基于89C51單片機(jī)的信號發(fā)生器

1、基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計(jì)目錄摘要1第一章 緒論21.1波形發(fā)生器簡介21.2 單片機(jī)相關(guān)介紹21.3 設(shè)計(jì)意義21.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容3第二章 方案比較、設(shè)計(jì)和論證32.1 單片機(jī)方案選擇32.2 D/A轉(zhuǎn)換器接線方式選擇3第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.2 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)5第四章 系統(tǒng)調(diào)試及仿真84.1系統(tǒng)仿真8第五章 結(jié)論10參考文獻(xiàn)11附錄 程序清單13基于單片機(jī)的信號發(fā)生器摘要：隨著電子測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，一種新的信號發(fā)生器-波形發(fā)生器應(yīng)運(yùn)而生。所謂波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號和用戶定義信號，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。單片機(jī)

2、作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，有著廣泛的應(yīng)用范圍。本文介紹的是利用89C51單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件DAC0832產(chǎn)生所需不同信號的低頻信號源，其信號幅度和頻率都是可以按要求控制的。本設(shè)計(jì)核心任務(wù)是：以AT89C51為核心，結(jié)合D/A轉(zhuǎn)換器和DAC0832等器件，用仿真軟件設(shè)計(jì)硬件電路，用匯編語言編寫驅(qū)動(dòng)程序，以實(shí)現(xiàn)程序控制產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波四種常用低頻信號。可以通過按鍵選擇波形和輸入任意頻率值。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；信號發(fā)生器；DAC0832第一章 緒論1.1波形發(fā)生器簡介以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)低頻函數(shù)信號發(fā)生器。信號發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù),通過硬件電路和軟件程序相結(jié)

3、合,可輸出自定義波形,如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可任意改變。介紹了波形的生成原理、硬件電路和軟件部分的設(shè)計(jì)原理。介紹了單片機(jī)控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號的硬件電路和軟件編程、DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器的原理和使用方法、AT89C51以及與設(shè)計(jì)電路有關(guān)的各種芯片、關(guān)于產(chǎn)生不同低頻信號的信號源的設(shè)計(jì)方案。該信號發(fā)生器具有體積小、價(jià)格低、性能穩(wěn)定、功能齊全的優(yōu)點(diǎn)。1.2 單片機(jī)相關(guān)介紹單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含

4、有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和 I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓,低功耗。1.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1s，滿量程誤差為±1LSB，參考電壓(+10/span>-10)V，供電電源為(+5+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。在DAC0832中有兩

5、級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE，第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號 /XFER。1.3 設(shè)計(jì)意義使用單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的控制方案主要是考慮到其低廉的成本和易學(xué)易用的特性，相較于類似ARM這類性能更為強(qiáng)大的控制方案，單片機(jī)的性能并非其優(yōu)勢所在。但是如何充分利用單片機(jī)已有的功能進(jìn)行最大化的開發(fā)才是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。總的來說，本設(shè)計(jì)意義有如下2個(gè)方面：(1)波形發(fā)生器應(yīng)用進(jìn)行研究和開發(fā)；(2)探究單片機(jī)在信號發(fā)生器中應(yīng)用，舉一反三，延伸到其他類似領(lǐng)域的應(yīng)用；1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面：(1)設(shè)計(jì)信號發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方案；(2)設(shè)計(jì)

6、單片機(jī)最小系統(tǒng)和周邊電路；(3)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的電路分布和接線；(4)使用匯編語言編寫整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的程序；第二章 方案比較、設(shè)計(jì)和論證2.1 單片機(jī)方案選擇方案一:采用標(biāo)準(zhǔn) AT89C51單片機(jī)作為控制器；波形選擇通過按鍵來選擇，波形通過DAC0832。按以上系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)，占用單片機(jī)端口資源少。該系統(tǒng)具有電路簡單，設(shè)計(jì)方便，顯示亮度高，可靠性高等特點(diǎn)。方案二:采用AT89C52單片機(jī)作為控制器, 波形通過AD7542輸出,利用此方案對系統(tǒng)資源浪費(fèi)比較大，在模型制作中較少采用?？紤]到實(shí)際情況和波形的正確性，本設(shè)計(jì)采用了第一套方案。2.2 D/A轉(zhuǎn)換器接線方式選擇 方案一:采用單緩沖接線方式。

7、方案二:采用雙緩沖接線方式；此接線方式可使DAC轉(zhuǎn)換輸出前一個(gè)數(shù)據(jù)的同時(shí)將下一個(gè)數(shù)據(jù)傳送到8位輸入寄存器，優(yōu)點(diǎn)是可以提高D/A轉(zhuǎn)換的速度；其缺點(diǎn)是接線和編程稍復(fù)雜一點(diǎn)。方案三:采用直通接線方式；此接線方式接線簡單、編程簡單。為了使接線和編程都簡單易行，故選用方案三。第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1 系統(tǒng)流程圖圖3-1 系統(tǒng)流程圖3.1.2 系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，由單片機(jī)完成人機(jī)界面、系統(tǒng)控制、信號的采集分析以及信號的處理和變換，采用按鍵輸入，利用虛擬示波器顯示波形的方案。將設(shè)計(jì)任務(wù)分解為按鍵電路、輸出轉(zhuǎn)換電路等模塊。圖3-2為系統(tǒng)的總體框圖。圖3-2 總

8、體方框圖3.2 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)AT89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用AT89C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)：(1)有可供用戶使用的大量I/O口線。(2)內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。(3)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。標(biāo)準(zhǔn)的51為8K程序空間，128字節(jié)的RAM，32條端口，5個(gè)中斷，2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，12個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條基本指令，最長的除法為48個(gè)周期。圖3-3 AT89

9、C51單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2.2運(yùn)算放大器電路本系統(tǒng)的放大電路如圖3-4所示：圖3-4運(yùn)算放大器電路3.2.3 波形產(chǎn)生原理及模塊設(shè)計(jì)波形產(chǎn)生的原理：1、內(nèi)存中首先存儲(chǔ)波形的數(shù)字量值數(shù)組TABLE；2、51單片機(jī)讀取數(shù)組中的值，送入D/A轉(zhuǎn)換器；3、D/A轉(zhuǎn)換器將輸入的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬量輸出；4、D/A輸出的模擬電流量通過運(yùn)放轉(zhuǎn)換成電壓量輸出。由單片機(jī)采用編程方法產(chǎn)生四種波形、通過DA轉(zhuǎn)換模塊DAC0832在進(jìn)過濾波放大之后輸出。其電路圖3-5如下：圖3-5波形產(chǎn)生電路3.2.4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖圖3-6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖第四章 系統(tǒng)調(diào)試及仿真4.1系統(tǒng)仿真單擊仿真界面左下方的開始按扭，仿真就開始

10、了。具體仿真過程如下：（1）f=250HZ正弦波的調(diào)試結(jié)果圖4-1 正弦波的調(diào)試結(jié)果（2）f=250HZ方波的調(diào)試結(jié)果圖4-2 方波的調(diào)試結(jié)果（3）f=250HZ鋸齒波的調(diào)試結(jié)果圖4-3 鋸齒波的調(diào)試結(jié)果（4）f=143HZ三角波的調(diào)試結(jié)果圖4-4 三角波的調(diào)試結(jié)果第五章 結(jié)論通過這次課程設(shè)計(jì)使我對課程所學(xué)理論知識的深化和提高。并且通過本次課程設(shè)計(jì)，使我了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過程、方法及實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)了我分析問題和解決問題的能力，為以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)更難的應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。同時(shí)培養(yǎng)了我撰寫設(shè)計(jì)說明書的能力。在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓

11、我長進(jìn)了很多。對于單片機(jī)設(shè)計(jì)，其硬件電路是比較簡單的，主要是解決程序設(shè)計(jì)的問題，而程序設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中大部分時(shí)間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個(gè)子程序才是關(guān)鍵的問題所在，這需要對單片機(jī)的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說單片機(jī)的設(shè)計(jì)是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因。這就要求我們對硬件系統(tǒng)中各組

12、件部分有充分透徹的理解和研究，并能對之靈活應(yīng)用。完成這次設(shè)計(jì)后，我在書本理論知識的基礎(chǔ)上又有了更深層次的理解。同時(shí)在本次設(shè)計(jì)的過程中，我還學(xué)會(huì)了高效率的查閱資料、運(yùn)用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整。偶而還會(huì)遇到錯(cuò)誤的資料現(xiàn)象，這就要求我們應(yīng)更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)。對該理論在實(shí)踐中應(yīng)用的深刻理解，通過把波形在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，知道和理解該理論在計(jì)算機(jī)中怎樣執(zhí)行的，對該理論在實(shí)踐中的應(yīng)用更深刻的理解，激發(fā)了我的學(xué)習(xí)積極性，在這次課程設(shè)計(jì)中，我就是按通過該課程設(shè)計(jì)，全面系統(tǒng)了解編譯原理課程序構(gòu)造的一般原理的基本實(shí)現(xiàn)方法。

13、把死板的課本知識變得生動(dòng)有趣，激發(fā)了我的學(xué)習(xí)積極性。參考文獻(xiàn)1張毅坤. 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社，1998. 2余錫存 曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社,2000.3吳黎明, 王桂棠, 洪添勝,等. 單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).科學(xué)出版社,2005.4韓克, 柳秀山, 等. 電子技能與EDA 技術(shù).暨南大學(xué)出版社, 2004.5周潤景. 張麗娜. 基PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真.航空航天大學(xué)出版社, 2006 .6張毅坤.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用西安電子科技大學(xué)出版社，19987李俊謨.單片機(jī)中級教程北京航空航天大學(xué)出版社，2006.8胡宴如

14、模擬電子技術(shù)高等教育出版社，20049李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（修訂版）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.10李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992.11何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.致謝本論文是在向根祥老師指導(dǎo)下完成的。從論文選題到課題難點(diǎn)的解決，都給予了本人悉心地指導(dǎo)。向老師的治學(xué)態(tài)度、專業(yè)造詣和敬業(yè)精神都使我收益非淺，。在此，我首先向向根祥師致以衷心的感謝！在課題完成過程中，還得到了許多同學(xué)的幫助，給我提供了很多思路與經(jīng)驗(yàn)，對我深入理解課題的有關(guān)知識與方法起到了重要作用。在此，我對同學(xué)們也表示誠摯的謝意。附錄 程序清單

15、ORG 0000HSJMP STARTORG 30HSTART:CJNE A,#0FFH,KEYSJMP $KEY: JNB P1.0,KEY0JNB P1.1,KEY1JNB P1.2,KEY2JNB P1.3,KEY3SJMP STARTKEY0: ACALL SINSJMP KEYKEY1: ACALL FANGSJMP KEYKEY2: ACALL JUCHISJMP KEYKEY3: ACALL SJIAOSJMP KEYSIN:LOOP: MOV R0,#00HLOOP1: MOV A,R0MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P2,AINC R0MOV

16、P0,#0FFHMOV R3,P0L1: INC R3CJNE R3,#00H,L1CJNE R0,#255,LOOP1JNB P1.4,E1SJMP LOOPE1: RETFANG:LOOP2:MOV A,#00HMOV P2,AMOV P0,#0FFHMOV A,P0CPL AMOV R3,AACALL DELAYJNB P1.4,E2MOV A,#0FFHMOV P2,AMOV P0,#0FFHMOV A,P0CPL AMOV R3,AACALL DELAYSJMP LOOP2E2: RETJUCHI: MOV A,#00HLOOP6: MOV P2,AINC AMOV P0,#0FFH

17、MOV R3,P0L4: INC R3CJNE R3,#00H,L4JNB P1.4,E3SJMP LOOP6E3: RETSJIAO:MOV A,#00HLOOP9: MOV P2,AINC AMOV P0,#0FFHMOV R3,P0L5: INC R3CJNE R3,#00H,L5CJNE A,#0FFH,LOOP9LOOP8: DEC AMOV P0,#0FFHMOV R3,P0L6: INC R3CJNE R3,#00H,L6MOV P2,ACJNE A,#00H,LOOP8JNB P1.4,E4SJMP LOOP9E4: RETDELAY:LOOP3: MOV R6,#1LOOP4

18、: MOV R5,#250LOOP5: NOPNOPDJNZ R5,LOOP5DJNZ R6,LOOP4DJNZ R3,LOOP3RETTABLE: DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96HDB 99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEHDB 0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5HDB 0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H,0D4H,0D6H,0D8HDB 0DAH,0DDH,0DFH,0E1H,0E3H,0E5H,0E7H,0E9HDB 0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1

19、H,0F2H,0F4H,0F5HDB 0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH,0FBH,0FCH,0FDHDB 0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB 0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H,0F8H,0F7H,0F6HDB 0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH,0EEH,0ECH,0EAHDB 0E9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H,0DEH,0DDH,0DAHDB 0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH,0CCH,0CAH,0C7HDB 0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH,0B7H,