基于单片机的多频信号源设计.docx
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基于单片机的多频信号源设计
单片机课程设计
题目基于单片机的多频信号源设计
姓名______________
学号____
指导教师_______
成绩___________________
摘要
随着电子技术的不断发展，单片机的应用领域更加广阔。
单片机诞生30多年以来，其品种,功能和应用技术都得到飞速的发展，本次课程设计的目的主要是培养学生综合运用所学的知识，完成一个单片机应用系统设计。
本系统采用单片机89C51为中心器件来设计,系统使用性强，操作简单，扩展性强。
在现有的单片机仿真机系统上掌握相关软硬件设计与调试知识，根据仿真系统，焊好硬件电路，正确进行元器件的测试与调试。
正文着重给出软硬件设计的思路和各部分功能的扩展增强，以及其具体实现。
关于多频信号源设计，从单片机引脚里发出2^13,2^12,2^11,再从213引脚接cd4060芯片发出210,29,28,27,26,25，24,22,21,20再从210引脚接第二个cd4060芯片，从该芯片里发出23
关键词：
AT89C51单片机、cd4060芯片、频率、晶振
目录
摘要i
目录i
第一章系统功能要求-1-
1.1、系统的设计任务-1-
1.2、设计所需要的用具-1-
第二章设计方案论证-2-
第三章系统硬件电路的设计-3-
3.1主要芯片简介-3-
1、AT89C51简介-3-
2、主要特性-3-
3、管脚说明-3-
4、振荡器特性-4-
5、芯片擦除-5-
6、结构特点-5-
3.2STC89C51基本电路-5-
1、复位电路-5-
2、晶振电路-6-
第四章系统程序的设计-7-
第五章调试及性能分析-10-
第六章结束语-11-
参考文献-12-
附录-13-
附全局电路仿真图-13-
附源程序-14-
第一章系统功能要求
1.1、系统的设计任务
设计单片机主电路、多频信号源。
1.2、设计所需要的用具
电烙铁，锡丝，89C51单片机，晶振，各种不同阻值电阻，各种型号电容，导线，杜邦线等等
第二章设计方案论证
软硬件开发环境
硬件选择：
选择89c51作为单片机芯片。
软件开发环境：
用Proteus7Professional软件画电路图、KeiluVision4软件进行程序编写。
第三章系统硬件电路的设计
3.1主要芯片简介
1、AT89C51简介
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。
89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2、主要特性
与MCS-51兼容,4K字节可编程闪烁存储器，寿命：
1000写/擦循环，数据保留时间：
10年，全静态工作：
0Hz-24Hz，三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。
3、管脚说明
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写"1"时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址"1"时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入"1"后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示:
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时，则在此期间为外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器读取外部ROM数据。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时，单片机读取内部程序存储器。
（扩展有外部ROM时读取完内部ROM后自动读取外部ROM）。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
4、振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
5、芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处
于低电平10ms来完成。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，
支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，
串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他
芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
6、结构特点
8位CPU；片内振荡器和时钟电路；32根I/O线；外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器。
3.2STC89C51基本电路
STC89C51单片机要正常工作，必须有基本电路：
晶振电路及复位电路。
1、复位电路
复位是使单片机处于某种确定的初始状态。
单片机工作从复位开始。
在单片机RST引脚引入高电平并保持2个机器周期，单片机就执行复位操作。
复位操作有两种基本方式：
一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。
复位电路如图3.1所示。
图3.1复位电路
开机瞬间RST获得高电平，随着电解电容C3的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。
若该高电平能保持足够2个机器周期，就可以实现复位操作。
根据经典电路选择参数，选取C3=10µF，R1=10KΩ。
2、晶振电路
单片机的时钟信号通常有两种产生方式：
一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。
内部时钟方式是利用单片机内部的振荡电路产生时钟信号。
外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。
本次设计中，采用的是12MHz晶振，配上30pF的电容，构成谐振，这样有助于输出稳定的波形。
如图3.2所示。
图3.2晶振电路
在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），作为单片机内部振荡电路的负载，构成自激振荡器，可在单片机内部产生时钟脉冲信号。
C1和C2的作用是稳定振荡频率和快速起振。
根据经典电路选择参数，本电路选用晶振12MHz，C1=C2=30PF。
其中晶振周期（或外部时钟信号周期）为最小的时序单位。
第四章系统程序的设计
程序思路说明：
用led灯的闪烁代表高低电频的输出
#include
//#include<12C5AXX.h>
#include"reg51.h"
#defineu8unsignedchar
#defineu16unsignedint
#defineu32unsignedlong
sbitled=P2^0;//定义按输出波形IO与单片机的相连
sbitled1=P2^1;//定义按输出波形IO与单片机的相连
sbitled2=P2^2;
voiddelay_ms（unsignedinta）//子程序-延时
{
unsignedintb;
for（;a>0;a--）
for（b=100;b>0;b--）;
}
voidTimer0Init（void）////x毫秒@12.000MHz
{
TMOD&=0xF0;//设置定时器模式
TMOD|=0x01;//设置定时器模式
TL0=0xF1;//设置定时初值
TH0=0xFF;//设置定时初值
TF0=0;//清除TF0标志
TR0=1;//定时器0开始计时
ET0=1;//打开定时0中断
EA=1;//开启总中断
}
voidDelay15us（）//@12.000MHz
{
unsignedchari;
i=4;
while（--i）;
}
voidmain（）
{u8num;
//Timer0Init（）;
while
（1）
{
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//_nop_（）;
led=!
led;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
led1=!
led1;led=!
led;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
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led=!
led;
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_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
led1=!
led1;led=!
led;led2=!
led2;
}
}
voidT0_int（）interrupt1
{
TL0=0xF1;//设置定时初值
TH0=0xFF;//设置定时初值
//led=!
led;
第五章调试及性能分析
第六章结束语
本次课程设计所应用到的软件有：
KEIL，PROTEUS这两个软件，两个软件结合起来用对这个设计有着至关重要的作用。
软件调试是通过s进行的，此软件不多介绍了，功能强大，是学习电路的好帮手。
但进行软件仿真的时候，却一直没有出现结果。
这就要我们进行错误的排查，这就包括各个端口的检查和分析。
由于网上下载了中文补丁，因此对于我们初学者来说难度降低了不少，仿真软件proteus仿真时按键数码管老是加二，最后发现是个按键的延时太短了，增加延时后才实现加一，不仅要看电路是否有问题，c语言编程也要检查。
在实物的制作过程中遇到的麻烦更大，其中锻炼动手能力还是很好的，首先对于那些硬件都不怎么熟悉，这得就需要我们去查阅书籍资料，一个元器件的接口有什么功能、在哪里，平常我们在书本上只能想象一下，现在拿到硬件了又该如何是好，大部分的硬件只有一个名字，其余的引脚全部要查阅相关资料。
还有在焊接的过程中对于东西的使用也是很有讲究和技巧的。
了解助焊剂与焊锡丝的关系，如何使用，怎么用得安全对于我们动手少的人来说是很有难度的。
因此在第一次做的时候，线路极其混乱，出现了很多错误，没办法只有一次次的检查，重新排版、焊接，找到错误的地方。
通过这个实物的制作，可以知道理想和现实的差距是很大的，在电脑上用软件绘制图形的时候能做得很轻松，但在动手做实物的时候必须一丝不苟，这还要足够的心思，花足够的精力才能够做好一件事情！
！
参考文献
1、康光华：
电子技术基础（模拟部分第五版）高等教育出版社
2、康光华：
电子技术基础（数字部分第五版）高等教育出版社
3、李朝青：
单片机原理及接口技术．北京航空航天大学出版
附录
附全局电路仿真图
附源程序
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//#include<12C5AXX.h>
#include"reg51.h"
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#defineu16unsignedint
#defineu32unsignedlong
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voidDelay15us（）//@12.000MHz
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{u8num;
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（1）
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