畢業(yè)設計（論文）基于單片機的信號發(fā)生器設計

1、揚州工業(yè)職業(yè)技術學院20092010學年第二學期畢業(yè)設計 課題名稱： 單片機的信號發(fā)生器設計 設計時間： 2009.10-2010.3 系 部： 電子信息工程系 班 級： 0501 電子信息 姓 名： 指導教師： 總目錄第一部分 任務書第二部分 開題報告第三部分 畢業(yè)設計報告第 一 部 分任務書揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計任務書系 部電子系指導老師職 稱助教學生姓名班 級0501電子信息學 號設計題目單片機的信號發(fā)生器設計設計內(nèi)容目標和要求一、畢業(yè)設計主要內(nèi)容及技術指標1、主要內(nèi)容設計一個信號發(fā)生器，具有以下功能：(1)八位數(shù)碼管顯示時分秒，24小時制。(2) 可以在任意時刻一鍵校準時間功能。

2、.二、畢業(yè)設計的基本要求：1) 收集、整理與畢業(yè)設計有關領域的信息資料； 2) 完成本畢業(yè)設計方案的設計； 3) 完成本畢業(yè)設計電路原理圖設計；4) 完成本畢業(yè)設計程序流程圖和匯編語言源程序設計；5) 完成軟件和硬件系統(tǒng)的調(diào)試，功能指標達到技術要求；6) 程序清單和圖樣資料；7) 根據(jù)本畢業(yè)設計的設計、編程、工作過程，形成符合學校規(guī)定的畢業(yè)設計書面文檔；8）查閱文獻不少于8篇教研室審核系部審核第 二 部 分開題報告揚州工業(yè)職業(yè)技術學院 電子信息工程系 2009屆畢業(yè)設計（論文）開題報告書學生姓名專業(yè)電子信息技術班級0501電子信息學號題 目基于單片機的數(shù)字時鐘設計指導教師職稱助教學 位題目類別

3、 工程設計 基礎研究 應用研究 其它【課題的內(nèi)容與要求】設計一個數(shù)字電子鐘，具有以下功能：(1)八位數(shù)碼管顯示時分秒，24小時制。(2) 可以在任意時刻一鍵校準時間功能。.要求：利用六位七段數(shù)碼管，輕觸按鍵一只，at89c51單片機實現(xiàn)以上數(shù)字電子時鐘功能，采用匯編語言編程【前言】單片機是20世紀70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路器件。它在一塊硅芯片內(nèi)集成了各種計算機功能部件，構(gòu)成一種單片式的微型計算機。20世紀80年代以來，隨著國際上單片機迅速發(fā)展，其應用不斷深入，新技術層出不窮。也因為其體積小，功能強，成本地，尤其是隨著cmos工藝的發(fā)展，耗電也大大低于其它相似的電子產(chǎn)品，被廣泛應用

4、于智能產(chǎn)品和工業(yè)控制之中。其中最著名的生產(chǎn)商就是intel公司，其開發(fā)的51系列單片機是目前市場上最典型和最有代表性的一種，也是國內(nèi)市場用的最多的單片機。在其之后，世界上許多著名的半導體廠商相繼生產(chǎn)和這個系列兼容的單片機，這就使得其產(chǎn)品型號不斷地增加，品種不斷豐富，功能不斷增強。在國內(nèi)外單片機應用中占有非常重要的地位?！痉桨傅谋容^與評價】在本次設計中采用at895單片機；顯示電路的設計，顯示電路采用六位七段數(shù)碼管，這種數(shù)碼管結(jié)構(gòu)很簡單使用很方便，已被普遍的使用。在這里采用數(shù)碼管顯示；校時和定時電路的設計；實時控制電路是時鐘電路的一個重要組成部分，采用的是一個時鐘芯片，單片機從中讀取數(shù)據(jù)送到顯示

5、器上顯示，從而實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能；還有一些其他控制電路如復位電路、時鐘電路等。通過這些控制電路的連接構(gòu)成了完整的電路?！绢A期的效果及指標】完成具有時、分、秒的數(shù)字時鐘設計。利用六位七段數(shù)碼管，輕觸按鍵一只，at89c51單片機實現(xiàn)以上數(shù)字電子時鐘功能【進度安排】第一階段 2009 年10月3 日 - 2009 年 10 月 18日 選題、調(diào)研、收集資料、論證、開題第二階段 2009 年10月19 日 - 2009 年 11 月 15日 方案、電路、硬件、軟件設計 第三階段 2009 年 11月16 日 - 2009 年 11 月 20日 軟硬件調(diào)試、寫作初稿第四階段 2009 年 11月21 日

6、 - 2009 年 12 月 14日 修改、定稿、打印、答辯【參考文獻】1. 李全利 遲榮強.單片機原理及接口技術. 高等教育出版社, 2004.12 李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎. 北京航空航天大學出版社，2001.73 趙曙光，郭萬有 楊頌華.可編程邏輯器件，原理，開發(fā)與應用.西安電子科技大學, 2000.84 候伯亨.vhdl硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設計.西安電子科技大學出版社， 19995 周立功，夏宇聞.單片機與cpld綜合應用技術.北京航空航天出版社,2003.86 單片機開發(fā).人民郵電出版社7 付家才.單片機控制工程實踐技術.化學工業(yè)出版社, 2004.38 單片機課程設

7、計 實例指導.北京航空航天大學出版社, 20049 朱定華.單片機原理及接口技術實驗.北方交通大學出版社, 2002.1110 馬忠梅.單片機的c語言應用程序設計.北京航空航天大學出版社, 2003.1111 8031單片機時鐘系統(tǒng)的統(tǒng)設計.人民郵電出版社, 20003.212 弘道工作室.融會貫通 protel99電路設計.人民交通出版設, 200013 張偉，王力，趙晶.proteldxp 入門與提高 . 人民郵電出版社 ,20003.214 王天曦 ，李洪儒.電子技術工藝基礎.清華大學出版社, 2000【指導教師意見】（有針對性地說明選題意義及工作安排是否恰當?shù)龋┩馓峤婚_題論證 修改后

8、提交 不同意提交（請說明理由）指導教師簽章： 年 月 日 【系部意見】同意指導教師意見 不同意指導教師意見（請說明理由） 其它（請說明）隊系（部）主任簽章： 年 月 日目 錄第一章 緒 論 11.1 單片機的概述 11.2 信號發(fā)生器分類 11.3 信號發(fā)生器的用途及發(fā)展趨勢 11.4 研究內(nèi)容 2第二章 方案的設計與選擇 32.1 方案比較 32.2 設計原理 32.3 設計思想 42.4 設計功能 4第三章 主要器件介紹 53.1 at89c51簡介 53.1.1 主要特性 53.1.2 管腳說明 63.2 8155 簡介 73.3 dac0832 簡介83.3.1 工作原理 83.3.2

9、 引腳圖及其功能 93.4 數(shù)碼管顯示原理 93.5 數(shù)碼管字形編碼10第四章 硬件設計 114.1 硬件原理框圖 114.2 主控電路 114.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 124.4 按鍵接口電路 134.5 時鐘電路 134.6 顯示電路 14第五章 軟件設計 155.1 程序流程圖 155.2 波形仿真 17結(jié)束語 19參考文獻 20附錄一 22附錄二 32單片機的信號發(fā)生器設計xxx摘 要本文介紹一種用at89c51單片機構(gòu)成的波形發(fā)生器，可產(chǎn)生方波、三角波、正弦波、鋸齒波等多種波形，波形的周期可用程序改變，并可根據(jù)需要選擇單極性輸出或雙極性輸出，具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)越等特點。文章給出

10、了源代碼，通過仿真測試，其性能指標達到了設計要求。關鍵詞：單片機；dac；信號發(fā)生器design of signal generator based on mcu zhuqin wangjing daipingping、abstractthis paper introduces a signal generator with mcu at89c51，which is used to generate electro-wave-forms such as squares、triangles、sines and teeth-saw. the periods of these signals can

11、 be changed by programs of mcu at89c51 and their outputs can be selected to be monopolar or bipolar. this paper provides the original code. and the technical parameter of the signal generator meets the request of the design after the simulation test. key words:mcu；dac；signal generator 第一章 緒 論1.1單片機概

12、述隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，中央處理器(cpu)、隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、(i/o)接口、定時器/計數(shù)器和串行通信接口，以及其他一些計算機外圍電路等均可集成在一塊芯片上構(gòu)成單片微型計算機，簡稱為單片機。單片機具有體積小、成本低，性能穩(wěn)定、使用壽命長等特點。其最明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到各種儀器、設備中，這是其他計算機和網(wǎng)絡都無法做到的9,10。1.2信號發(fā)生器的分類信號發(fā)生器應用廣泛，種類繁多，性能各異，分類也不盡一致。按照頻率范圍分類可以分為：超低頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器、視頻信號發(fā)生器、高頻波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻信號發(fā)生器。按照輸出波形分類可以分

13、為：正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器，非正弦信號發(fā)生器又包括：脈沖信號發(fā)生器，函數(shù)信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、數(shù)字序列波形發(fā)生器、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等。按照信號發(fā)生器性能指標可以分為一般信號發(fā)生器和標準信號發(fā)生器。前者指對輸出信號的頻率、幅度的準確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類信號發(fā)生器。后者是指其輸出信號的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號發(fā)生器。1.3信號發(fā)生器的用途及發(fā)展趨勢信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應用于科學研究、生產(chǎn)實踐和教學實驗等領域。特別是在通信系統(tǒng)的科研實驗中，常常需要用到多種不同頻率和相位的信號，

14、如正弦波、三角波、方波和鋸齒波等，因此多功能信號發(fā)生器應用十分廣泛。在數(shù)字化時代的今天，經(jīng)典的由模擬電路組成的信號發(fā)生器已經(jīng)漸漸遠離了人們，取而代之的是電路簡潔、功能多樣、功耗低的數(shù)字電路。在以后的時間里，將會有越來越多的數(shù)字化的信號發(fā)生器運用在各種科學技術領域和工程實踐中，給人們的日常生活帶來更多的便利1。1.4 研究內(nèi)容本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設計，將采用編程的方法來實現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設計的要求，對各種波形的頻率和幅度進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機的程序存儲器中。在程序運行中，當接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時再調(diào)用相應的中斷服務子程序和

15、波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出。第二章 方案的設計與選擇2.1 方案的比較方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如8038），8038可同時產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用d/a轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制電壓，也可以實現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號的頻率穩(wěn)定度不高。方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（vco）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難以達到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復雜。方案三：采用單片機編程的方法來實現(xiàn)。該方法可以通過編程的方法來控制信號波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實現(xiàn)頻率的

16、變換。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號，所以信號的精度可以做的很高。鑒于方案一的信號頻率不夠穩(wěn)定和方案二的電路復雜，頻率覆蓋系數(shù)難以達標等缺點，所以決定采用方案三的設計方法。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬件的方法來實現(xiàn)，使得信號頻率的穩(wěn)定性和精度的準確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價格便宜，使得硬件的開銷達到最省1,7。2.2 設計原理數(shù)字信號可以通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，因此可通過產(chǎn)生數(shù)字信號再轉(zhuǎn)換成模擬信號的方法來獲得所需要的波形。89c51單片機本身就是一個完整的微型計算機，具有組成微型計算機的各部分部件：中央處理器cpu、隨機存取存儲器r

17、am、只讀存儲器rom、i/o接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通訊接口等，只要將89c51再配置鍵盤及其接口、顯示器及其接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換及波形輸出、指示燈及其接口等四部分，即可構(gòu)成所需的波形發(fā)生器，其信號發(fā)生器構(gòu)成原理框圖如圖2.1所示2。 輸出濾波放大d/a轉(zhuǎn)換器接口電路89c51單片機圖2.1 信號發(fā)生器原理框圖89c51是整個波形發(fā)生器的核心部分，通過程序的編寫和執(zhí)行，產(chǎn)生各種各樣的信號，并從鍵盤接收數(shù)據(jù)，進行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號幅度的調(diào)節(jié)。當數(shù)字信號經(jīng)過接口電路到達轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號也就是所需要的輸出波形。2.3 設計思想（1）利用單片機產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波等信號波

18、形，信號的頻率和幅度可變。（2）將一個周期的信號分離成256個點（按x軸等分），每兩點之間的時間間隔為t，用單片機的定時器產(chǎn)生，其表示式為：t=t/256。如果單片機的晶振為12mhz，采用定時器方式0，則定時器的初值為： x=213t/tmec (2.1)定時時間常數(shù)為： tl =（8192t）/mod256 (2.2)th = (8192t)/256 (2.3)mod32表示除32取余數(shù)（3）正弦波的模擬信號是d/a轉(zhuǎn)換器的模擬量輸出，其計算公式為： y=（a/2sint）+a/2 (其中a=vref) (2.4)t=nt (n=1256) (2.5)那么對應著存放在計算機里的這一點的數(shù)據(jù)

19、為： （2.6） （4）一個周期被分離成256個點，對應的四種波形的256個數(shù)據(jù)存放在以tab1-tab4為起始地址的存儲器中。2.4 設計功能（1）本方案利用8155擴展8個獨立式按鍵，6個led顯示器。其中“s0”號鍵代表方波輸出，“s1”號鍵代表正弦波輸出，“s2”號鍵代表三角波輸出，“s3” 號鍵代表鋸齒波輸出。（2）“s4”號鍵為10hz的頻率信號，“s5”號鍵為100hz的頻率信號，“s6”號鍵為500hz的頻率信號，“s7”號鍵為1khz的頻率信號，6個led顯示器輸出信號的頻率值，選用共陽極led。（3）利用兩片dac0832實現(xiàn)幅度可調(diào)的信號源，（其中一片用來調(diào)節(jié)幅度，另外一

20、片用來實現(xiàn)信號源的輸出）。（4）頻率范圍：101000hz。（5）輸出波形幅度為05v。第三章 主要器件介紹3.1 at89c51簡介在設計中，at89c51用于產(chǎn)生波形的數(shù)字信號，并控制信號的頻率和幅度。at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c

21、51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。其引腳圖如圖3.1所示： 圖3.1 at89c51引腳圖3.1.1 主要特性 8031 cpu與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程flash存儲器(壽命：1000寫/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0hz-24khz 三級程序存儲器保密鎖定 128*8位內(nèi)部ram 32條可編程i/o線 兩個16位定時器/計數(shù)器 6個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路3.1.2 管腳說明p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8個ttl門電流。當p0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠

22、用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口

23、的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill），這是由于上拉的緣故。rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的

24、高電平時間。ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時，ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期兩次psen有效

25、。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的psen信號將不出現(xiàn)。ea/vpp：當ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，ea將內(nèi)部鎖定為reset，當ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。vcc：供電電壓。gnd：接地。3.2 8155芯片簡介8155是通用的可編程并行接口芯片，在設計中用做鍵盤、顯示器的擴充。其引腳圖如圖3.2所示：圖3.2 8155引腳圖rst：復

26、位信號輸入端，高電平有效。復位后，3個i/o口均為輸入方式。ad0ad7：三態(tài)的地址/數(shù)據(jù)總線。與單片機的低8位地址/數(shù)據(jù)總線（p0口）相連。單片機與8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令與狀態(tài)信息都是通過這個總線口傳送的。：讀選通信號，控制對8155的讀操作，低電平有效。 ：寫選通信號，控制對8155的寫操作，低電平有效。 ：片選信號線，低電平有效。io/：8155的ram存儲器或i/o口選擇線。當io/0時，則選擇8155的片內(nèi)ram，ad0ad7上地址為8155中ram單元的地址（00hffh），當io/1時，選擇8155的i/o口，ad0ad7上的地址為8155 i/o口的地址。ale：地址鎖

27、存信號。8155內(nèi)部設有地址鎖存器，在ale的下降沿將鎖存單片機p0口輸出的低8位地址信息及，io/的狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部鎖存器。因此，p0口輸出的低8位地址信號不需外接鎖存器。pa0pa7：8位通用i/o口，其輸入、輸出的流向可由程序控制。pb0pb7：8位通用i/o口，功能同a口。pc0pc5：有兩個作用，既可作為通用的i/o口，也可作為pa口和pb口的控制信號線，這些可通過程序控制。timer in：定時/計數(shù)器脈沖輸入端。timer out：定時/計數(shù)器輸出端。vcc：5v電源。3.3 dac0832簡介3.3.1 工作原理在設計中，dac0832主要用來將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。

28、dac0832主要由8位輸入寄存器、8位dac寄存器、8位d/a轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。8位輸入寄存器用于存放主機送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制，8位dac寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，并加以控制。8位d/a轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流，由與門、與非門組成的輸入控制電路來控制2個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。其原理框圖如圖3.3所示。圖3.3 dac0832原理框圖當wr2和xfer同時有效時，8位dac寄存器端為高電平“1”，此時dac寄存器的輸出端q跟隨輸入端d也就是輸入寄存器q端的電平變化，反之，當端為低電平“0”時，第一級8位輸入寄存器q端的狀態(tài)則鎖存到

29、第二級8位dac寄存器中，以便第三級8位dac轉(zhuǎn)換器進行d/a轉(zhuǎn)換。3.3.2 引腳圖及其功能各引腳分布如圖3.4所示。引腳功能如下：(1) di7di0 ：8位的數(shù)據(jù)輸入端，di7為最高位。(2) iout1 ：模擬電流輸出端1，當dac寄存器中數(shù)據(jù)全為1時，輸出電流最大，當 dac寄存器中數(shù)據(jù)全為0時，輸出電流為0。(3) iout2 ：模擬電流輸出端2， iout2與iout1的和為一個常數(shù)，即iout1iout2常數(shù)。(4) rfb：反饋電阻引出端，dac0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以rfb端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之

30、間。(5) vref ：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負電壓，它決定0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的圖3.4 dac0832引腳圖幅度，vref范圍為(+10-10)v。vref端與d/a內(nèi)部t形電阻網(wǎng)絡相連。(6) vcc ：芯片供電電壓，范圍為(+5 15)v。(7) agnd ：模擬量地，即模擬電路接地端。(8) dgnd ：數(shù)字量地。3.4 數(shù)碼管顯示原理共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同

31、組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起，通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端，當某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能提供額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。其結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。 （a） 外型結(jié)構(gòu) （b） 共陰極 （c）共陽極 圖3.5 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖3.5 數(shù)碼管字形編碼要使數(shù)碼管顯示出相應的數(shù)字

32、或字符必須使得數(shù)據(jù)口輸出相應的字形編碼。對照圖3.5（a），字型碼各位定義如下：數(shù)據(jù)線db0與a字段對應，db1字段與b字段對應，依此類推。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對應字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對應字段亮。數(shù)碼管字形編碼如表3.1所示8。表3.1 數(shù)碼管字型編碼表顯示字符字形共 陽 極共 陰 極dpgfedcba字型碼dpgfedcba字形碼0011000000c0h001111113fh1111111001f9h0000011006h2210100100a4h010110115bh3310110000b0h01001111

33、4fh441001100199h0110011066h551001001092h011011016dh661000001082h011111017dh7711111000f8h0000011107h881000000080h011111117fh991001000090h011011116fh第四章 硬件設計 4.1 硬件原理框圖硬件原理方框圖如圖4.1所示。波形輸出放大電路復位電路顯示電路數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路鍵盤電路單片機圖4.1 硬件原理框圖4.2 主控電路at89c51單處機內(nèi)部設置兩個16位可編程的定時器/計數(shù)器t0和t1，它們具有計數(shù)器方式和定時器方式兩種工作方式及4種工作模式。在波形發(fā)生

34、器中，將其作定時器使用，用它來精確地確定波形的兩個采樣點輸出之間的延遲時間。模式1采用的是16位計數(shù)器，當t0或t1被允許計數(shù)后，從初值開始加計數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時向cpu請求中斷。中斷系統(tǒng)是使處理器具有對外界異步事件的處理能力而設置的。當中央處理器cpu正在處理某件事的時候外界發(fā)生了緊急事件，要求cpu暫停當前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個緊急事件。在波形發(fā)生器中，只用到片內(nèi)定時器計數(shù)器溢出時產(chǎn)生的中斷請求，即是在at89c51輸出一個波形采樣點信號后，接著啟動定時器，在定時器未產(chǎn)生中斷之前，at89c51等待，直到定時器計時結(jié)束，產(chǎn)生中斷請求，at89c51響應中斷，接著輸出下一個采樣點信號，如此

35、循環(huán)產(chǎn)生所需要的信號波形6。如圖4.2所示，at89c51從p0口接收來自鍵盤的信號，并通過p2口輸出一些控制信號，將其輸入到8155的信號控制端，用于控制其信號的輸入、輸出。如果有鍵按下，則在讀控制端會產(chǎn)生一個讀信號，使單片機讀入信號。如果有信號輸出，則在寫控制端產(chǎn)生一個寫信號，并將所要輸出的信號通過8155的pb口輸出，并在數(shù)碼管上顯示出來。圖4.2 主控電路圖4.3 數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路由于單片機產(chǎn)生的是數(shù)字信號，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，所以該文選用價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易并具有8位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器dac0832。dac0832主要由8位輸入寄存器、8位d

36、ac寄存器、8位d/a轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。但實際上，dac0832輸出的電量也不是真正能連續(xù)可調(diào)，而是以其絕對分辨率為單位增減，是準模擬量的輸出。dac0832是電流型輸出，在應用時外接運放使之成為電壓型輸出。由圖4.3可知，dac0832的片選地址為7fffh，當p25有效時，若p0口向其送的數(shù)據(jù)為00h， 則u1 的輸出電壓為0v;若p0口向其送的數(shù)據(jù)為0ffh時， 則u1的輸出電壓為-5v. 故當u1 輸出電壓為0v時，由公式 得：vout = - 5v.當輸出電壓為- 5v時，可得：vout = +5v，所以輸出波形的電壓變化范圍為- 5v+ 5v. 故可推得，當p0所送

37、數(shù)據(jù)為80h時，vout為0v4。圖4.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路4.4 按鍵接口電路圖4.4為鍵盤接口電路的原理圖，圖中鍵盤和8155的pa口相連，at89c51的p0口和8155的d0口相連，at89c51不斷的掃描鍵盤，看是否有鍵按下，如有，則根據(jù)相應按鍵作出反應。其中“s0”號鍵代表方波輸出，“s1”號鍵代表正弦波輸出，“s2”號鍵代表三角波輸出。 “s3”號鍵代表鋸齒波輸出，“s4”號鍵為10hz的頻率信號，“s5”號鍵為100hz的頻率信號，“s6”號鍵為500hz的頻率信號，“s7”號鍵為1khz的頻率信號3。 圖4.4 按鍵接口4.5 時鐘電路8051單片機有兩個引腳（xtal1，xta

38、l2）用于外接石英晶體和微調(diào)電容，從而構(gòu)成時鐘電路，其電路圖如圖4.5所示。電容c1、c2對振蕩頻率有穩(wěn)定作用，其容量的選擇為30pf，振蕩器選擇頻率為12mhz的石英晶體。由于頻率較大時，三角波、正弦波、鋸齒波中每一點的延時時間為幾微秒，故延時時間還要加上指令時間才能獲得較大的頻率波形9。 圖4.5 時鐘電路4.6 顯示電路顯示電路是用來顯示波形信號的頻率，使得整個系統(tǒng)更加合理，從經(jīng)濟的角度出發(fā)，所以顯示器件采用led數(shù)碼管顯示器。而且led數(shù)碼管是采用共陽極接法，當主控端口輸出一個低電平后，與其相對應的數(shù)碼管即變亮，顯示所需數(shù)據(jù)。其器件模型如圖4.6所示。圖4.6 led顯示電路第五章 軟

39、件設計5.1 程序流程圖本文中子程序的調(diào)用是通過按鍵的選擇來實現(xiàn)，在取得按鍵相應的鍵值后，啟動計時器和相應的中斷服務程序，再直接查詢程序中預先設置的數(shù)據(jù)值，通過轉(zhuǎn)換輸出相應的電壓，從而形成所需的各種波形。主程序的流程圖如圖5.1所示，在程序開始運行之后，首先是對8155進行初始化，之后判斷信號頻率值，如符合所需的頻率，則重置時間常數(shù)，并通過顯示器顯示出來，不符則返回。在中斷結(jié)束后，還要來判斷波形是否符合，如符合，則顯示其頻率，不符則返回，重新判斷。圖5.1 主程序流程圖圖5.2為各波形子程序的流程圖。如圖所示，在中斷服務子程序開始后，通過判斷來確定各種波形的輸出，當判斷選擇的不是方波后，則轉(zhuǎn)向

40、對正弦波的判斷，如此反復。如果選擇的是方波，則用查表的方法求出相應的數(shù)據(jù)，并通過d/a轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號，形成所需波形信號。圖5.2 子程序流程圖5.2 波形仿真通過前面的軟、硬件設計，整個電路的設計已基本完成，下面將進行正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形的仿真與測試。本文中波形信號的仿真是以proteus 6.5這一款軟件為平臺，裝入波形發(fā)生程序，驗證硬件電路和程序的正確性。5.2.1 正弦波的仿真如圖5.3所示，此波形為幅度為5v，頻率為500hz的正弦波，是通過查表轉(zhuǎn)換的方法來實現(xiàn)的。而要實現(xiàn)其他如10hz、100hz、1khz等頻率的波形，則需要調(diào)用延時子程序，改變波形發(fā)生的時

41、間常數(shù)。圖5.3 正弦波仿真圖5.2.2 三角波的仿真如圖5.4所示，此波形為幅度為5v，頻率為500hz的正弦波，是通過查表轉(zhuǎn)換的方法來實現(xiàn)的。通過調(diào)用延時子程序，改變波形發(fā)生的時間常數(shù)，實現(xiàn)10hz、100hz、1khz等頻率的波形。圖5.4 三角波仿真圖5.2.3 鋸齒波的仿真如圖5.5所示，此波形為幅度為5v，頻率為500hz的鋸齒波，是通過查表轉(zhuǎn)換的方法來實現(xiàn)的。而要實現(xiàn)其他如10hz、100hz、1khz等頻率的波形，則需要調(diào)用延時子程序，改變波形發(fā)生的時間常數(shù)。圖5.5 鋸齒波仿真圖5.2.4 方波的仿真如圖5.6所示，此波形為幅度為5v，頻率為500hz的方波，是通過查表轉(zhuǎn)換的

42、方法來實現(xiàn)的。通過調(diào)用延時子程序，改變波形發(fā)生的時間常數(shù)，實現(xiàn)10hz、100hz、1khz等頻率的波形。圖5.6 方波仿真圖結(jié)束語這種基于單片機的信號發(fā)生器已經(jīng)展示出很好的性能，而且有著很高的性價比。此外，它產(chǎn)生的波形與模擬電路的波形相比，波形有著更好的平滑性，其周期性也更加穩(wěn)定。已經(jīng)越來越多的應用到各種電子設備當中，給人們的日常生活帶來了方便。在論文中簡單介紹了它的用途和發(fā)展趨勢，根據(jù)它的一些基本知識，按照自己的想法設計了一類低頻信號發(fā)生器，具體包括了設計方案以及相關參數(shù)的選取和計算，根據(jù)工作基本原理加入了一些相關的輔助電路，并編寫了相關的應用程序。有些指標還有待于進一步提高。例如，在精度

43、及其它功能的擴展上還有較大的潛力可以挖掘，這些都有待于我們通過對電路的改進和對元器件的最佳選擇來進一步完善。而且由于本人所學知識有限，很多知識點的學習不夠深刻，我會在以后的學習中更加踏實、認真的學好各個知識點。參考文獻1 程全.基于at89c52實現(xiàn)的多種波形發(fā)生器的設計j.周口師范學院學報，2005.22(5)：5758.2 周明德.微型計算機系統(tǒng)原理及應用m.北京：清華大學出版社，2002.341364.3 劉樂善.微型計算機接口技術及應用m.北京：北京航空航天大學出版社，2001.258264.4 童詩白.模擬電路技術基礎m.北京：高等教育出版社，2000.171202.5 杜華.任意波

44、形發(fā)生器及應用j.國外電子測量技術，2005.1：3840.6 張友德.單片微型機原理、應用與實踐m.上海：復旦大學出版社，2004.4044. 7 程朗.基于8051單片機的雙通道波形發(fā)生器的設計與實現(xiàn)j.計算機工程與應用，2004.8：100103.8 張永瑞.電子測量技術基礎m.西安：西安電子科技大學出版社，2006.61101.9 李葉紫. mcs-51單片機應用教程m.北京：清華大學出版社，2004.232238.10 蔡美琴.mcs-51系列單片機系統(tǒng)及其應用m.北京：高等教育出版社，1988.56289.致 謝本文的研究工作是在楊永東老師指導、幫助和督促下完成的。楊永東老師在該領域有敏銳的感知力以及對其應用價值的洞察力給我留下了深刻的印象。在攻讀學士學位四年的學習期間，導師勇于探索、敢于創(chuàng)新的科研精神激勵我不斷努力進取，在今后的人生旅途上取得成功的寶貴的精神財富。同時，在學習期間導師為我提供了良好的研究環(huán)境和實踐條件，并對一些創(chuàng)新性的工作給予了大量的指導與支持。在本文完成之際，謹向