波形發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

1、波形發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總說明本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為控制核心，外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路（DAC0832）運(yùn)算放大器、按鍵等。采用AT89C51單片機(jī)和DAC0832芯片，直接連接鍵盤和顯示。該種方案主要對AT89C51單片機(jī)的各個(gè)I/O口充分利用. P1口是連接鍵盤以及接顯示電路,P2口連接DAC0832輸出波形.這樣總體來說,能對單片機(jī)各個(gè)接口都利用上,而不在多用其它芯片,從而減小了系統(tǒng)的成本.也對按照系統(tǒng)便攜式低頻信號(hào)發(fā)生器的要求所完成.占用空間小,使用芯片少,低功耗。通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、三角波、正弦波、梯形波、鋸齒波。其設(shè)計(jì)簡單、性能優(yōu)好，具有一定的實(shí)用性。正弦波、三角波、方

2、波、梯形波、鋸齒波是較為常見的信號(hào)。在科學(xué)研究及教學(xué)實(shí)驗(yàn)中常常需要這幾種信號(hào)的發(fā)生裝置。關(guān)鍵字：AT89C5，DAC0832，運(yùn)算放大器目錄1緒論11.1設(shè)計(jì)目的11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容12系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案22.1系統(tǒng)組成22.2系統(tǒng)工作原理23系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)33.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)33.2其他硬件模塊電路設(shè)計(jì)33.2.1 DAC0832芯片介紹33.2.2單片機(jī)AT89C51介紹54系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)84.1主程序設(shè)計(jì)84.2其他子程序設(shè)計(jì)94.2.1鋸齒波流程設(shè)計(jì)94.2.2梯形波流程設(shè)計(jì)104.2.3三角波流程設(shè)計(jì)114.2.4方波流程設(shè)計(jì)124.2.5正弦波流程設(shè)計(jì)135調(diào)試與仿真166總結(jié)18

3、致謝19參考文獻(xiàn)20 II 1 緒論1.1設(shè)計(jì)目的 （1）利用所學(xué)單片機(jī)的理論知識(shí)進(jìn)行軟硬件整體設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、提高我們的綜合應(yīng)用能力。 （2）我們這次的課程設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并開發(fā)能輸出多種波形（正弦波、三角波、鋸齒波、方波、梯形波）且頻率、幅度可變的函數(shù)發(fā)生器。 （3）掌握各個(gè)接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法，并能運(yùn)用其實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)功能器件。 （4）在平時(shí)的學(xué)習(xí)中，我們所學(xué)的知識(shí)大都是課本上的，在機(jī)房的練習(xí)大家也都是分散的對各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行練習(xí)。因此，缺乏一種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)鍛煉。在課程所學(xué)結(jié)束以后，這樣的課程設(shè)計(jì)十分有助于學(xué)生的知識(shí)系統(tǒng)的總結(jié)到一

4、起。 （5）通過這幾個(gè)波形進(jìn)行組合形成了一個(gè)函數(shù)發(fā)生器，使得我對系統(tǒng)的整個(gè)框架的設(shè)計(jì)有了一個(gè)很好的鍛煉。這不僅有助于大家找到自己感興趣的題目，更可以鍛煉大家微機(jī)知識(shí)的應(yīng)用。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）利用設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、梯形波、鋸齒波的波形發(fā)生器。（2）以單片機(jī)為核心，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片0832完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。（3）以按鍵來選擇要產(chǎn)生的波形。（4）用示波器觀察波形。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)組成 系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)和DAC0832芯片，直接連接鍵盤和顯示。該種方案主要對AT89C51單片機(jī)的各個(gè)I/O口充分利用. P1口是連接鍵盤以及接顯示電路,P2口連接DAC0832輸出

5、波形。2.2系統(tǒng)工作原理 （1）課設(shè)需要各個(gè)波形的基本輸出。如輸出鋸齒波、三角波、方波、正弦波。這些波形的實(shí)現(xiàn)的具體步驟：鋸齒波實(shí)現(xiàn)很簡單，只需要一開始定義一個(gè)初值，然后不斷的加1，當(dāng)溢出后又重初值開始加起，就這樣循環(huán)下去。三角波的實(shí)驗(yàn)過程是先加后減，實(shí)現(xiàn)方法是先是從00H開始加1直到溢出后就執(zhí)行減1操作，就這樣不斷調(diào)用這個(gè)循環(huán)。方波的實(shí)現(xiàn)方法是連續(xù)輸出一個(gè)數(shù)，到某個(gè)時(shí)候就改變一下值，可以把值定義為正極性的，也可以是負(fù)極性。正弦波的實(shí)現(xiàn)是非常麻煩的。它的實(shí)現(xiàn)過程是通過定義一些數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行時(shí)直接輸出定義的數(shù)據(jù)就可以了。（2）通過P1口和開關(guān)K0-K4相連接來控制各個(gè)波形的輸出。能根據(jù)k0-k5

6、鍵狀態(tài)進(jìn)行波形切換，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，輸出相對應(yīng)的波形。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)外圍晶振電路是通過單片機(jī)的XTAL1引腳和XTAL2引腳接入的。本設(shè)計(jì)的電容C1、C2使用10pF，晶振頻率選擇為11.0592MHZ。復(fù)位電路是通過單片機(jī)的RST引腳接入的。本設(shè)計(jì)的電容C3使用1nF，電源使用+5u。單片機(jī)最小系統(tǒng)如下圖所示：圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2其他硬件模塊電路設(shè)計(jì) 3.2.1 DAC0832芯片介紹0832采用雙緩沖接口方式，其傳送控制端接地，輸入所存允許斷ILE與+5V電源相連，利用一個(gè)地址碼進(jìn)行二次輸出操作，完成數(shù)據(jù)的傳送和激動(dòng)轉(zhuǎn)換，第一次操作室P2.6

7、為高電平，將P0口數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)鎖存于DAC0832的輸入寄存器中。第二次操作是寫控制信號(hào)由效，傳送控制端為低電平，將輸入寄存器中的內(nèi)容鎖存入0832的DAC寄存器中，D/A轉(zhuǎn)換器便開始對鎖存于DAC寄存器的8位數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，約經(jīng)過1/2時(shí)鐘周期后，在輸出端（IOUT2、IOUT1）建立穩(wěn)定的電流輸出。運(yùn)放的作用是將0832輸出的模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓波形。DAC0832為一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器,單電源供電,在+5+15V范圍內(nèi)均可正常工作。基準(zhǔn)電壓的范圍為±10V,電流建立時(shí)間為1s,CMOS工藝,低功耗20mW。DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。圖3-2 DA0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)

8、框圖DAC0832的外部引腳及功能介紹圖如下：圖3-3 DA0832外部引腳圖DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料:芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號(hào)，可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，還可以外接DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。 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，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫選通信號(hào)。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)

9、輸入線，低電平有效。 WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。 Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。 Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。 Rfb:反饋信號(hào)輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻. Vcc:電源輸入線 (+5v+15v) Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線 (-10v+10v) AGND:模擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地. DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好3.2.2單片機(jī)AT89C51介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀

10、存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如下圖所示：圖3-4 AT89C51引腳排列圖AT89C51管腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻

11、輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此

12、作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)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(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RS

13、T腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，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(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， 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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每

14、個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。4系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì) ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H LJMP INT00ORG 0040HMAIN

15、: MOV SP,60HSETB IT0SETB EASETB EX0INT00: CLR EAPUSH PSWPUSH AccSETB EAJNB P1.0,IR0JNB P1.1,IR1JNB P1.2,IR2JNB P1.3,IR3JNB P1.4,IR4INTIR: CLR EAPOP AccPOP PSWSETB EARETI4.2其他子程序設(shè)計(jì) 4.2.1鋸齒波流程設(shè)計(jì) 鋸齒波的實(shí)現(xiàn)過程是首先定義一個(gè)初值然后進(jìn)行加法操作，加的步數(shù)的多少則根據(jù)要求的頻率來進(jìn)行。然后加到某個(gè)數(shù)之后就再重新設(shè)置為初值，再重復(fù)執(zhí)行剛剛的操作，如此循環(huán)下去。鋸齒波發(fā)生流程圖如下圖所示：圖4-1 鋸齒波發(fā)生流

16、程圖鋸齒波發(fā)生子程序如下：IR0:MOV R0,#0FEH MOV A,#00HLOOP:MOVX R0,A JB P1.0,INTIR INC A SJMP LOOP LJMP INTIR 4.2.2梯形波流程設(shè)計(jì) 梯形波的實(shí)現(xiàn)是設(shè)置一個(gè)初值，然后進(jìn)行加一，當(dāng)加到某個(gè)數(shù)時(shí)延時(shí)，之后減一，減到初值時(shí)在返回到之前的操作，繼續(xù)加一、延時(shí)、減一。梯形波發(fā)生流程圖如下圖所示：圖4-2 梯形波發(fā)生流程圖梯形波發(fā)生子程序如下：IR1:MOV R0,#0FEH MOV A,#00HUP:MOVX R0,AJB P1.1,INTIRINC AJNZ UPDEC ALCALL DELAYJB P1.1,INTI

17、RDOWN:DEC AMOVX R0,AJB P1.1,INTIRJNZ DOWNSJMP UP LJMP INTIR DELAY:MOV R7,#100 DELAY1:MOV R6,#10NOPDELAY2:DJNZ R6,DELAY2DJNZ R7,DELAY1RET4.2.3三角波流程設(shè)計(jì) 三角波的實(shí)現(xiàn)是設(shè)置一個(gè)初值，當(dāng)加到某個(gè)值的時(shí)候，執(zhí)行減一操作，減到初值時(shí)，再加一。三角波發(fā)生流程圖如下圖所示： 圖4-3 三角波發(fā)生流程圖三角波發(fā)生子程序如下：IR2: MOV R0,#0FEHMOV A,#00HUP2:MOVX R0,AJB P1.2,INTIRINC AJNZ UP2 DOWN2

18、:DEC A MOVX R0,AJB P1.2,INTIRJNZ DOWN2 SJMP UP2LJMP INTIR 4.2.4方波流程設(shè)計(jì)方波的實(shí)現(xiàn)只需開始的時(shí)候設(shè)置一個(gè)初值然后直接輸出這個(gè)值就行了，輸出一段時(shí)間后，然后再重新置一個(gè)數(shù)據(jù)，然后再輸出這個(gè)數(shù)據(jù)一段時(shí)間，但是此時(shí)的時(shí)間一定要等于前面那段時(shí)間。這樣才是一個(gè)方波，如果兩個(gè)時(shí)間不相同，那就相當(dāng)于一個(gè)脈沖波。方波發(fā)生流程圖如下圖所示：圖4-4 方波發(fā)生流程圖方波發(fā)生子程序如下：IR3:MOV R0,#0FEH POSI:MOV A,#00H MOVX R0,ALCALL DELAYJB P1.3,INTIRNEGA:MOV A,#0FFHM

19、OVX R0,ALCALL DELAYJB P1.3,INTIRSJMP POSILJMP INTIR 4.2.5正弦波流程設(shè)計(jì)正弦波的實(shí)現(xiàn)需要查表，每查一次表，輸出一個(gè)數(shù)值，之后查下一個(gè)數(shù)值繼續(xù)輸出，當(dāng)一個(gè)波形的256個(gè)數(shù)值全部輸出之后，從頭開始繼續(xù)輸出。正弦波發(fā)生流程圖如下圖所示：圖4-5 正弦波發(fā)生流程圖正弦波發(fā)生子程序如下：IR4: MOV R0,#0FEH MOV R1,#00HXX:MOV A,R1LCALL HANSHUMOVX R0,AJB P1.4,INTIRINC R1SJMP XXLJMP INTIRHANSHU:MOV DPTR,#TAB1MOVC A,A+DPTRRE

20、TTAB1: db 080h,083h,086h,089h,08ch,090h,093h,096h,099h,09ch,09fh,0a2h,0a5h,0a8h,0abh,0aehdb 0b1h,0b3h,0b6h,0b9h,0bch,0bfh,0c1h,0c4h,0c7h,0c9h,0cch,0ceh,0d1h,0d3h,0d5h,0d8hdb 0dah,0dch,0deh,0e0h,0e2h,0e4h,0e6h,0e8h,0eah,0ebh,0edh,0efh,0f0h,0f1h,0f3h,0f4hdb 0f5h,0f6h,0f8h,0f9h,0fah,0fah,0fbh,0fch,0fdh

21、,0fdh,0feh,0feh,0feh,0ffh,0ffh,0ffhdb 0ffh,0ffh,0ffh,0ffh,0feh,0feh,0feh,0fdh,0fdh,0fch,0fbh,0fah,0fah,0f9h,0f8h,0f6hdb 0f5h,0f4h,0f3h,0f1h,0f0h,0efh,0edh,0ebh,0eah,0e8h,0e6h,0e4h,0e2h,0e0h,0deh,0dchdb 0dah,0d8h,0d5h,0d3h,0d1h,0ceh,0cch,0c9h,0c7h,0c4h,0c1h,0bfh,0bch,0b9h,0b6h,0b3hdb 0b1h,0aeh,0abh,0

22、a8h,0a5h,0a2h,09fh,09ch,099h,096h,093h,090h,08ch,089h,086h,083hdb 080h,07dh,07ah,077h,074h,070h,06dh,06ah,067h,064h,061h,05eh,05bh,058h,055h,052hdb 04fh,04dh,04ah,047h,044h,041h,03fh,03ch,039h,037h,034h,032h,02fh,02dh,02bh,028hdb 026h,024h,022h,020h,01eh,01ch,01ah,018h,016h,015h,013h,011h,010h,00fh,

23、00dh,00chdb 00bh,00ah,008h,007h,006h,006h,005h,004h,003h,003h,002h,002h,002h,001h,001h,000hdb 000h,000h,001h,001h,002h,002h,002h,003h,003h,004h,005h,006h,006h,007h,008h,00ahdb 00bh,00ch,00dh,00fh,010h,011h,013h,015h,016h,018h,01ah,01ch,01eh,020h,022h,024hdb 026h,028h,02bh,02dh,02fh,032h,034h,037h,039h,03ch,03fh,041h,044h,047h,04ah,04dhdb 04fh,052h,055h,058h,05bh,05eh,061h,064h,067h,06ah,06dh,070h,074h,077h,07ah,07dh 5 調(diào)試與仿真本次的設(shè)計(jì)主要應(yīng)用了protues軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真，經(jīng)過仿真后，結(jié)果較好，示波器可以正確的輸出方波、正弦波、三角波、鋸齒波、梯形波。硬件連線圖如下圖