基于MCS-51單片機(jī)的頻率可調(diào)的方波發(fā)生器設(shè)計2ahu

1、基于MC51單片機(jī)的頻率可調(diào)的方波信號發(fā)生器用單片機(jī)產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波信號。輸出方波的頻率范圍為1Hz-200Hz，頻率誤差比小于0.5%。要求用“增加”、“減小”2 個按鈕改變方波給定頻率，按鈕每按下一次，給定頻率改變的步進(jìn)步長為1Hz,當(dāng)按鈕持續(xù)按下的時間超過2 秒后，給定頻率以10 次/秒的速度連續(xù)增加（減少），輸出方波的頻率要求在數(shù)碼管上顯示。用輸出方波控制一個發(fā)光二極管的顯示，用示波器觀察方波波形。開機(jī)默認(rèn)輸出頻率為5Hz。1：系統(tǒng)設(shè)計（1）分析任務(wù)要求，寫出系統(tǒng)整體設(shè)計思路任務(wù)分析：方波信號的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上就是在定時器溢出中斷次數(shù)達(dá)到規(guī)定次數(shù)時，將輸出I/O 管腳的狀態(tài)取反。由于頻率范

2、圍最高為200Hz,即每個周期為5ms（占空比1:1，即高電平2.5ms,低電平2.5 ms），因此，定時器可以工作在8 位自動裝載的工作模式。涉及以下幾個方面的問題：按鍵的掃描、功能鍵的處理、計時功能以及數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示等。問題的難點(diǎn)在按鍵連續(xù)按下超過2S 的計時問題，如何實(shí)現(xiàn)計時功能。系統(tǒng)的整體思路：主程序在初始化變量和寄存器之后，掃描按鍵，根據(jù)按鍵的情況執(zhí)行相應(yīng)的功能，然后在數(shù)碼顯示頻率的值，顯示完成后再回到按鍵掃描，如此反復(fù)執(zhí)行。中斷程序負(fù)責(zé)方波的產(chǎn)生、按鍵連續(xù)按下超過2S 后頻率值以10Hz/s 遞增（遞減）。（2）選擇單片機(jī)型號和所需外圍器件型號，設(shè)計單片機(jī)硬件電路原理圖采用MC

3、S51 系列單片機(jī)At89S51 作為主控制器，外圍電路器件包括數(shù)碼管驅(qū)動、獨(dú)立式鍵盤、方波脈沖輸出以及發(fā)光二極管的顯示等。數(shù)碼管驅(qū)動采用2 個四聯(lián)共陰極數(shù)碼管顯示，由于單片機(jī)驅(qū)動能力有限，采用74HC244 作為數(shù)碼管的驅(qū)動。在74HC244 的7 段碼輸出線上串聯(lián)100 歐姆電阻起限流作用。獨(dú)立式按鍵使用上提拉電路與電源連接，在沒有鍵按下時，輸出高電平。發(fā)光二極管串聯(lián)500歐姆電阻再接到電源上，當(dāng)輸入為低電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。圖1 方波信號發(fā)生器的硬件電路原理圖（3）分析軟件任務(wù)要求，寫出程序設(shè)計思路，分配單片機(jī)內(nèi)部資源，畫出程序流程圖軟件任務(wù)要求包括按鍵掃描、定時器的控制、按鍵連續(xù)

4、按下的判斷和計時、數(shù)碼管的動態(tài)顯示。程序設(shè)計思路：根據(jù)定時器溢出的時間，將頻率值換算為定時器溢出的次數(shù)（T1_over_num）。使用變量（T1_cnt）暫存定時器T1 的溢出次數(shù)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的次數(shù)（T1_over_num）時，將輸出管腳的狀態(tài)取反達(dá)到方波的產(chǎn)生。主程序采用查詢的方式實(shí)現(xiàn)按鍵的掃描和數(shù)碼管的顯示，中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)方波的產(chǎn)生和連續(xù)按鍵的計時功能。單片機(jī)內(nèi)部資源分配：定時器T1 用來實(shí)現(xiàn)方波的產(chǎn)生和連續(xù)按鍵的計時功能，內(nèi)部變量的定義： hz_shu:設(shè)定的頻率數(shù)； T1_over_num: 根據(jù)設(shè)定頻率計算后的定時器溢出的次數(shù)值；T1_cnt:定時器溢出次數(shù)；sec_over_nu

5、m: 計時1s 的定時器溢出的次數(shù)；second:連續(xù)按鍵的計時；state_val:連續(xù)按下的標(biāo)志0=按鍵已經(jīng)彈起；1=按鍵一直按下led_seg_code：0-9 數(shù)字的數(shù)碼管7 段碼。主程序和中斷服務(wù)程序如圖2，3 所示。圖2 主程序的流程圖圖3 中斷程序的流程圖（4）設(shè)計系統(tǒng)軟件調(diào)試方案、硬件調(diào)試方案及軟硬件聯(lián)合調(diào)試方案軟件調(diào)試方案：偉福軟件中，在“文件新建文件”中，新建C 語言源程序文件，編寫相應(yīng)的程序。在“文件新建項(xiàng)目”的菜單中，新建項(xiàng)目并將C 語言源程序文件包括在項(xiàng)目文件中。在“項(xiàng)目編譯”菜單中將C 源文件編譯，檢查語法錯誤及邏輯錯誤。在編譯成功后，產(chǎn)生以“*.hex”和“*.b

6、in” 后綴的目標(biāo)文件。硬件調(diào)試方案：在設(shè)計平臺中，將單片機(jī)的P1.0-P1.1 分別與2 個獨(dú)立式鍵盤通過插線連接起來，將P3.0 與脈沖輸出連接起來。在偉福中將程序文件編譯成目標(biāo)文件后，將下載線安裝在實(shí)驗(yàn)平臺上，運(yùn)行“MCU 下載程序”，選擇相應(yīng)的flash 數(shù)據(jù)文件，點(diǎn)擊“編程”按鈕，將程序文件下載到單片機(jī)的Flash 中。然后，上電重新啟動單片機(jī)，檢查所編寫的程序是否達(dá)到題目的要求，是否全面完整地完成試題的內(nèi)容。2：程序設(shè)計/晶振：12M T1-計時250 微秒溢出中斷一次；P1.0 P1.1 為增加、減少鍵P3.0 輸出方波/*變量的定義:hz_shu: 設(shè)定的頻率數(shù)T1_over_

7、num: 根據(jù)設(shè)定頻率計算后的，定時器溢的出次數(shù)值T1_cnt: 定時器計數(shù)溢出數(shù)sec_over_num: 計算1s 內(nèi)的計數(shù)second: 連續(xù)按鍵的計時state_val: 連續(xù)按下的標(biāo)志0=按鍵已經(jīng)彈起；1=按鍵一直按下去led_seg_code： 數(shù)碼管7 段碼*/#include "reg51.h"#include "math.h"sbit pulse_out=P30;/-unsigned char data hz_shu,second,key_val,key_val_old;unsigned int data sec_over_num;un

8、signed int data T1_cnt,T1_over_num;unsigned char data state_val;char code led_seg_code10=0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/led_seg_code0-9代表0-9 的7 段碼/-void delay(unsigned int i)/延時 while(-i);/-unsigned char scan_key() unsigned char i,k;i=P1;if (i=0xff) k=255; /無鍵按下else /有鍵按下 delay

9、(10); /延時去抖動if(i!=P1)k=255;else switch (i) case 0xfe: k=0; break; /case 0xfd: k=1; break;return k;/-void led_show()unsigned char i;i=hz_shu%10; /顯示個位P0=led_seg_codei;P2=0xfe;delay(10);i=hz_shu%100/10; /顯示十位P0=led_seg_codei;P2=0xfd;delay(10);i=hz_shu%1000/100; /顯示百位P0=led_seg_codei;P2=0xfb;delay(10);

10、/-unsigned int get_T1_over_num(unsigned char p) /p 為頻率數(shù)unsigned int *k,h;double f;f=(double)p; /轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)f=0.5/f; /半個周期的時間f=f/0.00025; /中斷溢出數(shù)=f/0.00025;h=f; /取整/四舍五入if (modf(f,k)>=0.5) h=h+1; return h;/* C51 有專門的庫文件MATH.H,里面有個函數(shù)它是這樣定義的extern float modf(float x, float *ip);調(diào)用它之后，整數(shù)部分被放入*ip, 小數(shù)部分作為返回值

11、。*/-void timer1() interrupt 3 /T1 中斷 T1_cnt+;if(T1_cnt>T1_over_num) /半周期的計數(shù)到達(dá) T1_cnt=0;pulse_out=!pulse_out; /反復(fù)取反，產(chǎn)生方波if(state_val=1)/連續(xù)按鍵 if (sec_over_num<4000) /計時未到1s sec_over_num+; else /計時到1s 時，執(zhí)行else 的代碼 sec_over_num=0;if(second<2) /當(dāng)超過2 秒，second 一直為2，直到松開按鍵second+; /連續(xù)按下鍵少于2 秒時，seco

12、nd 繼續(xù)增1。else /連續(xù)按下鍵2 秒，以10 次/秒的速度連續(xù)增加 TR1=0;switch (key_val) case 0: if(hz_shu<190) hz_shu=hz_shu+10; /增10Hz/秒else hz_shu=200; T1_over_num=get_T1_over_num(hz_shu);break;case 1: if(hz_shu>10) hz_shu=hz_shu-10; /減10/秒else hz_shu=1;T1_over_num=get_T1_over_num(hz_shu);break;TR1=1;/-main()pulse_out

13、=0; /初始化各變量hz_shu=5;T1_cnt=0;state_val=0;second=0;sec_over_num=0;T1_over_num=get_T1_over_num(hz_shu);/初始化51 的寄存器TMOD=0x20;/用T1 計時8 位自動裝載定時模式,T0 計數(shù)p3.4 的脈沖數(shù)TH1=0x6; /250 微秒溢出一次; 250(256-x)*12/12 -> x=6TL1=0x6; /200Hz 的半周期為2.5 毫秒，要溢出中斷10 次EA=1; /開中斷ET1=1;TR1=1; /定時器T1while(1) key_val=scan_key(); /掃描按鍵if (key_val!=key_val_old) /說明有鍵按下或彈起key_val_old=key_val;if (key_val!=255) /說明鍵按下state_val=0; /清除連續(xù)按鍵標(biāo)志sec_over_num=0;switch (key_val) case 0: /增1 鍵hz_shu+;T1_over_num=get_T1_over_num(hz_shu);break;case 1: /減1 鍵if(hz_shu&