單片機(jī)課程設(shè)計(jì)多功能信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)蘭州交通大學(xué)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題 目： 多功能信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 電氣*班 姓 名： * 學(xué) 號(hào)： * 指導(dǎo)教師： * 設(shè)計(jì)時(shí)間： 201*.*.* 評(píng)語：成績(jī) 1.摘要 本系統(tǒng)利用單片機(jī)at89s52采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生鋸齒波、正弦波、矩形波三種波形，再通過d/a轉(zhuǎn)換器dac0832將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來，能產(chǎn)1hz3khz的波形。通過鍵盤來控制三種波形的類型選擇、頻率變化，并通過液晶屏1602顯示其各自的類型以及數(shù)值，系統(tǒng)大致包括信號(hào)發(fā)生部分、數(shù)/模轉(zhuǎn)換部分以及液晶顯示部分三部分，其中尤其對(duì)數(shù)/模轉(zhuǎn)換部分和波形產(chǎn)生和變化部分進(jìn)行詳細(xì)論述。2.引言信號(hào)發(fā)生器（sign

2、al generator）是產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)儀器。按其信號(hào)波形分為四大類：正弦信號(hào)發(fā)生器。主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按其不同性能和用途還可細(xì)分為低頻（20赫至10兆赫）信號(hào)發(fā)生器、高頻（100千赫至300兆赫）信號(hào)發(fā)生器、微波信號(hào)發(fā)生器、掃頻和程控信號(hào)發(fā)生器、頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。函數(shù)（波形）信號(hào)發(fā)生器。能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號(hào)，頻率范圍可從幾個(gè)微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。脈沖信號(hào)發(fā)生器。能產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可

3、用以測(cè)試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用作模擬信號(hào)來測(cè)試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器。通常又分為噪聲信號(hào)發(fā)生器和偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器兩類。噪聲信號(hào)發(fā)生器主要用途為：在待測(cè)系統(tǒng)中引入一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，以模擬實(shí)際工作條件中的噪聲而測(cè)定系統(tǒng)性能；外加一個(gè)已知噪聲信號(hào)與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲比較以測(cè)定噪聲系數(shù)；用隨機(jī)信號(hào)代替正弦或脈沖信號(hào)，以測(cè)定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性等。當(dāng)用噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測(cè)量時(shí)，若平均測(cè)量時(shí)間不夠長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性誤差，可用偽隨機(jī)信號(hào)來解決。3.設(shè)計(jì)方案及原理 信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生50-200hz的正弦波、方波、三角波、鋸齒波，數(shù)碼管顯示信號(hào)頻率； 輸出哪一種波形由四個(gè)按鍵控制；波形的極性、幅

4、度、周期、占空比可由按鍵操作設(shè)置和修改。經(jīng)過考慮，我們確定方案如下：利用at89s52單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生鋸齒波、正弦波、矩形波三種波形，再通過d/a轉(zhuǎn)換器dac0832將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來，通過鍵盤來控制三種波形的類型選擇、頻率變化，最終輸出顯示其各自的類型以及數(shù)值。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(hào)的采集分析以及信號(hào)的處理和變換，采用按鍵輸入，利用液晶顯示電路輸出數(shù)字顯示的方案。將設(shè)計(jì)任務(wù)分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。圖1 為系統(tǒng)的總體框圖 圖1 總體方框圖   應(yīng)用89s52單片

5、機(jī)和dac0832進(jìn)行低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)能產(chǎn)生正弦波、鋸齒波、三角波和方波。       adc0832的介紹：dac0832是8分辨率的d/a轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)da芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。d/a轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位dac寄存器、8位d/a轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。d0-d7：八位數(shù)據(jù)輸入端ile：數(shù)據(jù)允許鎖存信號(hào)cs：輸入寄存器選擇信號(hào)wr1：輸入寄存器選擇信號(hào)xfer：數(shù)據(jù)傳送信號(hào)wr2：dac寄存器的寫通選擇信號(hào)vref：基準(zhǔn)電

6、源輸入端rfb：反饋信號(hào)輸入端iout1:電流輸出1iout2:電流輸出2vcc:電源輸入端 圖2 adc8032 agnd:模擬地dgnd:數(shù)字地 dac0832結(jié)構(gòu)：d0d7：8位數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò))ile：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效cs：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效wr1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ile、cs、wr1的邏輯組合產(chǎn)生le1，當(dāng)le1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，le1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存xfer：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（

7、脈寬應(yīng)大于500ns）有效wr2：dac寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由wr1、xfer的邏輯組合產(chǎn)生le2，當(dāng)le2為高電平時(shí)，dac寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，le2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入dac寄存器并開始d/a轉(zhuǎn)換iout1：電流輸出端1，其值隨dac寄存器的內(nèi)容線性變化iout2：電流輸出端2，其值與iout1值之和為一常數(shù)rfb：反饋信號(hào)輸入線，改變r(jià)fb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度vcc：電源輸入端，vcc的范圍為+5v+15vvref：基準(zhǔn)電壓輸入線，vref的范圍為-10v+10vagnd：模擬信號(hào)地dgnd：數(shù)字信號(hào)地 根據(jù)對(duì)dac

8、0832的數(shù)據(jù)鎖存器和dac寄存器的不同的控制方式，dac0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。本設(shè)計(jì)選用直通方式。    圖3 dac0832工作時(shí)序圖4 dac0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由單片機(jī)、顯示接口電路，波形轉(zhuǎn)換（d/a）電路和電源等四部分構(gòu)成。 功能：形成掃描碼，鍵值識(shí)別、鍵處理、參數(shù)設(shè)置；形成顯示段碼；產(chǎn)生定時(shí)中斷；形成波形的數(shù)字編碼，并輸出到d/a接口電路和顯示驅(qū)動(dòng)電路。 at89s51外接12m晶振作為時(shí)鐘頻率。并采用電源復(fù)位設(shè)計(jì)。復(fù)位電路采用上電復(fù)位，它的工作原理是，通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于短路，于是rst引腳上為

9、高電平，然后電源通過對(duì)電容充電。rst端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機(jī)開始工作。 at89s51的p2口作為功能按鈕和tec6122的接口。p1口做為d/a轉(zhuǎn)換芯片0832的接口。用定時(shí)/計(jì)數(shù)器作為中斷源。不同的頻率值對(duì)應(yīng)不同的定時(shí)初值，允許定時(shí)器溢出中斷。定時(shí)器中斷的特殊功能寄存器設(shè)置如下： 定時(shí)控制寄存器tcon20h； 工作方式選擇寄存器tmod=01h； 中斷允許控制寄存器ie=82h。 顯示電路：驅(qū)動(dòng)6位數(shù)碼管顯示，掃描按鈕。 由集成驅(qū)動(dòng)芯片tec6122、6位共陰極數(shù)碼管和5個(gè)按鈕組成。當(dāng)某一按鈕按下時(shí)，掃描程序掃描到之后，通過p2口將數(shù)字信號(hào)發(fā)送到 tec6122

10、芯片。tec6122是一款數(shù)字集成芯片。它的外接電壓也是+5v，并且由于數(shù)碼管的載壓較小，為了保護(hù)數(shù)碼管，必須在兩者間接電阻，大約是560歐。掃描利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，掃描程序立即檢測(cè)到，隨后調(diào)用子程序，執(zhí)行相應(yīng)的功能。 d/a電路：將波形樣值的編碼轉(zhuǎn)換成模擬值，完成雙極性的波形輸出。有可供用戶使用的大量i/o口線。內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限，應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 圖5 d/a轉(zhuǎn)換器0832電路圖圖6 89c51單片機(jī)最小系統(tǒng)圖7 功能選擇電路圖8 硬件電路連接原理圖5. 軟件設(shè)計(jì)org 8000h main:mov a,p1 mov r0,a ;設(shè)置高電平 mov r1,#00h

11、;設(shè)置低電平 ddis:mov dptr,#0feffh ；輸入口地址dptrlp:movx a,dptr ；按鈕開關(guān)狀態(tài)讀入a中l(wèi)call boxing sjmp main boxing: jnb p1.0,sanjiao ;p1.0控制三角波的輸出 jnb p1.1,fangbo ;p1.1控制矩形波的輸出 jnb p1.2,juchi ;p1.2控制鋸齒波的輸出 jnb p1.3,zxbo;p1.3控制正弦波的輸出ret ;*三角波* sanjiao: mov dptr,#7fffh ; 選中da0832 mov a,#00h up1: movx dptr,a ; 向0832輸出數(shù)據(jù) i

12、nc a jnz up1 ; a不等于0則跳轉(zhuǎn)反之順序執(zhí)行 down1:dec a movx dptr,a jnz down1 ret ;*方波* fangbo: mov dptr,#7fffh lp:mov a,r0 ;設(shè)置輸出上限 movx dptr,a lcall del_h ;調(diào)高電平延時(shí)程序 mov a,r1 movx dptr,a lcall del_l ;調(diào)低電平延時(shí)程序 ret ;*鋸齒波* juchi: mov dptr,#7fffh mov a,#00h loop:movx dptr,a inc a sjmp loop ret ;*正弦波*zxbo: da01 : mov

13、r7,#0ffh mov dptr ,#tab da02 : mov a , #00h ;累加器a初始化 movc a , a+dptr ；查表 mov r0,dpl ;dptr的低八位送r0 mov r1,dph ;dptr的高八位送r1 mov dptr,#7fffh movx dptr, a mov dpl,r0 mov dph,r1inc dptr djnz r7,da02 ajmp da01 tab : db 80h,83h,86h,89h,8dh,90h,93h,96h db 99h,9ch,9fh,0a2h,0a5h,0a8h,0abh,0aeh db 0b1h,0b4h,0b7

14、h,0bah,0bch,0bfh,0c2h,0c5h db 0c7h,0cah,0cch,0cfh,0d1h, 0d4h,0d6h,0d8h db 0fdh,0fch,0fbh,0fah,0f9h, 0f8h,0f7h,0f6h db 0f5h,0f4h,0f2h,0f1h,0efh, 0eeh,0ech,0eah db 0e9h,0e7h,0e5h,0e3h,0e1h, 0deh,0ddh,0dah db 0d8h,0d6h,0d4h,0d1h,0cfh, 0cch,0cah,0c7h db 0c5h,0c2h,0bfh,0bch,0bah, 0b7h,0b4h,0b1h db 0aeh,0

15、abh,0a8h,0a5h,0a2h, 9fh, 9ch, 99h db 96h, 93h, 90h, 8dh, 89h, 86h, 83h, 80h db 80h, 7ch, 79h, 78h, 72h, 6fh, 6ch, 69h db 66h, 63h, 60h, 5dh, 5ah, 57h, 55h, 51h db 4eh, 4ch, 48h, 45h, 43h, 40h, 3dh, 3ahdb 16h, 18h, 1ah, 1ch, 1eh, 20h, 22h, 25h db 3ah, 3dh, 40h, 43h, 45h, 48h, 4ch, 4eh db 25h, 22h, 20

16、h, 1eh, 1ch, 1ah, 18h, 16h db 15h, 13h, 11h, 10h, 0eh, 0dh, 0bh, 0ah db 09h, 08h, 07h, 06h, 05h, 04h, 03h, 02h db 02h, 01h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h db 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 01h, 02h db 02h, 03h, 04h, 05h, 06h, 07h, 08h, 09h db 0ah, 0bh, 0dh, 0eh, 10h, 11h, 13h, 15h db 16h, 18h, 1ah, 1ch

17、, 1eh, 20h, 22h, 25h db 3ah, 3dh, 40h, 43h, 45h, 48h, 4ch, 4eh db 51h, 55h, 57h, 5ah, 5dh, 60h, 63h, 66h db 69h, 6ch, 6fh, 72h, 76h, 79h, 7ch, 80hret;*延時(shí)程序* del_h: ;高電平 mov r7,#202 de:mov r6,#11 djnz r6,$ djnz r7,de ret del_l: ;低電平 mov r7,#202 del:mov r6,#11 djnz r6,$ djnz r7,de ret end 圖9 流程圖6.總結(jié)通過

18、這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)三年的學(xué)習(xí)效果，進(jìn)一步加深了我對(duì)專業(yè)知識(shí)的了解和認(rèn)識(shí)?？傮w來說，由于考試的影響，這次的課程設(shè)計(jì)做的很倉(cāng)促，難免有很多的疏漏。在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練，基本的知識(shí)掌握的不夠扎實(shí)，但是我將在學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力不斷完善。同時(shí)使我對(duì)于單片機(jī)應(yīng)用有了更深的了解，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，有著廣闊的應(yīng)用前景，涉及面廣，內(nèi)容豐富，它用軟件的方法設(shè)計(jì)硬件。用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成的，在設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真，系統(tǒng)可現(xiàn)場(chǎng)編程，在線升級(jí)，整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，體積小，功率低，可靠性高。其技術(shù)以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方法，以計(jì)算機(jī)大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動(dòng)完成用軟件方式設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯邏輯布局布線，邏輯仿真直至特定目標(biāo)芯片的適配便宜編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)。這個(gè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的