1、武漢理工大學(xué)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)學(xué) 號(hào): 課 程 設(shè) 計(jì)題 目分頻信號(hào)發(fā)生器的分析與設(shè)計(jì)學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)電氣工程及自動(dòng)化班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師月日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名: 專業(yè)班級(jí): 題 目: 分頻信號(hào)發(fā)生器的分析與設(shè)計(jì) 要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求） 1. 設(shè):有一輸入方波信號(hào)f0（<1MHz）。要求輸出信號(hào):f1=f0/N，N通過(guò)鍵盤(pán)輸入。2. 畫(huà)出簡(jiǎn)要的硬件原理圖，編寫(xiě)程序。 3. 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。內(nèi)容包括:摘要、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、附錄（程序清單）。正文部分包括:設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、方案比較及論證、軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明（

2、軟件思想，流程，源程序設(shè)計(jì)及說(shuō)明等）、程序調(diào)試說(shuō)明和結(jié)果分析、課程設(shè)計(jì)收獲及心得體會(huì)。時(shí)間安排:12月26日- 12月28 日 查閱資料及方案設(shè)計(jì)12月29日- 01 月0 2日 編程01月03日-0 1月07 日 調(diào)試程序01月08日- 01月09日 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名: 年 月 日目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2 1.1設(shè)計(jì)任務(wù)2 1.2設(shè)計(jì)要求22.分頻信號(hào)發(fā)生器原理3 2.1系統(tǒng)原理框圖的設(shè)計(jì)3 2.2分頻器原理說(shuō)明43.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證5 3.1方案一:基于51單片機(jī)的分頻器設(shè)計(jì)53.1.1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 3.2方案二:基于8086

3、CPU的分頻器的設(shè)計(jì)83.2.1 8086CPU簡(jiǎn)介83.2.2 8255并行I/O 芯片93.2.3 8253計(jì)數(shù)器10 3.3方案比較與選擇114軟件設(shè)計(jì)124.1 軟件流程圖12 4.2源程序13總結(jié)體會(huì)19參考文獻(xiàn)20附錄21摘要利用89C51的計(jì)數(shù)功能,按輸出要求,通過(guò)計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)分頻的功能。采用這種方法，簡(jiǎn)單實(shí)用。原理相對(duì)簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。其中還簡(jiǎn)單的介紹了如何利用8253實(shí)現(xiàn)分頻的功能。通過(guò)對(duì)比介紹，突出利用89C51實(shí)現(xiàn)分頻器的優(yōu)越性。最優(yōu)設(shè)計(jì)方案為外部信號(hào)源將信號(hào)送給51單片機(jī)計(jì)數(shù)輸入引腳T0(P3.4)，通過(guò)設(shè)置內(nèi)部的16進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值來(lái)達(dá)到計(jì)數(shù)分頻的效果，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)

4、滿后產(chǎn)生中斷，通過(guò)I/O產(chǎn)生高低電平來(lái)模擬產(chǎn)生方波信號(hào)，達(dá)到了預(yù)期分頻的效果。關(guān)鍵詞:STC89C51 分頻器 計(jì)數(shù)器 16進(jìn)制計(jì)數(shù)器 方波信號(hào)分頻信號(hào)發(fā)生器的分析與設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)（1）設(shè)計(jì)一個(gè)能對(duì)1MHZ 以下的脈沖信號(hào)進(jìn)行分頻的器件。（2）分頻系數(shù)由51單片機(jī)的小鍵盤(pán)輸入（2-1000）（3）由4位7段數(shù)碼管顯示分頻系數(shù)1.2設(shè)計(jì)要求（1）畫(huà)出簡(jiǎn)要的硬件原理圖，編寫(xiě)程序。（2）撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.分頻信號(hào)發(fā)生器原理2.1系統(tǒng)原理框圖的設(shè)計(jì)依課設(shè)要求，需要設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)1MHZ 以下的脈沖信號(hào)進(jìn)行分頻的器件，分頻系數(shù)由鍵盤(pán)鍵入，并用數(shù)碼管顯示分頻系數(shù)，在方案選取以后,我們決

5、定用89C51的計(jì)數(shù)功能,來(lái)實(shí)現(xiàn)分頻的功能,所以設(shè)計(jì)的分頻發(fā)生器包括89C51單片機(jī),輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、鍵盤(pán)輸入電路、分頻顯示電路、供電電路。分頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)原理框圖如圖2-1所示：圖2-1 原理框圖2.2分頻器原理說(shuō)明首先了解到，分頻就是受外部周期信號(hào)激勵(lì)的震蕩，使得到的頻率恰為激勵(lì)信號(hào)頻率的純分?jǐn)?shù)，都叫做分頻。所以，只要一個(gè)一個(gè)周期信號(hào)的震蕩，理所當(dāng)然的就想到了計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的選取不同，分頻頻率就不同。每隔一個(gè)計(jì)數(shù)周期輸出一次輸入信號(hào)，就實(shí)現(xiàn)了需要的功能。3.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證3.1方案一:基于51單片機(jī)的分頻器設(shè)計(jì)3.1.1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）51單片機(jī)根據(jù)原理，我們知道需

6、要一個(gè)計(jì)數(shù)器，而AT89C51具有計(jì)數(shù)功能，所以我就想到了利用AT89C51來(lái)完成。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器,即單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖3-1所示：圖3-1 AT89C51引腳圖AT89C51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，其各個(gè)引腳功能如下:VCC:+5V電源。 VSS: 接地。RST:復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)周期以上的高電平時(shí)即為有效，用來(lái)完成單片機(jī)的初始化操作。XTAL1和XTAL2:外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)

7、鐘脈沖信號(hào)。P2口:內(nèi)部有上拉電阻的8位I/O口， 本次設(shè)計(jì)選用P20作為時(shí)鐘電路的輸出。（2）最小系統(tǒng)原理圖單片機(jī)最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng),對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。89C51最小系統(tǒng)原理圖如3-2：圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.1.2 51單片機(jī)分頻器原理圖輸入信號(hào)源通過(guò)計(jì)數(shù)輸入引腳To（P3.4）將信號(hào)送給51單片機(jī)，而此時(shí)鍵盤(pán)輸入分頻系數(shù)，數(shù)碼管顯示分頻系數(shù)，而通過(guò)輸入的分頻系數(shù)，來(lái)設(shè)置16進(jìn)制計(jì)數(shù)循環(huán)的循環(huán)初值，以實(shí)現(xiàn)控制計(jì)數(shù)周期的功能。當(dāng)計(jì)數(shù)一個(gè)周期時(shí)，通過(guò)I/O端口產(chǎn)生高低電平模擬產(chǎn)生方

8、波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)分頻的功能。89C51單片機(jī)分頻器原理圖如圖3-3：圖3-3 分頻器原理圖3.2方案二:基于8086CPU的分頻器的設(shè)計(jì)3.2.1 8086CPU簡(jiǎn)介8086有16根數(shù)據(jù)線和20根地址線，它既能處理16位數(shù)據(jù)，也能處理8位數(shù)據(jù)。可尋址的內(nèi)存空間為1MB。8086CPU引腳圖如圖3-4：圖3-4 8086CPU引腳圖8086CPU由于引腳的使用不同，可工作在兩種工作模式下，即最小模式和最大模式。最小模式用于由8086單一微處理器構(gòu)成的小系統(tǒng)。在這種方式下，由8086CPU直接產(chǎn)生小系統(tǒng)所需要的全部控制信號(hào)。器系統(tǒng)特點(diǎn)是:總線控制邏輯直接由8086CPU產(chǎn)生和控制。若有CPU以外的其他

9、模塊想占用總線，則可以向CPU提出請(qǐng)求，在CPU允許并響應(yīng)的情況下，該模塊才可以獲得總線控制權(quán)，使用完后，又將總線控制權(quán)還給CPU。 最大模式用于實(shí)現(xiàn)多處理機(jī)系統(tǒng)，其中，8086CPU被稱為主處理器，其他處理器被稱為協(xié)處理器。在這種方式下，8086CPU不直接提供用于存儲(chǔ)器或I/O讀寫(xiě)的讀寫(xiě)命令等控制信號(hào)，而是將當(dāng)前要執(zhí)行的傳送操作類型編碼為3個(gè)狀態(tài)位輸出，由總線控制器8288對(duì)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)。最大模式系統(tǒng)的特點(diǎn)是:總線控制邏輯由總線控制器8288產(chǎn)生和控制，即8288將主處理器的狀態(tài)和信號(hào)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)總線命令和控制信號(hào)。協(xié)處理器只是協(xié)助主處理器完成某些輔助工作，即被動(dòng)的接受并

10、執(zhí)行來(lái)自主處理器的命令。和8086配套使用的協(xié)處理器有兩個(gè):一個(gè)是專用于數(shù)值計(jì)算的協(xié)處理器8087，另一個(gè)是專用于輸入輸出操作的協(xié)處理器8089。8087通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)高精度整數(shù)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。8089有其自身的一套專門(mén)用于輸入輸出操作的命令系統(tǒng)，還可帶局部存儲(chǔ)器，可以直接為輸入輸出設(shè)備服務(wù)。增加協(xié)處理器，使得浮點(diǎn)運(yùn)算和輸入輸出操作不再占用8086時(shí)間，從而大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。部分引腳功能GND:接地線TEST:測(cè)試信號(hào)，輸入低電平有效BHE:為0時(shí)，總線高字節(jié)允許傳送；為1時(shí)，總線高字節(jié)禁止傳送DT/R:數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)流向控制信號(hào)。當(dāng)DT/R#1時(shí)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；DT/R#0時(shí)，數(shù)

11、據(jù)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行數(shù)據(jù)接收DEN:數(shù)據(jù)使能信號(hào)，輸出，三態(tài)，低電平有效。 用于數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)。為0時(shí)，數(shù)據(jù)輸出有效，與DT/R#配合，用于控制雙向數(shù)據(jù)總線收發(fā)器的開(kāi)與關(guān)ALE:地址鎖存使能信號(hào)，輸出，高電平有效。是用來(lái)作為地址鎖存器的鎖存控制信號(hào)3.2.2 8255并行I/O 芯片8255作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分:與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分3.2.3 8253計(jì)數(shù)器8253是可編程計(jì)數(shù)器/定

12、時(shí)器,8253具有3個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)通道，采用減1計(jì)數(shù)方式。在門(mén)控信號(hào)有效時(shí)，每輸入1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，通道作1次計(jì)數(shù)操作。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖是已知周期的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)就成為定時(shí)。計(jì)數(shù)器通過(guò)三個(gè)引腳和外部聯(lián)系，一個(gè)為時(shí)鐘輸入端CLK，一個(gè)為門(mén)控信號(hào)輸入端GATE，另一個(gè)為輸出端OUT。每個(gè)計(jì)數(shù)器內(nèi)部有一個(gè)8位的控制寄存器，還有一個(gè)16位的計(jì)數(shù)初值寄存器CR、一個(gè)計(jì)數(shù)執(zhí)行部件CE和一個(gè)輸出鎖存器OL。讓8253工作在方式3，就 可以作為分頻器使用。8253 根據(jù)輸入的分頻系數(shù)，把從clk 口輸入的高頻率脈沖進(jìn)行分頻。分頻的具體方法是，先輸入分頻系數(shù)，保存起來(lái)，開(kāi)始時(shí)，out 輸出的是高電平，向wr 輸入一個(gè)負(fù)脈

13、沖后，從該負(fù)脈沖上升后，clk 第一個(gè)下降沿開(kāi)始，每過(guò)一個(gè)clk 輸入波形的周期將輸入的分頻系數(shù)減一，當(dāng)減到分頻系數(shù)的一半時(shí)，out輸出低電平，分頻系數(shù)減到0 時(shí)，再輸入高電平，并重復(fù)，這樣，設(shè)分頻系數(shù)為n, out就輸出周期為clk周期的n倍，換句話說(shuō)，就是把clk 方波的頻率分成了原來(lái)的1/n。8253計(jì)數(shù)器的引腳圖如圖3-5:圖3-5 8253計(jì)數(shù)器引腳圖 3.2.4 系統(tǒng)原理圖根據(jù)分頻器原理，系統(tǒng)原理圖如圖3-6所示：圖3-6 系統(tǒng)原理3.3方案比較與選擇方案一:利用89C51的計(jì)數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)分頻的功能，電路簡(jiǎn)單，芯片相對(duì)較常用，掌握較熟練，相比之下，更利于完成本次課設(shè)。唯一的缺點(diǎn)就是

14、，輸出不是那么精確。方案二:用8086作為CPU，利用8253的計(jì)數(shù)方式3的計(jì)數(shù)功能，以及8255來(lái)實(shí)現(xiàn)分頻的功能，但是，此方案用到了三個(gè)需編程芯片，而這些芯片都相對(duì)較復(fù)雜。為了更好的完成本次課設(shè)，在小組成員討論后，最終我們選擇了方案一。即利用89C51來(lái)實(shí)現(xiàn)分頻的功能。4軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件流程圖軟件流程圖如圖1-1所示:開(kāi)啟To計(jì)數(shù)器等待計(jì)數(shù)中斷P1.5口取反是否有信號(hào)輸入設(shè)置To計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)初值等待鍵盤(pán)輸入分頻系數(shù)開(kāi)始NY結(jié)束初始化51單片機(jī)4.2源程序#include<reg51.h>sbit beep=P23;sbit dula=P26;sbit wela=P27;unsi

15、gned char i=100;unsigned char j,k,temp,key;void delay（unsigned char i） /延時(shí)函數(shù)定義 for（j=i;j>0;j-） for（k=125;k>0;k-）;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;display（unsigned char num） P0=tablenum; dula=1; dula=0; P0=0xc0; wela=1; we

16、la=0;void keyscan（） /鍵盤(pán)檢測(cè)函數(shù) while（1） P2=0xfe; temp=P3; temp=temp&0xf0; if（temp!=0xf0） delay（10）; if（temp!=0xf0） temp=P3; switch（temp） case 0xee: key=0; break; case 0xde: key=1; break; case 0xbe: key=2; break; case 0x7e: key=3; break; while（temp!=0xf0） temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1;

17、 display（key）; P1=0xfe; P3=0xfd; temp=P3; temp=temp&0xf0; if（temp!=0xf0） delay（10）; if（temp!=0xf0） temp=P3; switch（temp） case 0xed: key=4; break; case 0xdd: key=5; break; case 0xbd: key=6; break; case 0x7d: key=7; break; while（temp!=0xf0） temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; display（key）

18、; P1=0xfc; P3=0xfb; temp=P3; temp=temp&0xf0; if（temp!=0xf0） delay（10）; if（temp!=0xf0） temp=P3; switch（temp） case 0xeb: key=8; break; case 0xdb: key=9; break; case 0xbb: key=10; break; case 0x7b: key=11; break; while（temp!=0xf0） temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; P1=0xf8; P3=0xf7; temp=

19、P3; temp=temp&0xf0; if（temp!=0xf0） delay（10）; if（temp!=0xf0） temp=P3; switch（temp） case 0xe7: key=12; break; case 0xd7: key=13; break; case 0xb7: key=14; break; case 0x77: key=15; break; while（temp!=0xf0） temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; display（key）; P1=0xf0; void main（） TMOD=0x01;

20、/模式設(shè)置，00000001，設(shè)置定時(shí)器0工作在模式1（M1=0，M0=1）。TR0=1; /打開(kāi)定時(shí)器TH0=0Xff; /定時(shí)器設(shè)置，每隔100微秒發(fā)起一次中斷。TL0=0Xa4;ET0=1; /開(kāi)定時(shí)器0中斷EA=1; /開(kāi)總中斷5總結(jié)體會(huì)通過(guò)為期十余天的微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)分頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與分析，我首先了解到了分頻、倍頻之間的定義和區(qū)別，構(gòu)思和設(shè)計(jì)過(guò)程中，了解分頻原理后，通過(guò)原理，很快就制定了這個(gè)設(shè)計(jì)的框圖，而下一步，自然而然的就是，通過(guò)框圖每個(gè)區(qū)域的功能，選擇正確的芯片和電路。最終構(gòu)思了兩個(gè)截然不同的方案，通過(guò)方案的操作性，復(fù)雜度，和效果對(duì)比，最終選擇了我們的主方案。完成了此次課程設(shè)計(jì)。在本次課設(shè)中，我重新認(rèn)識(shí)了89C51，20個(gè)引腳的功能，以及各個(gè)引腳組合所能