单易行，可实现数控单片函数发生器8038信号频率稳定度不高调整频率难以达到输出频率覆盖系数锁相式频率合成器性能良好的要求，电路复杂。单片机编程信号精度较高需求软硬件结合表1–方案对比通过对比，决定采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改编程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号

2、的精度可以做得很高。本设计用到一个AT89C51微处理器，4个按键，一个四与门。AT89C51用到两个定时器，定时器0和定时器1。其中定时器0工作在定时方式1下，决定方波频率；定时器1工作在定时方式1下，用来设定占空比。按键1与2控制方波信号频率。按下按键1或2时，进行频率的调节，占空比不变。1键按下时，频率增加100Hz，若2键按下时，频率增加10Hz。频率最大值为500Hz，当频率大于最大值时，重新赋值为50Hz。另外两个按键控制方波信号占空比。当按键3和4按下时，进行占空比调节，频率不变。3键按下时，占空比进行增加10%，4键按下时，占空比增加1%。占空比最大值为100%，当占

3、空比大于100%时，重新赋值为0%。1.2设计原理AT89C51单片机具有组成微型计算机的各部分部件：CPU、RAM、I/O定时器/计数器以及串行通讯接口等。只要将AT89C51的ROM，接口电路，再配置键盘及其接口，显示器及2成都理工大学《电子系统设计》课程设计其接口，数模转换及波形输出，指示灯及其接口等四部分，即可构成所需波形发生器。其信号发生器构成原理框图如图1所示。图1–方波信号发生器设计原理框图在信号发生器中，只用到片内中断请求，即是在AT89C51输出一个波形采样点信号后，接着启动定时器，在定时器未产生中断之前，AT89C51等待，直到定时器计时结束，产生中断请求，AT8

4、9C51响应中断，接着输出下一个信号波形，如此循环。当有按键按下时，产生外部中断请求信号，CPU暂停当前工作，处理中断请求，重新装入定时初值，开始定时。根据计算定时器初值的公式：fOSC×tTC=2L−12计算出定时器0与定时器1所要装入的初值。定时器0初值：C1=(65536-fosc/(12.0*freq))定时器0初值：C1=(65536-(fosc*zkb)/(12.0*100*freq))其中freq表示输出方波频率，zkb表示方波占空比。3成都理工大学《电子系统设计》课程设计二、系统的硬件设计2.1系统硬件原理系统硬件原理图如图2。本次设计中，采用内部时钟方式。AT89C

5、51单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口分别连接四个按键，对输出方波的频率、占空比进行控制。P2.0口作为方波输出口，可以通过示波器来观察波形。四个键盘口连接一个四与门，与INT0口连接，将键盘中断请求信号送入CPU。图2–系统硬件原理图2.2芯片端口资源分配表表274LS21芯片端口资源分配表芯片端口作用说明1连接按键1，判断按键1是否按下2连接按键2，判断按键2是否按下4连接按键3，判断按键3是否按下5连接按键4，判断按键4是否按下6发送键盘中断请求信号4成都理工大学《电子系统设计》课程设计表3AT89C51芯片端口资源分配表芯片端口作用说明P1.0连接按键1，控制输

6、出方波频率P1.1连接按键2，控制输出方波频率P1.2连接按键3，控制输出方波占空比P1.3连接按键4，控制输出方波占空比P2.0输出方波波形P3.2接收键盘中断请求信号三、软件设计方波发生器的软件设计包括主程序、延时子程序、系统初始化程序、键盘中断子程序、定时器中断子程序。3.1主程序主程序包括系统初始化，和一个死循环系统。当有中断请求信号产生时，跳出循环，执行中断程序。流程图如图3所示。开始系统初始化空循环图3–主程序流程图5成都理工大学《电子系统设计》课程设计3.2系统初始化子程序在此程序中，给所有变量赋初值：键盘扫描口、初始频率与占空比及定时、开中断、定时器0与定时器1的工作

7、方式等。初始化时启动了定时器0和定时器1.其中初始频率为50Hz，占空比为50%。键盘中断处理子程序流程图如图4所示3.3键盘中断子程序键盘用外中断0实现。当有键按下时，产生低电平送入INT0口，形成中断请求信号，CUP转去执行键盘中断子程序，进行频率调节或占空比调节。（1）频率调节按下按键1或2时，进行频率的调节，占空比不变。1键按下时，频率增加100Hz，若2键按下时，频率增加10Hz。频率最大值为500Hz，当频率大于最大值时，重新赋值为50Hz。（