中断控制多波形发生器单片机.docx

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1、中断控制多波形发生器单片机 中南民族大学计算机科学学院单片机课程设计报告课 程 单片机课程设计 设计题目 中断控制多波形发生器设计 年级专业 学 号 学生姓名 指导教师 2015年 11 月 8 日课程设计量化评分标准指标最高分评分要素评分方案设计35方案选择合理，分析、设计正确，原理清楚，电路、程序流程图清晰，结构合理,程序简洁、正确。调试15过程清晰，调试方案设计合理，测试点选择适当，程序编写正确，调试步骤清楚。结果20电路及程序运行结果正确，达到预期效果。设计报告20报告结构严谨，逻辑严密，论述层次清晰,语言流畅，表达准确，重点突出，报告完全符合规范化要求，用计算机打印成文。工作态度10

2、工作态度认真，按时完成设计任务,是否独立完成。总 评 成 绩指导老师评语：中断控制多波形发生器一、 设计要求和目的要求基于单片机的信号发生器设计,采用编程的方法来实现三角波、矩形波、锯齿波、梯形波的产生。并且要采用中断控制的方法来实现4种波形之间的相互变换。目的专业课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过专业课程设计使学生获得以下几个方面的能力，为毕业设计奠定基础.1. 进一步巩固和加深学生所学的相关专业课和基础课程理论知识，培养学生设计、计算、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本功能；2. 培养学生的实践动手能力以及独立分析和解决工程实际问题的

3、能力；3. 培养学生的创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求学的工作作风。二、 分析 波形发生器可以有多种设计方案，例如:采用单片函数发生器，如8038课同时产生方波、正弦波等，简单易行，但是产生的信号频率稳定度不高；第二种方案可以采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器的输出频率锁定在固定的频率上，该方案性能良好,但是其输出频率覆盖系数低，而且电路复杂；方案三: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，而且可以在不改变硬件电路的情况下,通过改变程序来进行输出波形变换。此外通过编程方法产生的是数字信号，所以信号精度可以做的很高。 鉴于方案一信号频率不稳

4、定和方案二的电路复杂,所以采用方案三。它不仅采用软硬件结合,软件控制硬件的方法实现，而且本学习正好学习89c51单片机,恰好可以利用所学的知识进行设计,而且硬件简单。基于单片机89c51进行中断控制多波形信号发生器，根据设计的要求,对各种波形进行程序的编写，并将所写的程序装入89c51单片机的程序存储器中。在程序运行中,当接收到INT0或者INT1中断请求需要输出波形时调用相应的的中断服务程序和波形发生程序，然后经过电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出.三、 设计1、硬件设计软硬件结合法软硬件结合的波形发生器设计方法同时兼具软硬件设计的优势：既具有纯硬件设计的快速、

5、高性能,同时又具有软件控制的灵活性、智能性。如以单片机和单片集成函数发生器为核心（如图)。辅以中断控制、数模转换等电路，设计出智能型函数波形发生器，采用软硬件结合的方法可以实现功能较全、性能更优的波形发生器。AT89C51单片机DAC0832复位键中断按键软硬件结合的波形发生器波形的产生是通过AT89c51单片机执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。AT89c51单片机的最小系统有三种联接方式。一种是两级缓冲器型,即输入数据经过两级缓冲器型,即输入数据经过两级缓冲器后，送D/A转换电路.第二种是单级缓冲器型，输入数据经

6、输入寄存器直接送入DAC寄存器，然后送D/A转换电路。第三种是两个缓冲器直通,输入数据直接送D/A转换电路进行转换。本电路仿真的总图如下：系统电路图51单片机的内部结构典型的51单片机芯片集成了以下几个基本组成部分.1 一个8位的CPU2 128B或256B单元内数据存储器（RAM）3 4KB或8KB片内程序存储器(ROM或EPROM）4 4个8位并行I/O接口P0P3。5 两个定时/计数器。6 5个中断源的中断管理控制系统。7 一个全双工串行I/O口UART（通用异步接收、发送器） 8 一个片内振荡器和时钟产生电路。单片机引脚CPU结构CPU 是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成

7、。1.运算器 运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件ALU为核心。2。程序计数器PCPC是一个16位的计数器，用于存放一条要执行的指令地址,寻址范围为64kB，PC有自动加1功能，即完成了一条指令的执行后，其内容自动加1。3.指令寄存器 指令寄存器用于存放指令代码。CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送如指令寄存器，经指令译码器译码后由定时有控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。存储器和特殊功能寄存器1。存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据.计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中.它根据控制器指

8、定的位置存入和取出信息.2.特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)的地址范围为80HFFH。在MCS51中，除程序计数器PC和四个工作寄存器区外，其余21个特殊功能寄存器都在这SFR块中.P0-P3口结构P0口功能：第一，P0口可以作为通用I/O接口使用，P0.7P0。0用于传送CPU的输入/输出数据。输出数据时可以得到锁存，不需外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲。第二，P0.7-P0.0在CPU访问片外存储器时用于传送片外存储器de低8位地址,然后传送CPU对片外存储器的读写P1口 功能:P1口的功能和P0口de第一功能相同，仅用于传递I/O输入/输出数据。 P2口的功能：2口的第一功能和

9、上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，作为地址总线用于输出片外存储器的高8位地址. P3口功能:P3口有两个功能:第一功能及其余三个端口的第一功能相同；第二功能作控制用，每个引脚都不同. P3。0RXD串行数据接收口 P3.1TXD串行数据发送口 P3.2INT0外中断0输入 P3.3INT1外中断1输入 P3.4T0计数器0计数输入 P3.5-T1计数器1计数输入 P3。6WR外部RAM写选通信号 P3。7RD外部RAM读选通信号 时钟电路和复位电路单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准;复位操作则使单片机的片内电路初

10、始化,使单片机从一种确定的状态开始运行.时钟电路单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡方式。图3。3 时钟部分电路图在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器或陶瓷谐振荡器，构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器,当外接晶振后，就构成了自积振荡,并产生振荡时钟脉冲。晶振通常选用6MHZ、12MHZ、或24MHZ。单片机的时序单位单片机的复位状态当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，根据应用的要求,复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电或开关复位

11、要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间,用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平.当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平,从而实现上电或开关复位的操作.图3.4 复位电路DAC0832的引脚及功能1 .DAC0832芯片: DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片.及微处理器完全兼容.这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成. 3.DAC0832工作方

12、式： （1）直通方式 ：当ILE接高电平，、和都接数字地时，DAC处于直通方式,8位数字量一旦到达DI7DI0输入端,就立即加到8位D/A转换器,被转换成模拟量.例如在构成波形发生器的场合,就要用到这种方式，即把要产生基本波形的数据存在ROM中,连续取出送到DAC去转换成电压信号。（2)单缓冲方式 ：只要把两个寄存器中的任何一个接成直通方式，而用另一个锁存器数据，DAC就可处于单缓冲工作方式。一般的做法是将和都接地，使DAC寄存器处于直通方式,另外把ILE接高电平，接端口地址译码信号，接CPU的信号,这样就可以通过一条MOVX指令，选中该端口,使和有效，启动D/A转换。本设计就是采用单缓冲方式

13、控制DAC08322、软件编程系统软件由主程序和产生波形的子程序组成，软件设计主要是产生各种波形的子程序的编程，通过编程可得到各种波形。主程序和几种常用波形子程序的流程图如图所示。开 始读取波形选择中断状态调波形发生子程初 始 化波形判别驱动相应的部件结 束波形转换否 主程序流程图汇编源程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H ；外部中断INT0入口 LJMP INTL ORG 0013H ；外部中断INT1入口 LJMP INTR MAIN： MOV DPTR,#7FFFH ;DAC0832地址 MOV 20H,#11H MOV A,00H SETB EX0 ；允许中

14、断 SETB EX1 SETB IT0 ；负边沿触发方式 SETB IT1 SETB EA ;开中断HERE ： JB 20H.0,TRI ；三角波处理 JB 20H.1,ST ;锯齿波处理 JB 20H.2,SQ ；方波处理 JB 20H.3，TR ；梯形波处理 SJMP HERE ;等待中断INTL： MOV A，20H ；显示后一种波形 RL A MOV 20H，A RETI INTR: MOV A，20H ；显示前一种波形 RR A MOV 20H,A RETI ；中断返回TRI: JNB 20H。0,HEREUP: MOVX DPTR,A ；启动DA转换 NOP ；延时 NOP NO

15、P NOP NOP INC A ；上升沿 CJNE A，#0FFH,UPDOWN: MOVX DPTR，A ；启动DA转换 NOP ;延时 NOP NOP NOP DEC A ；下降沿 CJNE A，#00H,DOWN AJMP TRI 连续输出波形 ST： JNB 20H.1,HERE MOVX DPTR,A MOV R5，10H NOP ；延时 NOP NOP INC A AJMP STSQ: JNB 20H.2，HERE MOV A,00H ;取低电平数字量 MOVX DPTR,A ；DAC输出低电平 ACALL DELAY ；延时1 MOV A，0FFH ；取高电平数字量 MOVX D

16、PTR,A ;DAC输出高电平 ACALL DELAY ;延时2 AJMP SQ ；连续输出波形 DELAY: MOV R4，0FFH ;延时子程序LP1: MOV R5,#10HLP2: DJNZ R5,LP2 DJNZ R4,LP1 RET TR: JNB 20H。3，HEREINCTR： MOVX DPTR,A NOP ；延时 NOP NOP NOP NOP INC A CJNE A,#0FFH,INCTR MOVX DPTR，A ACALL DELAYDECTR: MOVX DPTR,A NOP ；延时 NOP NOP NOP NOP DEC A CJNE A,#00H,DECTR M

17、OVX DPTR，A ACALL DELAY AJMP TR END3、调试说明 编译调试运行程序,生成。Hex文件,使用proteus仿真设计电路,将。Hex文件加载到89c51上，进行软硬结合综合仿真。锯齿波仿真图方波仿真图三角波仿真图梯形波波仿真图4、设计结果及错误分析 程序设计和实验结果基本符合实验要求，能够满足使用外部中断INT0和INT1进行四种不同波形的切换和输出.四、 总结经过将近三周的单片机课程设计，终于完成了我们的波形发生器的设计，基本达到设计要求，从心底里来说，还是很高兴的,毕竟这次设计把实物都做了出来。但高兴之余不得不深思呀!在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以

18、前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多。对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的,主要是解决程序设计的问题，而程序设计是一个很灵活的东西,它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力,它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉.因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。 通过这次单片的单片机课程设计,让我真正的认识到课程设计的重要性，不但可以通过具体课题的设计工作学习到相关的新知识，而且可以课堂上所学习的知识用于实践.当在实际运用单片机的时候,才发现

19、原来自己所学的知识并不熟悉，运用起来更是生疏，没有实现学以致用的目的，而且还发现了原来很多存在的疏忽，如简单的指令一直都用错了.这次波形发生器的课程设计基本运用了单片机学习中的很多知识,如单片机的结构及基本原理,指令系统和C语言程序设计，DA转换接口技术等等。要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力.在整个电路的设计过程中,花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上,如在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因。这就要求我们对硬件系统中各组件部分有充分透彻的理解和研究，并能对之灵活应用.完成这次设计后，我在书本理论知识的基础上又有了更深层次的理解。同时在本次设

20、计的过程中，我还学会了高效率的查阅资料、运用工具书、利用网络查找资料。我发现，在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实并不是十分理想，各种参数都需要自己去调整。偶而还会遇到错误的资料现象，这就要求我们应更加注重实践环节。参考文献1 余发山、王福忠. 单片机原理及应用技术。 中国矿业大学出版社.2008年6月第1版2 杨凌霄。 微型计算机原理及应用，中国矿业大学出版社。2008年8月第一版3 康华光. 电子技术基础（数字部分）,高等教育出版社。第五版4 邓红。 单片机实验及应用设计教程 出版日期：2004年05月第1版5 张洪润,易涛。单片机应用技术教程M.清华大学出版社。第三版6 以及其他的网上资源15 / 16