函數(shù)信號發(fā)生器+(1)

1、函數(shù)信號發(fā)生器制作隊員： 班級： 摘要：本次作品是一個基于單片機設(shè)計的函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計方法有多種，利用單片機設(shè)計的函數(shù)信號發(fā)生器具有編程靈活，功能更以擴充等實際的優(yōu)點。利用單片機設(shè)計的函數(shù)信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生正弦波，鋸齒波，三角波，方波，并實現(xiàn)對頻率和占空比的調(diào)節(jié)，以及液晶屏顯示波形名稱和波形頻率，波形的切換和頻率的調(diào)節(jié)以及占空比的改變都可以用按鍵實現(xiàn)。在編程語言上，我們選擇自身比較熟悉的C語言，這樣在后期波形的調(diào)試及與硬件銜接方面更容易發(fā)揮出自身優(yōu)勢。經(jīng)過設(shè)計及后期長時間的調(diào)試，考慮設(shè)計的所有功能均已實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：單片機，函數(shù)發(fā)生器，C語言第一章：函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計設(shè)計一

2、個基于單片機的函數(shù)信號發(fā)生器，該函數(shù)信號發(fā)生器可以輸出四種波形，有正弦波，鋸齒波，三角波，方波。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實現(xiàn)對波形頻率和占空比的調(diào)節(jié)，并用液晶屏分兩行顯示波形名稱和波形頻率。一 課程設(shè)計的目的：1、鞏固、加深和擴大單片機應(yīng)用的知識面，提高綜合及靈活運用所學(xué)知識解決實際課題設(shè)計的能力。2、培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻(xiàn)資料的能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動腦動手能力。3、通過對課題設(shè)計方案的分析、選擇、比較，熟悉運用單片機系統(tǒng)開發(fā)、軟硬件設(shè)計的方法內(nèi)容及步驟。4、掌握DAC0832，LM324,74LS21的接口電路，及使用方法。5、熟悉掌握函數(shù)信號發(fā)生器的工作原理。

3、二 課程設(shè)計要求：1、 熟悉組成系統(tǒng)中的實驗?zāi)K原理，畫出實驗原理圖。2、 寫出完整的設(shè)計任務(wù)書：課題的名稱、系統(tǒng)的功能、硬件原理圖、軟件框圖、元件清單、程序清單、參考資料。3、輸出幾種波形，實現(xiàn)對頻率和占空比的調(diào)節(jié)，以1HZ作為步進(jìn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。第二章：設(shè)計方案一 系統(tǒng)主要功能該函數(shù)信號發(fā)生器可以輸出四種波形，有正弦波，鋸齒波，三角波，方波。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實現(xiàn)對波形頻率和占空比的調(diào)節(jié)，并用液晶屏分兩行顯示波形名稱和波形頻率。二 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及功能函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計總體框圖如圖所示，主要有單片機AT89S52,電源，鍵盤模塊，LCD1602顯示模塊構(gòu)成。按案件模塊：由5個復(fù)位開關(guān)與74LS21

4、組成的系統(tǒng)通過對單片機傳輸中斷信號來實現(xiàn)波形切換及頻率和占空比的調(diào)節(jié)。顯示模塊：用LCD1602，分行顯示波形類型和波形頻率的顯示。電源模塊：電源模塊有220V市變電壓經(jīng)變壓，整流，穩(wěn)壓得到+ -5V, + -12V的電壓，維持系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示：鍵盤顯示控制器顯示模塊鍵盤模塊波形輸出模塊電源主控器AT89S52圖1系統(tǒng)總體框圖2.1 AT89S52單片機及其說明（1）AT89S52的引腳圖如圖2所示圖2 AT89S52引腳圖（2）管腳說明 低頻信號發(fā)生器采用AT89S52單片機作為控制核心，其內(nèi)部組成包括：一個8位的微處理器CPU及片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微

5、調(diào)電容需要外接；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM低128字節(jié)，存放讀/寫數(shù)據(jù)；高128字節(jié)被特殊功能寄存器占用；片內(nèi)程序存儲器4KB ROM；四個8位并行I/O（輸入/輸出）接口P3 -P0，每個口可以用作輸入，也可以用作輸出；兩個定時/計數(shù)器，每個定時/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口。VCC：供電電壓。GND：接地。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允

6、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，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(dāng)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指期間，每個機器周期兩次PSEN有效。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

7、現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)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(dāng)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。AT89S52 單片機外部有32個端口可供用戶使用。P0口：P0口為一個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，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在F

8、IASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)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(dāng)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)

9、用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(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。P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能口，如下所示：    口管腳 備選功能P3.0 RXD（串

10、行輸入通道）P3.1 TXD（串行輸出通道）P3.2 /INT0（外中斷0）P3.3 /INT1（外中斷1）P3.4 T0（定時器0外部輸入）P3.5 T1（定時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）（3）AT89S52的晶振及其連接方法 CPU工作時都必須有一個時鐘脈沖。有兩種方式可以向AT89S52提供時鐘脈沖：一是外部時鐘方式，即使用外部電路向AT89S52提供時鐘脈沖，見圖3(a)；二是內(nèi)部時鐘方式，即使用晶振由AT89S52內(nèi)部電路產(chǎn)生時鐘脈沖。一般常用第二種方法，其電路見圖3(b)。89S52XTAL2XTAL189S52XT

11、AL2XTAL1懸空外部時鐘信號C1C2X(a)外部時鐘方式（b）內(nèi)部時鐘方式圖3 AT89S52的時鐘脈沖X一般為石英晶體，其頻率由系統(tǒng)需要和器件決定，在頻率穩(wěn)定度要求不高時也可以使用陶瓷濾波器。一般來說，使用石英晶體時，C1=C2=30pF。使用陶瓷濾波器時，C1=C2=47pF。（4）AT89S52的復(fù)位 復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要的作用是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作失誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。除使PC歸零外，復(fù)位操作還對其他一些專用寄存器有影響，它們的復(fù)位

12、狀態(tài)如表1所示。表1 復(fù)位后的內(nèi)部寄存器狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài) PC0000H TMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0-P30FFHSCON00HIP(xxx00000)SBUF(xxxxxxxx)IE(0xx00000)PCON(0xxx0000)另外，復(fù)位操作還對單片機的個別引腳有影響，例如會把ALE和PSEN變成無效狀態(tài)，即使ALE=0，PSEN=1.RST變成低電平后，退出復(fù)位狀態(tài)，CPU從初始狀態(tài)開始工作。AT89S52復(fù)位操作有3種方式：上電復(fù)位、上電按鈕復(fù)位和系統(tǒng)復(fù)位。

13、上電復(fù)位電路如圖4所示。對于CMOS型單片機因RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻，故電阻R可不接。單片機在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩個機器周期以上的高電平，就能使單片機有效地復(fù)位。當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHz時，RC的典型值為C=10uF，R=8.2K歐姆。簡單復(fù)位電路中，干擾信號易串入復(fù)位端，可能會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復(fù)位，這時可在RST引腳上接一去耦電容。通常因為系統(tǒng)運行等的需要，常常需要人工按鈕復(fù)位，復(fù)位電路如圖2.5所示，其中R2>>R1，只需將一個常開按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路，按下開關(guān)一定時間就能使RST引腳端為高電平，從而使單片機復(fù)

14、位。RST AT89S52RST 89S52+5VCR+5VR1R2C圖4 上電復(fù)位電路 圖5 上電按鈕復(fù)位電路2.2 資源分配晶振采用12MHZ。P1口的P1.0-P1.4分別與四個按鍵連接，分別控制波形切換、頻率加、頻率減，占空比加，占空比減。P2口與DAC0832的D0-D7數(shù)據(jù)輸入端相連。P3口用來控制DAC0832的輸入寄存器選擇信號CS。2. 3 D/A轉(zhuǎn)換模塊部件DAC0832芯片原理管腳功能介紹（如圖6所示）圖6 DAC0832管腳圖DI7DI0：8位的數(shù)據(jù)輸入端，DI7為最高位。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。CS：選片信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效

15、。WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選選通輸入線，負(fù)脈沖有效，由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變化，LE1的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存。XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖有效。WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖有效，由WR2、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時將數(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：模擬電流輸出端1，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時，輸出電流最大，當(dāng) DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時，輸出電流為0。IOUT2：模擬電流輸出端2， I

16、OUT2與IOUT1的和為一個常數(shù)，即IOUT1IOUT2常數(shù)。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(dāng)于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。VREF：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負(fù)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幅度，VREF范圍為(+10-10)V。VREF端與D/A內(nèi)部T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。Vcc：芯片供電電壓，范圍為(+5+15)V。AGND：模擬量地，即模擬電路接地端。DGND：數(shù)字量地。2.4 外部控制模塊部件 74LS2174LS21為四輸入雙與門A1，B

17、1，C1，D1為第一個與門的輸入，Y1為第一個與門的輸出。A2，B2，C2，D2為第一個與門的輸入，Y2為第一個與門的輸出。在此系統(tǒng)中用來給單片機提供中斷信號。2.5 放大部分 LM324LM324引腳圖（管腳圖） LM324引腳圖簡介： LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V

18、-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。參數(shù)描述： 運放類型:低功率 放大器數(shù)目:4 帶寬:1.2MHz 針腳數(shù):14 工作溫度范圍:0°C +70°C 封裝類型:SOIC 3dB帶寬增益乘積:1.2MHz 變化斜率:0.5V/s 器件標(biāo)號:324 器件標(biāo)記:LM324AD 增益帶寬:1.2MHz 工作溫度最低:0°C 工作溫度最高:70°C 放大器類型:低功耗 溫度范圍:商用 電源電壓 最大:32

19、V 電源電壓 最小:3V 芯片標(biāo)號:324 表面安裝器件:表面安裝 輸入偏移電壓 最大:7mV 運放特點:高增益頻率補償運算 邏輯功能號:324 額定電源電壓 :+15V LM324的特點： 1.短路保護輸出 2.真差動輸入級 3.可單電源工作：3V-32V 4.低偏置電流：最大100nA 5.每封裝含四個運算放大器。 6.具有內(nèi)部補償?shù)墓δ堋?7.共模范圍擴展到負(fù)電源 8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列 9.輸入端具有靜電保護功能2.6 系統(tǒng)總體原理圖 見附錄3三 系統(tǒng)的軟件構(gòu)成及功能3.1系統(tǒng)主程序設(shè)計3.2 中斷程序設(shè)計3.3正弦波程序設(shè)計3.4 三角波程序設(shè)計3.5鋸齒波程序設(shè)計3.6方波程序設(shè)計

20、附錄1元器件清單元件名稱數(shù)量備注AT89S51174LS211LM3241電阻310k開關(guān)5復(fù)位開關(guān)排阻14.7K液晶顯示屏1LCD1602滑動變阻器110K晶振112MHZ 附錄2 程序清單#include<reg51.h>unsigned char i,sqar_num=128; /最大值100，默認(rèn)值50unsigned char cho=0; /0:懸空 1：正弦波 2：方波 3：三角波 4：鋸齒波 unsigned char num=0;unsigned char TIME0_H=0xff,TIME0_L=0xd9; /定時器0的初值設(shè)置；全局變量.對應(yīng)正弦波，鋸齒波50

21、HZsbit chg= P10; /三角波100Hz.sbit freq_u=P11;sbit freq_d=P12;sbit duty_u=P13;sbit duty_d=P14;sbit cs =P37;bit flag=0;unsigned int FREQ=50;/初始化頻率,50HZsbit rs=P35;sbit lcdcs=P30;unsigned char TempBuffer7;unsigned char value1="Frequency:"void write_command(unsigned char);void write_data(unsigne

22、d char );void aa();void bb();void cc();void dd();void ee();void delay(unsigned int ms)unsigned int i,j;for (j=0;j<ms;j+)for (i=0;i<120;i+); unsigned char code a="wave from:"unsigned char code aa1=" sine "unsigned char code bb1=" square"unsigned char code cc1="

23、; sawtho"unsigned char code dd1=" trianl"unsigned char code ee1=" choice"unsigned char code sin_num= 0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,4,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9, 10,10,11,12,12,13,14,15,15,16,17,18,18,19,20,21,22,23,24,25,25,26,27,28,29,30,31,32,34,35,36,37, 38,39,40,41,

24、42,44,45,46,47,49,50,51,52,54,55,56, 57,59,60,61,63,64,66,67,68,70,71,73,74,75,77,78, 80,81,83,84,86,87,89,90,92,93,95,96,98,99,101,102,104,106,107,109,110,112, 113,115,116,118,120,121,123,124,126,128,129,131, 132,134,135, 137, 139,140,142,143,145,146,148, 149,151,153,154,156,157,159,160,162,163,165

25、, 166,168,169,171,172,174,175,177,178,180,181, 182,184,185,187,188,189,191,192,194,195,196,198,199,200,201,203,204,205,206,208,209,210,211,213,214,215,216,217,218,219,220,221,223,224,225,226,227,228,229,230,230,231,232,233,234, 235,236,237,237,238,239,240,240,241,242,243,243,244,245,245,246, 246,247

26、,247,248,248,249,249,250,250,251,251, 251,252,252,253,253, 253,253,254,254,254,254,254,255,255,255,255, 255,255,255,255,255;/調(diào)節(jié)部分頻率void freq_ud(void) unsigned int temp; if(freq_d=0) FREQ-; else if(freq_u=0) FREQ+; if(cho=2|cho=4) /鋸齒波256次中斷一周期，特殊處理下。否則他的頻率是100(+-)n*2Hz. temp=0xffff-3906/FREQ; /方波，三角

27、波默認(rèn)為100hz,切換后頻率也為50HZ 65336-106/(256*FREQ) TIME0_H=temp/256; TIME0_L=temp%256; else if(cho=1|cho=3)/正弦波 鋸齒波默認(rèn)周期50hz 65536-106/(512*FREQ) temp=0xffff-1953/FREQ; TIME0_H=temp/256; TIME0_L=temp%256; /調(diào)節(jié)部分方波的占空比void duty_ud(void) /方波也采用512次中斷構(gòu)成一個周期。 if(duty_d=0&&sqar_num>0) sqar_num-; else if

28、(duty_u=0&&sqar_num<255) sqar_num+;/波形發(fā)生函數(shù)void sint(void) if(!flag) cs=0;P2=sin_numnum+;cs=1;if(num=0)num=255;flag=1; else if(flag) cs=0;P2=sin_numnum-;cs=1; if(num=255)num=0;flag=0; void square(void) if(i+<sqar_num) cs=0;P2=0XFF;cs=1;elsecs=0;P2=0X07;cs=1;void triangle(void) cs=0;P2=n

29、um+;cs=1;void stw(void) if(flag) cs=0;P2=num+;cs=1;if(num=0)num=255;flag=1; else if(flag) cs=0;P2=num-;cs=1; if(num=255)num=1;flag=0; /1602顯示開始void write_command(unsigned char command)rs=0;P0=command;lcdcs=1;lcdcs=0;void write_data(unsigned char data0)rs=1;P0=data0;lcdcs=1;lcdcs=0;void init_1602()de

30、lay(15);write_command(0x38);delay(5);write_command(0x0c);delay(5);write_command(0x06);delay(5); /1602顯示結(jié)束/*頻率值轉(zhuǎn)換為字符串*/void temp_to_str() TempBuffer0=FREQ/1000+'0' /千位 TempBuffer1=FREQ%1000/100+'0' /百位 TempBuffer2=FREQ%1000%100/10+'0'/十位 TempBuffer3=FREQ%1000%100%10+'0'

31、;/個位 TempBuffer4='H' TempBuffer5='Z' TempBuffer6='0'/*頻率顯示*/void show_frequency()unsigned char i; /init_1602();/初始化lcd write_command(0x8a);/液晶顯示位置 temp_to_str(); /*for (i=0;i<sizeof(value1)-1;i+)write_data(value1i);delay(5);*/ for (i=0;i<sizeof(TempBuffer)-1;i+)write_da

32、ta(TempBufferi);delay(5); void main() TMOD=0X01; TH0=0xff; TL0=0xd9; IT0=1; /設(shè)置中斷觸發(fā)方式，下降沿 EA=1; EX0=1; ET0=1; IP=0X01; /鍵盤中斷級別高 init_1602();/初始化lcd write_command(0x80);/液晶顯示位置 delay(5); for (i=0;i<sizeof(value1)-1;i+)write_data(value1i);delay(5); write_command(0x80+0x40);/液晶顯示位置 delay(5); for (i=0;i<10;i+)write_data(ai);delay(5);ee(); TR0=1; while(1) show_frequency();/按鍵中斷處理程序。void it0() in