DAC0832波形發(fā)生器的設(shè)計

1、課程設(shè)計課程名稱： 低頻信號源的設(shè)計 專業(yè)年級： 電子信息工程082班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 1 實習(xí)時間： 2011年6月30至7月1日 指導(dǎo)教師： 填寫時間：2011年 7 月3日一、設(shè)計任務(wù)及意義 本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機的數(shù)字式簡易低頻信號發(fā)生器。用程序?qū)崿F(xiàn)方波、鋸齒波、三角波等信號，并在Protues電子設(shè)計平臺上對方案進行了仿真。消除了傳統(tǒng)信號發(fā)生器存在元器件分散性造成波形失真的弊端。系統(tǒng)采用AT89C52 單片機作為控制核心，外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路（DAC0832）、按鍵電路。通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒波、正弦波。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可任意改變，其設(shè)計簡單、

2、性能優(yōu)良，可用于多種需要低頻信號源的場所，具有一定的實用性。二、設(shè)計方案選擇及論證 系統(tǒng)方案比較 方案一：采用函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038集成模擬芯片，（如圖2-1）它是一種可以同時產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的專用集成電路。但是這種模塊產(chǎn)生的波形都不是純凈的波形，會寄生一些高次諧波分量，采用其他的措施雖可濾除一些，但不能完全濾除掉。圖2-1方案一方框圖D/A鍵 盤單片機ICL8038運算電路顯 示D/A輸出方案二：采用分立元件實現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的多諧振振蕩器，然后根據(jù)需要加入積分電路等構(gòu)成正弦、矩形、三角等波形發(fā)生器。這種信號發(fā)生器輸出頻率范圍窄，而且電路參數(shù)設(shè)定較繁瑣，其頻率大小的測量往往需要通過硬件

3、電路的切換來實現(xiàn)，操作不方便。方案三：采用單片機和DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成波形，由于是軟件濾波，所以不會有寄生的高次諧波分量，生成的波形比較純凈。它的特點是價格低、性能高，在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少。經(jīng)比較，方案三既可滿足課程設(shè)計的基本要求又能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，電路簡單，易控制，性價比較高，所以采用該方案。三、硬件設(shè)計系統(tǒng)總體框圖設(shè)計本系統(tǒng)是以單片機AT89C51和8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832共同實現(xiàn)正弦波，方波，鋸齒波這三種常見波形的產(chǎn)生及顯示相互切換的功能。示波器OP1PDAC0832波形選擇開關(guān)單片機PC機下載線 圖3-1 系統(tǒng)總體框圖3.1單片機晶振電路 對于

4、MCS-51一般的晶振可以在1.2MHZ12MHZ之間選擇，這是電容C可以對應(yīng)的選擇10pf-30Pf。對于本設(shè)計的電容C用30pF，晶振選用12MHZ。晶振電路解法圖3-2，一條引腳接在XTAL1,另一條接在XTAL2。電路圖如圖3-1-1所示：圖3-1-13.2單片機復(fù)位電路 復(fù)位是單片機的初始化工作，復(fù)位后中央處理器CPU和單片機內(nèi)的其它功能部件都處在一定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。為了防止程序執(zhí)行過程中失步或運行紊亂，此處我們采用了上電復(fù)位及手動復(fù)位電路，電路圖如圖3-1-2所示：圖3-1-23.3完整電路 參照附錄三四、軟件設(shè)計單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)只有0、1之分,所產(chǎn)生的信號也都是離

5、散信號。為了能夠讓單片機輸出所需的數(shù)字信號,我們采用對信號采樣、量化的方法來實現(xiàn)由單片機產(chǎn)生所需信號。在設(shè)計中,對正弦信號進行采樣,通過查表來實現(xiàn)輸出不同的幅度值。采樣點越密,信號失真度也就越小。對于三角波,就是實現(xiàn)2次循環(huán),通過由最小值到最大值和由最大值到最小值的循環(huán)來實現(xiàn)三角波的輸出。方波的輸出時間間隔由鍵盤輸入,然后由軟件通過定時、計數(shù)器來控制。因此,通過控制不同的計數(shù)初值就可以控制整個方波信號的頻率,其計數(shù)初值=65 536-輸入值。對于其他波形,程序根據(jù)輸入頻率值計算出波形的輸出時間參數(shù),即波形中每2點的時間間隔C。程序設(shè)定寄存器T0作定時器,T1作計數(shù)器。當(dāng)計算出C65 536時,

6、 CPU只使用T0。當(dāng)C65 536時,CPU將T0和T1串聯(lián)起來使用。T0/T1被調(diào)用后開始計數(shù),總定時時間到,輸出一個點,反復(fù)循環(huán),從而在一個周期內(nèi)輸出完整波形。設(shè)計中軟件分為初始化模塊、顯示模塊、鍵盤掃描模塊、鍵值處理模塊和波形產(chǎn)生模塊。4.1 初始化子函數(shù)初始化子函數(shù)的主要工作是設(shè)置定時器的工作模式、初值預(yù)置、開中斷和打開定時器等。在這里，定時器T1工作于16位定時模式，單片機按定時時間重復(fù)的把波形送到DAC0832的寄存器。其程序流程圖如下圖4-2所示：4. 2鍵掃描子函數(shù)鍵掃描子函數(shù)的任務(wù)是檢查3個鍵是否有鍵按下，若有鍵按下，則執(zhí)行相應(yīng)的功能。這里3個鍵分別用于頻率增加、頻率減小和

7、正弦波，鋸齒波和方波的選擇功能。其程序流程圖如圖4-3所示：T1中斷允許，開定時器，開總中斷T1置初值，設(shè)為16位定時模式開始返回 查鍵開始返回定時值減1波形選擇定時值加1查鍵號，按鍵值執(zhí)行功能有鍵按下？NY程圖4.3波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生子函數(shù)波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生函數(shù)是定時器T1的中斷程序。當(dāng)定時器溢出時，發(fā)生一次中斷。當(dāng)發(fā)生中斷時，單片機按次序?qū)⒉ㄐ螖?shù)據(jù)表中的波形數(shù)據(jù)一一送到DAC8032，DAC8032根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)大小輸出對應(yīng)電壓。波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生子函數(shù)流程圖如圖4-4所示：功能標(biāo)志=1？開中斷、中斷返回查表指針加1正弦波輸出方波輸出鋸齒波輸出關(guān)中斷、關(guān)定時、重裝初值、開定時中斷開始圖4-44.4 主函數(shù)主

8、函數(shù)的任務(wù)是進行上電初始化，并在程序運行中不斷查詢按鍵情況執(zhí)行相應(yīng)的功能。程序設(shè)計見附錄五五、系統(tǒng)測試及結(jié)果硬件電路的調(diào)試比較簡單，只要元器件安裝無誤，一般都能一次成功。軟件調(diào)試主要是各子程序的調(diào)試，對于頻數(shù)的增減按鍵，由于計數(shù)器為16位定時器，最大值為65535，在加減時用255作為減數(shù)，這樣頻率的調(diào)整變化較快些，但是在接近最高頻率變化太快；如果加減時用一作加減數(shù)，那么在頻率的高端變化平穩(wěn)，而在頻率的低端則變化太慢。調(diào)試時可根據(jù)應(yīng)用特點選擇加減數(shù)的大小。簡易低頻信號源輸出頻率指標(biāo)實際測試如下：（1）當(dāng)按下K3鍵一下時，波形為正弦波。波形圖如圖5-1所示： 圖5-1 正弦波波形圖（2）當(dāng)按下K

9、3鍵兩下時，播行為三角波。仿真圖如圖5-2所示： 圖5-2 三角波波形圖（3）由P2.0口直接可輸出方波。仿真圖如圖5-3所示：K1鍵是頻率增加鍵，K2鍵是頻率減小鍵本次設(shè)計的信號發(fā)生器正弦波的頻率范圍在0.01HZ83HZ，方波的輸出頻率范圍在1.310.6KHZ。在對系統(tǒng)進行波形仿真時可以在虛擬示波器上觀察到鋸齒波、三角波、正弦波和方波的波形。其中鋸齒波、三角波以及正弦波的輸出誤差較大，方波波形較為理想。這一方面與電路設(shè)置的參數(shù)有關(guān)，另一方面也與使用的仿真軟件有關(guān)。對于上述問題的解決辦法是：改變仿真電路的參數(shù)或著換用版本較高的仿真軟件。當(dāng)然一般產(chǎn)生這種情況的原因多由于電路的參數(shù)設(shè)計不合理所

10、制。但從仿真波形上可以看出輸出波形的頻率大致與程序中的設(shè)置吻合。波形的幅度與程序設(shè)置的最大值有關(guān)，而頻率受機器周期的控制。當(dāng)仿真時，由于存在一定的系統(tǒng)誤差，波形效果不是很好。簡易低頻信號源輸出的頻率不是很高，在設(shè)計時每周期波形用255個采樣點合成，波形不是很光滑。如果增加采樣點，則輸出的頻率會更低，所以在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)應(yīng)用特點選擇合理的采樣點數(shù)。用單片機產(chǎn)生低頻信號的最大優(yōu)點是可以輸出產(chǎn)生復(fù)雜的不規(guī)則波形，這是一般通用信號源無法做到的。6、 實習(xí)體會通過這次實驗，熟悉了基于AT89C52單片機的數(shù)字式簡易低頻信號發(fā)生器，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC832來實現(xiàn)波形又通過按鍵來改變波形的頻率以及波形的轉(zhuǎn)換

11、。在這次設(shè)計中，遇到很多的問題，包括硬件的設(shè)計以及軟件的設(shè)計。硬件方面，就電路而言，根據(jù)硬件的設(shè)計，該電路簡單方便，實現(xiàn)波形并不是很困難，但是，在焊接電路過程中，由于粗心大意，第一次去測試的時候，沒有任何反應(yīng)，經(jīng)過自己和同學(xué)的檢查，最終發(fā)現(xiàn)是由于晶振沒有焊接（由于晶振是次電路的靈魂，它提供了電路的出事震蕩），所以一開始沒有任何反應(yīng)。第二次去測試的時候發(fā)現(xiàn)只有按住開關(guān)才能有波形(K1，K2，K3任何一個都行)，后來經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)單片機的接地線20腳沒有接地，經(jīng)過這次的接地，終于成功了，輸出了完整而穩(wěn)定的波形在軟件設(shè)計中，要熟悉整個電路的工作原理以及就具體芯片管腳的程序代碼，運行過程中，調(diào)整好電路板

12、，接好每一根導(dǎo)線，進行調(diào)試。若程序與電路工作原理一致，將會出現(xiàn)預(yù)期效果。調(diào)節(jié)K1是增加波形信號的頻率，K2是減少波形信號的頻率，K3是三角波以及正弦波的轉(zhuǎn)換鍵?？偠灾?，在這次實習(xí)中，收獲頗多，不僅練習(xí)了焊接的工藝，而且也熟悉了電路的流程，以及單片機程序設(shè)計和單片機AT89C51的工作原理。參考文獻1牛昱光，等.單片機原理及接口技術(shù) .北京：電子工業(yè)出版社，2008.2李光飛，等.單片機C程序設(shè)計實例指導(dǎo). 北京：北京航空航天出版社，2005.3黃仁欣，等.單片機原理及應(yīng)用技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2005.4張毅剛，等.MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002.附

13、錄一 ：元器件清單元器件名稱及規(guī)格標(biāo)注AT89C52U1DAC0832U2電阻10KR1上拉電阻RP1晶體振蕩器12MX1瓷片電容30PfC1,C2電解質(zhì)電容10uFC3按鍵開關(guān)K1,K2,K3直流電源5VVCC數(shù)字示波器附錄二：芯片管腳圖：1、AT89C522、DAC0832附錄三：電路原理圖附錄五：設(shè)計程序#include reg51.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define key P1#define dataout P0/*正弦波數(shù)據(jù)表*/uchar code sin_tab256=0x80,0x83,0x

14、85,0x88,0x8A,0x8D,0x8F,0x92,0x94,0x97,0x99,0x9B,0x9E,0xA0,0xA3,0xA5,0xA7,0xAA,0xAC,0xAE,0xB1,0xB3,0xB5,0xB7,0xB9,0xBB,0xBD,0xBF,0xC1,0xC3,0xC5,0xC7,0xC9,0xCB,0xCC,0xCE,0xD0,0xD1,0xD3,0xD4,0xD6,0xD7,0xD8,0xDA,0xDB,0xDC,0xDD,0xDE,0xDF,0xE0,0xE1,0xE2,0xE3,0xE3,0xE4,0xE4,0xE5,0xE5,0xE6,0xE6,0xE7,0xE7,0x

15、E7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE6,0xE6,0xE5,0xE5,0xE4,0xE4,0xE3,0xE3,0xE2,0xE1,0xE0,0xDF,0xDE,0xDD,0xDC,0xDB,0xDA,0xD8,0xD7,0xD6,0xD4,0xD3,0xD1,0xD0,0xCE,0xCC,0xCB,0xC9,0xC7,0xC5,0xC3,0xC1,0xBF,0xBD,0xBB,0xB9,0xB7,0xB5,0xB3,0xB1,0xAE,0xAC,0xAA,0xA7,0xA5,0xA3,0xA0,0x9E,0x9B,0x99,0x97,0x94,0x92,0x8F,0x

16、8D,0x8A,0x88,0x85,0x83,0x80,0x7D,0x7B,0x78,0x76,0x73,0x71,0x6E,0x6C,0x69,0x67,0x65,0x62,0x60,0x5D,0x5B,0x59,0x56,0x54,0x52,0x4F,0x4D,0x4B,0x49,0x47,0x45,0x43,0x41,0x3F,0x3D,0x3B,0x39,0x37,0x35,0x34,0x32,0x30,0x2F,0X2D,0x2C,0X2A,0x29,0x28,0x26,0x25,0x24,0x23,0x22,0x21,0x20,0x1F,0x1E,0x1D,0x1D,0x1C,0x

17、1C,0x1B,0x1B,0x1A,0x1A,0x1A,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x1A,0x1A,0x1A,0x1B,0x1B,0x1C,0x1C,0x1D,0x1D,0x1E,0x1F,0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x28,0x29,0X2A,0x2C,0X2D,0x2F,0x30,0x32,0x34,0x35,0x37,0x39,0x3B,0x3D,0x3F,0x41,0x43,0x45,0x47,0x49,0x4B,0x4D,0x4F,0x52,0x54,0x56,0x59,0x5B,0x

18、5D,0x60,0x62,0x65,0x67,0x69,0x6C,0x6E,0x71,0x73,0x76,0x78,0x7B,0x7D;/*三角波數(shù)據(jù)表*/uchar code thr_tab256=0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87,0x89,0x89,0x8A,0x8B,0x8C,0x8D,0x8E,0x8F,0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,0x95,0x96,0x97,0x98,0x99,0x9A,0x9B,0x9C,0x9D,0x9E,0x9F,0xA0,0xA1,0xA2,0xA3,0xA4,0xA5,0xA6,0xA7,

19、0xA8,0xA9,0xAA,0xAB,0xAC,0xAD,0xAE,0xAF,0xB0,0xB1,0xB2,0xB3,0xB4,0xB5,0xB6,0xB7,0xB8,0xB9,0xBA,0xBB,0xBC,0xBD,0xBE,0xBF,0xBF,0xBE,0xBD,0xBC,0xBB,0xBA,0xB9,0xB8,0xB7,0xB6,0xB5,0xB4,0xB3,0xB2,0xB1,0xB0,0xAF,0xAE,0xAD,0xAC,0xAB,0xAA,0xA9,0xA8,0xA7,0xA6,0xA5,0xA4,0xA3,0xA2,0xA1,0xA0,0x9F,0x9E,0x9D,0x9C,

20、0x9B,0x9A,0x99,0x98,0x97,0x96,0x95,0x94,0x93,0x92,0x91,0x90,0x8F,0x8E,0x8D,0x8C,0x8B,0x8A,0x89,0x89,0x87,0x86,0x85,0x84,0x83,0x82,0x81,0x80,0x7F,0x7E,0x7D,0x7C,0x7B,0x7A,0x79,0x78,0x77,0x76,0x75,0x74,0x73,0x72,0x71,0x70,0x6F,0x6E,0x6D,0x6C,0x6B,0x6A,0x69,0x68,0x66,0x66,0x65,0x64,0x63,0x62,0x61,0x60,0x5F,0x5E,0x5D,0x5C,0x5B,0x5A,0x59,0x58,0x55,0x55,0x55,0x54,0x53,0x52,0x51,0x50,0x4F,