1、武漢理工大學微機原理與接口技術課程設計報告書學 號: 課 程 設 計題 目分頻信號發生器的分析與設計學 院自動化學院專 業電氣工程及自動化班 級姓 名指導教師月日課程設計任務書學生姓名: 專業班級: 題 目: 分頻信號發生器的分析與設計 要求完成的主要任務:（包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求） 1. 設:有一輸入方波信號f0（<1MHz）。要求輸出信號:f1=f0/N，N通過鍵盤輸入。2. 畫出簡要的硬件原理圖，編寫程序。 3. 撰寫課程設計說明書。內容包括:摘要、目錄、正文、參考文獻、附錄（程序清單）。正文部分包括:設計任務及要求、方案比較及論證、軟件設計說明（

2、軟件思想，流程，源程序設計及說明等）、程序調試說明和結果分析、課程設計收獲及心得體會。時間安排:12月26日- 12月28 日 查閱資料及方案設計12月29日- 01 月0 2日 編程01月03日-0 1月07 日 調試程序01月08日- 01月09日 撰寫課程設計報告指導教師簽名: 年 月 日系主任（或責任教師）簽名: 年 月 日目錄1設計任務及要求2 1.1設計任務2 1.2設計要求22.分頻信號發生器原理3 2.1系統原理框圖的設計3 2.2分頻器原理說明43.系統方案設計與論證5 3.1方案一:基于51單片機的分頻器設計53.1.1 51單片機最小系統設計5 3.2方案二:基于8086

3、CPU的分頻器的設計83.2.1 8086CPU簡介83.2.2 8255并行I/O 芯片93.2.3 8253計數器10 3.3方案比較與選擇114軟件設計124.1 軟件流程圖12 4.2源程序13總結體會19參考文獻20附錄21摘要利用89C51的計數功能,按輸出要求,通過計數功能實現分頻的功能。采用這種方法，簡單實用。原理相對簡單，可操作性強。其中還簡單的介紹了如何利用8253實現分頻的功能。通過對比介紹，突出利用89C51實現分頻器的優越性。最優設計方案為外部信號源將信號送給51單片機計數輸入引腳T0(P3.4)，通過設置內部的16進制計數器的計數初值來達到計數分頻的效果，當計數器計

4、滿后產生中斷，通過I/O產生高低電平來模擬產生方波信號，達到了預期分頻的效果。關鍵詞:STC89C51 分頻器 計數器 16進制計數器 方波信號分頻信號發生器的分析與設計1設計任務及要求1.1設計任務（1）設計一個能對1MHZ 以下的脈沖信號進行分頻的器件。（2）分頻系數由51單片機的小鍵盤輸入（2-1000）（3）由4位7段數碼管顯示分頻系數1.2設計要求（1）畫出簡要的硬件原理圖，編寫程序。（2）撰寫課程設計說明書2.分頻信號發生器原理2.1系統原理框圖的設計依課設要求，需要設計一個對1MHZ 以下的脈沖信號進行分頻的器件，分頻系數由鍵盤鍵入，并用數碼管顯示分頻系數，在方案選取以后,我們決

5、定用89C51的計數功能,來實現分頻的功能,所以設計的分頻發生器包括89C51單片機,輸入信號、輸出信號、鍵盤輸入電路、分頻顯示電路、供電電路。分頻信號發生器系統原理框圖如圖2-1所示：圖2-1 原理框圖2.2分頻器原理說明首先了解到，分頻就是受外部周期信號激勵的震蕩，使得到的頻率恰為激勵信號頻率的純分數，都叫做分頻。所以，只要一個一個周期信號的震蕩，理所當然的就想到了計數器。計數器的選取不同，分頻頻率就不同。每隔一個計數周期輸出一次輸入信號，就實現了需要的功能。3.系統方案設計與論證3.1方案一:基于51單片機的分頻器設計3.1.1 51單片機最小系統設計（1）51單片機根據原理，我們知道需

6、要一個計數器，而AT89C51具有計數功能，所以我就想到了利用AT89C51來完成。AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器,即單片機。AT89C51單片機引腳圖如圖3-1所示：圖3-1 AT89C51引腳圖AT89C51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，其各個引腳功能如下:VCC:+5V電源。 VSS: 接地。RST:復位信號。當輸入的復位信號延續兩個周期以上的高電平時即為有效，用來完成單片機的初始化操作。XTAL1和XTAL2:外接晶體引線端。當使用芯片內部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時

7、鐘脈沖信號。P2口:內部有上拉電阻的8位I/O口， 本次設計選用P20作為時鐘電路的輸出。（2）最小系統原理圖單片機最小系統或者稱為最小應用系統是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統,對51系列單片機來說最小系統一般應該包括:單片機、晶振電路、復位電路。89C51最小系統原理圖如3-2：圖3-2 單片機最小系統原理圖3.1.2 51單片機分頻器原理圖輸入信號源通過計數輸入引腳To（P3.4）將信號送給51單片機，而此時鍵盤輸入分頻系數，數碼管顯示分頻系數，而通過輸入的分頻系數，來設置16進制計數循環的循環初值，以實現控制計數周期的功能。當計數一個周期時，通過I/O端口產生高低電平模擬產生方

8、波信號，實現分頻的功能。89C51單片機分頻器原理圖如圖3-3：圖3-3 分頻器原理圖3.2方案二:基于8086CPU的分頻器的設計3.2.1 8086CPU簡介8086有16根數據線和20根地址線，它既能處理16位數據，也能處理8位數據。可尋址的內存空間為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單一微處理器構成的小系統。在這種方式下，由8086CPU直接產生小系統所需要的全部控制信號。器系統特點是:總線控制邏輯直接由8086CPU產生和控制。若有CPU以外的其他

9、模塊想占用總線，則可以向CPU提出請求，在CPU允許并響應的情況下，該模塊才可以獲得總線控制權，使用完后，又將總線控制權還給CPU。 最大模式用于實現多處理機系統，其中，8086CPU被稱為主處理器，其他處理器被稱為協處理器。在這種方式下，8086CPU不直接提供用于存儲器或I/O讀寫的讀寫命令等控制信號，而是將當前要執行的傳送操作類型編碼為3個狀態位輸出，由總線控制器8288對狀態信號進行譯碼產生相應控制信號。最大模式系統的特點是:總線控制邏輯由總線控制器8288產生和控制，即8288將主處理器的狀態和信號轉換成系統總線命令和控制信號。協處理器只是協助主處理器完成某些輔助工作，即被動的接受并

10、執行來自主處理器的命令。和8086配套使用的協處理器有兩個:一個是專用于數值計算的協處理器8087，另一個是專用于輸入輸出操作的協處理器8089。8087通過硬件實現高精度整數浮點數運算。8089有其自身的一套專門用于輸入輸出操作的命令系統，還可帶局部存儲器，可以直接為輸入輸出設備服務。增加協處理器，使得浮點運算和輸入輸出操作不再占用8086時間，從而大大提高了系統的運行效率。部分引腳功能GND:接地線TEST:測試信號，輸入低電平有效BHE:為0時，總線高字節允許傳送；為1時，總線高字節禁止傳送DT/R:數據驅動器數據流向控制信號。當DT/R#1時，數據驅動器進行數據發送；DT/R#0時，數

11、據驅動器進行數據接收DEN:數據使能信號，輸出，三態，低電平有效。 用于數據總線驅動器的控制信號。為0時，數據輸出有效，與DT/R#配合，用于控制雙向數據總線收發器的開與關ALE:地址鎖存使能信號，輸出，高電平有效。是用來作為地址鎖存器的鎖存控制信號3.2.2 8255并行I/O 芯片8255作為主機與外設的連接芯片，必須提供與主機相連的3個總線接口，即數據線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設連接的接口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內部結構分為3個部分:與CPU連接部分、與外設連接部分、控制部分3.2.3 8253計數器8253是可編程計數器/定

12、時器,8253具有3個獨立的計數通道，采用減1計數方式。在門控信號有效時，每輸入1個計數脈沖，通道作1次計數操作。當計數脈沖是已知周期的時鐘信號時，計數就成為定時。計數器通過三個引腳和外部聯系，一個為時鐘輸入端CLK，一個為門控信號輸入端GATE，另一個為輸出端OUT。每個計數器內部有一個8位的控制寄存器，還有一個16位的計數初值寄存器CR、一個計數執行部件CE和一個輸出鎖存器OL。讓8253工作在方式3，就 可以作為分頻器使用。8253 根據輸入的分頻系數，把從clk 口輸入的高頻率脈沖進行分頻。分頻的具體方法是，先輸入分頻系數，保存起來，開始時，out 輸出的是高電平，向wr 輸入一個負脈

13、沖后，從該負脈沖上升后，clk 第一個下降沿開始，每過一個clk 輸入波形的周期將輸入的分頻系數減一，當減到分頻系數的一半時，out輸出低電平，分頻系數減到0 時，再輸入高電平，并重復，這樣，設分頻系數為n, out就輸出周期為clk周期的n倍，換句話說，就是把clk 方波的頻率分成了原來的1/n。8253計數器的引腳圖如圖3-5:圖3-5 8253計數器引腳圖 3.2.4 系統原理圖根據分頻器原理，系統原理圖如圖3-6所示：圖3-6 系統原理3.3方案比較與選擇方案一:利用89C51的計數功能，實現分頻的功能，電路簡單，芯片相對較常用，掌握較熟練，相比之下，更利于完成本次課設。唯一的缺點就是

14、，輸出不是那么精確。方案二:用8086作為CPU，利用8253的計數方式3的計數功能，以及8255來實現分頻的功能，但是，此方案用到了三個需編程芯片，而這些芯片都相對較復雜。為了更好的完成本次課設，在小組成員討論后，最終我們選擇了方案一。即利用89C51來實現分頻的功能。4軟件設計4.1 軟件流程圖軟件流程圖如圖1-1所示:開啟To計數器等待計數中斷P1.5口取反是否有信號輸入設置To計數器計數初值等待鍵盤輸入分頻系數開始NY結束初始化51單片機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） /延時函數定義 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（） /鍵盤檢測函數 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、/模式設置，00000001，設置定時器0工作在模式1（M1=0，M0=1）。TR0=1; /打開定時器TH0=0Xff; /定時器設置，每隔100微秒發起一次中斷。TL0=0Xa4;ET0=1; /開定時器0中斷EA=1; /開總中斷5總結體會通過為期十余天的微機原理課程設計分頻信號發生器的設計與分析，我首先了解到了分頻、倍頻之間的定義和區別，構思和設計過程中，了解分頻原理后，通過原理，很快就制定了這個設計的框圖，而下一步，自然而然的就是，通過框圖每個區域的功能，選擇正確的芯片和電路。最終構思了兩個截然不同的方案，通過方案的操作性，復雜度，和效果對比，最終選擇了我們的主方案。完成了此次課程設計。在本次課設中，我重新認識了89C51，20個引腳的功能，以及各個引腳組合所能