2.设计原理和方法

2.1单片机的基本组成

时钟源T0T1时钟电路SFR和RAMROM定时/计数器CPU系统总线并行端口串行端口中断系统P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1

图1 51单片机框图

2.2方案的设计与选择

在电子技术领域中，实现函数信号发生器的方法有很多种，可以采用不同的原理及器件构成不同的电路，但是可以实现相同的功能。 （1）方案的比较：

方案一：采用单片函数发生器如8038,8038可同时产生正弦波，方波等，而且方法简单易行。用D/A转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控的调频进而改变周期，但是产生的频率稳定度不高。

方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，降压控振荡器（VOC）的输出，频率锁定在所需的频率上，该方案性能良好，但是难以达到输出频率覆盖系数的要求，其电路复杂。

方案三：采用单片机编程的方法实现。该方法可以通过编程，来控制方波信号输出的周期和占空比，并且只要改变程序的相关参数，便可以改变输出波形的周期和占空

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比。由于编程的方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做到很高。并且电路简单。

鉴于方案一的信号频率不够稳定和方案二的电路复杂，频率覆盖系数难以达标等缺点，所以决定采用方案三的设计方法。方案三不仅仅是软硬件结合，而且它使用的元器件，容易得到，且价格便宜，使得硬件的开销达到最省。

在此次设计中，利用AT89C51单片机，软硬件结合，实现占空比和周期可调。案件的操作是通过数字电路跟外部中断0来控制的。可以输出占空比在1%到99%可调，精度为1%，周期在5ms到60ms可调，精度为5ms的方波。

本设计用到一个AT89C51微处理器，4个按键，一个四输入与门。AT89C51用到两个定时器，定时器0和定时器1。其中定时器0工作在方式1下，决定输出信号的周期，定时器1工作在方式1下，决定输出信号的占空比。按键PERIOD+和PERIOD-改变信号的周期，按键PERIOD+用于增大信号的周期，按一下就增大5ms，当增大到60ms后，就归为5ms。按键PERIOD-用于减小输出信号的周期，按一次键，输出信号的周期增大5ms，当增大到60ms后，周期就归于5ms。按键ZKB+和ZKB-改变信号的占空比，按键ZKB+用于增加信号的占空比，按下一次键，占空比就增加1，上限值为99，当再次按键时，就让占空比归1。按键ZKB-用于减小信号的占空比，按下一次键，占空比就减1，下限值为1，当再次按键时，就让占空比回归到99。通过上面的步骤，可以实现占空比和周期的可调。

同时，设计中采用了上电或开关复位电路用以应对其他可能事件。开关闭合复位后回复初值：占空比50%，周期35ms。

2.3定时器、的工作原理

定时/计数器实质上是一个加1计数器，它可以工作于定时方式，也可以工作于计数方式，两种工作方式实际是对脉冲计数，只不过是所计脉冲来源不同。定时/计数器的内部结构和控制信号如下图2所示：

C/T当其工作于定时方式时， =0，开关S打向上，计数器，的计数脉冲来自振荡器

的12分频后的脉冲（即fosc/12），即对系统的机器周期计数。档开关K受控合上时，每过一个周期，计数器，加1；当记满了预设的个数，回零，置位定时/计数器溢出中断标志位，产生溢出中断。

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图2 定时器/计数器内部结构和控制信号

2.3.1工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD（地址：89H）为8位寄存器，8位分为两组，高四位控制T1，低四位控制T0。用于设置定时/计数器的工作方式。其格式如下表2.3.1所示。

表2.3.1 定时/计数器方式控制寄存器TMOD

D7 GATE D6

C/T D5 M1 D4 M0 D3 GATE D2

C/T D1 D0 M1 M0 | ← T1方式字段 → | ← T0方式字段 →| 下面对TMOD的各位作以说明： （1）GATE：门控位。

GATE＝0时，仅有运行控制位TR0（或TR1）=1，就可以启动定时/计数器工作； GATA＝1时，由TR0（或TR1）=1和外部中断引脚（INT0或INT1）上的高电平共 同启动定时/计数器工作。

（2） C/T——定时/计数模式选择位。

C/T为定时模式； =0

C/T为计数模式。 =1

（3）M1，M0—工作方式选择位。

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定时/计数器工作方式选择如下表2.3.2所示。

表2.3.2 定时/计数器工作方式设置表

M1 M0 0 0 0 1 1 0 1 1

工作方式 方式0 方式1 方式2 方式3 说明 13位定时/计数器 16位定时/计数器 8位初值自动重装入的8位定时/计数器 仅适用于T0，分成两个8位定时/计数器；T1停止计数 2.3.2定时/计数器控制寄存器TCON

TCON的字节地址为88H，可进行位寻址，位地址为88H—8Fh。 格式如下表2.3.3所示。

表2.3.3 定时/计数器控制寄存器TCON

D7 TF1 D6 TR1

D5 TF0 D4 TR0

D3 IE1 D2 IT1

D1 IE0 D0 IT0 在TCON寄存器中，定时/计数器的控制仅用了其中的高四位。 （1）TF1，TF0——T1，T0溢出中断请求标志位。

当计数溢出时该位由硬件自动置为1。CPU响应中断后由硬件自动清0。工作时，CPU可随时查询TF的状态。所以，可用作查询测试的标志。也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。 （2）TR1,TR0——运行控制位。

置1时，启动定时/计数器工作；还与GATE位的状态有关。

置0时，停止定时/计数器工作。

由软件置1或清0。所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。

2.4定时/计数器的工作方式

（1）方式0为13位计数，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位组成，最大计数值为（8192个脉冲）。启动后计数器加1计数。TL0的低5位计数满回零后向进位，当13位计数满回零时，中断溢出位置1，产生中断请求。

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