畢業(yè)設計（論文）基于51單片機的函數(shù)發(fā)生器的設計

1、揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計學年第學期畢業(yè)設計課題名稱： 基于51單片機的函數(shù)發(fā)生器的設計 設計時間： 系 部： 班 級： 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)設計正文 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 部指導老師職稱講師學生姓名班級學號設計題目基于51單片機的函數(shù)發(fā)生器的設計設計內容目標和要求1.畢業(yè)設計內容：波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實驗用信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設計應用中必不可少的儀器設備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒波、正弦波、方波、三角波等波形。本文是做基于

2、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用相應的中斷服務子程序和波形發(fā)生程序，經電路的數(shù)/模轉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。2畢業(yè)設計要求：1）采用at89c52及dac0832設計函數(shù)波形發(fā)生器；2）輸出函數(shù)信號為正弦波或三角波或方波波；3）輸出信號頻率可調；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10屆畢業(yè)設計（論文）開題報告書（表1）

3、學生姓名專業(yè)班級學號題 目基于51單片機的函數(shù)發(fā)生器的設計指導教師職稱講師學 位題目類別 工程設計 基礎研究 應用研究 其它【課題的內容與要求】1.本方案利用4個按鈕，分別用來控制調整波形，調整頻率。2.利用dac0832實現(xiàn)幅度可調的信號源3.頻率范圍：正弦波頻率范圍10-100hz三角波頻率范圍50-500hz方波波頻率范圍200-2000hz【前言】波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實驗用信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設計應用中必不可少的儀器設備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。【方案的比較與評價】方案一：采用單片函數(shù)發(fā)

4、生器（如8038），8038可同時產生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用d/a轉換器的輸出來改變調制電壓，也可以實現(xiàn)數(shù)控調整頻率，但產生信號的頻率穩(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)頻率的變換。此外，由于通過編程方法產生的是數(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

5、點，所以決定采用方案三的設計方法。它不僅采用軟硬件結合，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?！绢A期的效果及指標】整個設計過程中，硬件方面利用proteus完成硬件電路原理圖的繪制和仿真，軟件方面利用keil軟件完成c語言程序的編寫、編譯及調試?！具M度安排】2010年9月20日-2010年9月31日 選題、調研、收集資料2010年10月1日-2010年10月15日 論證、開題2010年10月16日-2010年11月30日 設計（寫作初稿）2010年12月1日-2010年12月2

6、0日 修改、定稿、打印【參考文獻】1穆 蘭.單片微型機計算機原理及接口技術.北京：機械工業(yè)出版社，2006.22張毅剛.mcs-51單片機應用設計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1996.63蔣智勇.單片微型計算機原理及應用.沈陽：遼寧科學技術出版社，2006.74何立民.單片及應用文集（1）.北京：北京航天航空大學出版社，2001.15石宗義電路原理圖與電路板設計教程北京：北京希望電子出版社，1999.86沈德金等. mcs-51單片機接口電路與應用程序實例.北京航空航天大學出版社，1997.4 7陳光東.單片機微型計算機原理與接口技術(第二版).武漢：華中理工大學出版社，1998.38李

7、華.mcu-51系列單片機實用接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，2001.1【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 日第 三 部 分畢業(yè)設計正文基于51單片機的函數(shù)發(fā)生器的設計摘 要信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。目前使用的信號發(fā)生器大部分是利用分立元件組成的體積大，可靠性差，準確度低。課程設計需要各個波形的基本輸出，這些波形的實現(xiàn)

8、的具體步驟：正弦波的實現(xiàn)是非常麻煩的。它的實現(xiàn)過程是通過定義一些數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行時直接輸出定義的數(shù)據(jù)就可以了。而三角波，則每次累加1，當達到初值時，每次累減1，算出延時時間，也就達到要求了，階梯波和三角波類似！該設計使用的是at89s51單片機構成的發(fā)生器，可產生三角波、方波、正弦波等多種波形，波形的頻率可用程序控制改變。在單片機上加外圍器件獨立式開關，通過開關控制波形的選擇。在單片機的輸出端口接dac0832進行da轉換，再通過運放進行波形調整，最后輸出波形接在示波器上顯示。關鍵詞：信號發(fā)生器 單片機 波形調整function generator design based on 51 mcua

9、bstract:signal generator is a common signal source, widely used in electronic circuits, automatic control systems and experiments in areas such as teaching. currently used by most of the signal generator is composed of discrete components use bulky, poor reliability, low accuracy. curriculum design

10、of the basic needs of all the output waveform, the waveform of the specific steps to achieve: the realization of sine wave is very troublesome. it is through the implementation of the definition of some data, and then direct the output when the definition of the implementation of the data on it. the

11、 triangle wave, then add 1 each time, when the initial value to reach every tired by 1, calculate the delay time, they meet the requirement, the ladder-wave and triangular wave similar! the design is composed of single-chip at89s51 generator can produce the triangular wave, square wave, sine wave, e

12、tc., waveform control can be used to change the frequency. increase in single-chip peripheral devices on stand-alone switch, switch control through the choice of waveform. output ports in the mcu access to da converter dac0832, and then through the operational amplifier to adjust the waveform, then

13、the final output waveform in the oscilloscope display.key words:signal generator mcu wave-form adjustment目 錄第一章 緒論11.1單片機概述11.2信號發(fā)生器的分類11.3信號發(fā)生器的用途及發(fā)展趨勢11.4研究內容11.5課題背景2第二章 方案論證32.1 方案比較32.1.1 方案一dds信號發(fā)生器32.1.2 方案二555信號發(fā)生器32.1.3 方案三單片機信號發(fā)生器32.2 設計原理42.3 設計思想42.4 設計功能5第三章 系統(tǒng)的硬件設計63.1 單片機最小應用系統(tǒng)63.2 波形

14、發(fā)生電路73.2.1 dac0832簡介73.2.2 lm324簡介83.2.3 mc1403簡介93.2.4 波形發(fā)生電路93.3 lm016l資料10第四章 系統(tǒng)的軟件設計134.1軟件設計思想134.2主程序的設計134.3子程序的設計144.3.1延時子程序的設計144.3.2中斷程序的設計144.3.3三角波模塊的設計164.3.4正弦波模塊的設計174.3.5方波模塊的設計17第五章 系統(tǒng)仿真185.1 proteus仿真軟件的介紹185.1.2proteus 7 professional界面簡介185.1.2總電路圖仿真205.2正弦波仿真215.3三角波的仿真225.4方波的仿

15、真22總 結24致謝25參考文獻26揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計第一章 緒論1.1單片機概述隨著大規(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。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

16、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、調制系數(shù)等在一定范圍內連續(xù)可調，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、生產實踐和教

17、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，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，經典的由模擬電路組成的信號發(fā)生器已經漸漸遠離了人們，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。1.4研究內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

18、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用相應的中斷服務子程序和波形發(fā)生程序，經電路的數(shù)/模轉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。1.5課題背景當今世界，各種先進的科學技術飛速發(fā)展，給人們的生活帶來了深遠的影響，它極大的改善我們的生活方式。目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制

19、領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。第二章 方案論證2.1 方案比較2.1.1 方案一dds信號發(fā)生器利用專用直接數(shù)字合成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產生任意波形并達到很高的頻率。但成本較高。產生所需參數(shù)的電測試信號儀器。按其信號波形分為四大類：正弦信號發(fā)生器。主要用于測量電路和系統(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分為低頻（20赫至10兆赫）信號發(fā)生器、高頻（100千赫至300兆赫）信號發(fā)生器、微波信號發(fā)生器、掃頻和程控信號發(fā)生器、頻率合成式信號發(fā)生器等。函數(shù)（波形）信號發(fā)生器。能產生某些特

20、定的周期性時間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號，頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領域。脈沖信號發(fā)生器。能產生寬度、幅度和重復頻率可調的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應，或用作模擬信號來測試雷達、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。隨機信號發(fā)生器。通常又分為噪聲信號發(fā)生器和偽隨機信號發(fā)生器兩類。噪聲信號發(fā)生器主要用途為：在待測系統(tǒng)中引入一個隨機信號，以模擬實際工作條件中的噪聲而測定系統(tǒng)性能；外加一個已知噪聲信號與系統(tǒng)內部噪聲比較以測定噪聲系數(shù)；用隨機信號代替正弦或脈沖信號，以測定系統(tǒng)動態(tài)特性等。當用噪聲

21、信號進行相關函數(shù)測量時，若平均測量時間不夠長，會出現(xiàn)統(tǒng)計性誤差，可用偽隨機信號來解決。2.1.2 方案二555信號發(fā)生器采用555定時器制作的信號發(fā)生器，其外圍電路相對復雜。這種方法能實現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導致直接頻率合成器的結構復雜、體積龐大、成本高，而且容易產生過多的雜散分量，難以達到較高的頻譜純度。2.1.3 方案三單片機信號發(fā)生器采用單片機at89s52可同時方便的產生訪波、正弦波、三角波、負向鋸齒波和正向鋸齒波(除正弦波形不太理想外，其它波形較好)而且方法簡單易行。在用da轉換器的輸出來電壓，在外圍電

22、路不變的情況下用匯編的程序改變輸出的電壓的幅值和頻率。由于單片機產生的是數(shù)字信號，可以做的很高。其產生的信號的精度其性價比更加優(yōu)異，集成度更高，體積更小,可靠性更高，控制功能更強，需求電壓低，耗能更低。采用方法一能產生精度和質量相對較高的信號用于試驗科研和生產，但其價格較高在要求不高的場合我給與摒棄。與方法一相比較方法二雖說在價格方面比前者要低，但是其外圍電路相對復雜，且調試不方便，應用時不便于操作。結合了前兩者考慮我選擇了第三種方法它不僅采用軟硬件結合，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

23、的開銷達到最省。2.2設計原理數(shù)字信號可以通過數(shù)/模轉換器轉換成模擬信號，因此可通過產生數(shù)字信號再轉換成模擬信號的方法來獲得所需要的波形。at89s52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ram、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at89s52再配置鍵盤及其接口、顯示器及其接口、數(shù)模轉換及波形輸出、指示燈及其接口等四部分，即可構成所需的波形發(fā)生器，其信號發(fā)生器構成原理框圖如圖2.1所示。圖2.1 信號發(fā)生器原理框圖at89s52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，產生各種各樣的

24、信號，并從鍵盤接收數(shù)據(jù)，進行各種功能的轉換和信號幅度的調節(jié)。當數(shù)字信號經過接口電路到達轉換電路，將其轉換成模擬信號也就是所需要的輸出波形。2.3 設計思想（1）利用單片機產生方波、正弦波、三角波和鋸齒波等信號波形，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=213-t/tmec定時時間常數(shù)為：tl=(8192-t)mod256th=(8192t)/256mod32表示除32取余數(shù)（3）正弦波的模擬信號是d/a轉換器的模

25、擬量輸出，其計算公式為：y=（a/2sint)+a/2(其中a=vref)t=nt(n=1256)那么對應著存放在計算機里的這一點的數(shù)據(jù)為：（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4個按鈕，分別用來控制調整波形，調整頻率。2. 利用dac0832實現(xiàn)幅度可調的信號源3.頻率范圍：正弦波頻率范圍10-100hz三角波頻率范圍50-500hz矩形波頻率范圍200-2000hz第三章 系統(tǒng)的硬件設計系統(tǒng)整體硬件電路如圖3-1所示，包括主控電路，晶振電路，復位電路以及波形發(fā)生電路。主控電路主要是以單片機

26、at89c52來控制。晶振電路主要采用的是內部時鐘方式，即at89c52內部有一個用于構成震蕩器的高增益反相放大器。復位電路主要是由at89c52外部的復位電路來實現(xiàn)的。波形發(fā)生電路是單片機控制dac0832，產生正弦波、三角波和方波。圖3-1系統(tǒng)整體硬件電路圖3.1 單片機最小應用系統(tǒng)單片機最小應用系統(tǒng)有單片機、電源、晶振電路以及復位電路組成。at89c52是一個低電壓，高性能cmos 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，

27、片內置通用8位中央處理器和flash存儲單元，功能強大的at89c52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。at89c52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，at89c52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(s系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。兼容mcs51指令系統(tǒng)·8k可反復擦寫(>1000次）flash rom·32個雙向i/o口·256x8bi

28、t內部ram·3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷·時鐘頻率0-24mhz·2個串行中斷·可編程uart串行通道·2個外部中斷源·共6個中斷源·2個讀寫中斷口線·3級加密位·低功耗空閑和掉電模式·軟件設置睡眠和喚醒功能at89c52p為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器，采用工業(yè)標準的c51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主ic內部寄存器、數(shù)據(jù)ram及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號ir的接收解

29、碼及與主板cpu通信等。主要管腳有：xtal1（19腳）和xtal2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12mhz晶振。rst/vpd（9腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。vcc（40腳）和vss（20腳）為供電端口，分別接+5v電源的正負端。p0p3為可編程通用i/o腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，p0端口（3239腳）被定義為n1功能控制端口，分別與n1的相應功能管腳相連接，13腳定義為ir輸入端，10腳和11腳定義為i2c總線控制端口，分別連接n1的sdas（18腳）和scls（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號功能端口，連接主板cpu的相應功能端，用

30、于當前制式的檢測及會聚調整狀態(tài)進入的控制功能。3.2 波形發(fā)生電路3.2.1 dac0832簡介主要由8位輸入寄存器、8位dac寄存器、8位d/a轉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換的數(shù)字量，由加以控制；8位d/a轉換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與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)。具體引腳示意圖如圖3-4所示。圖3-4 dac0832管腳圖1、管腳功能介紹(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

31、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)。(4)rfb：反饋電阻引出端，dac0832內部已經有反饋電阻，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內部t形電阻網(wǎng)絡相連。(6)vcc：芯片供電電壓，范圍為(+515)v。(7)agnd：模擬量地，

32、即模擬電路接地端。(8)dgnd：數(shù)字量地。2、工作特性當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)則鎖存到第二級8位dac寄存器中，以便第三級8位dac轉換器進行d/a轉換。一般情況下為了簡化接口電路，可以直接接地，使第二級8位dac寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個寄存器都分別接成受控方式。3.2.2 lm324簡介lm324時四運放集成電路 ，它采用

33、14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖3-4所示。他的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖中所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“v+”、“v-”為正、負電源端，“out”為輸出端。兩個信號輸入端中，“-”為反相輸入端，表示運放輸出端out的信號與該輸入端的為相反；“+”為同相輸入端，表示運放輸出端out的信號與輸入端的相位相同。由于lm324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。在本設計中用了lm324的三組運放，分別置于第一級輸出，第一、二級之間，第二級輸出。

34、管腳示意圖如圖3-5所示。圖3-5 lm324管腳圖3.2.3 mc1403簡介mc1403是低壓基準芯片。一般用作8到12bit的d/a芯片的基準電壓等一些需要基本精準的基準電壓的場合。輸出電壓：2.5v+/-25mv輸入電壓范圍：4.5v40v輸出電流：10ma因為輸出是固定的，所以電路很簡單。就是vin接電源輸入，gnd接地，vout加一個0.1uf到1uf的電容就可以了。vout一般用于8到12bit的d/a芯片的基準電壓。在此項目里mc1403起到了穩(wěn)壓的作用，它基準了dac0832的8腳需要的2.5v。使其dac0832能夠正常工作。管腳示意圖如圖3-6所示。圖3-6 mc1403

35、管腳圖3.2.4 波形發(fā)生電路制作低頻信號發(fā)生器有許多方案：主要有單緩沖方式，雙緩沖方式和直通方式。由于單緩沖方式使用方便，程序簡單，易操作，所以選擇其使用。dac0832與反相比例放大器相連，實現(xiàn)電流到電壓的轉換，因此輸出模擬信號的極性與參考電壓的極性相反，數(shù)字量與模擬量的轉換關系為vout1=-vref×（數(shù)字碼/256）若d/a轉換器輸出為雙極性，如圖3-7所示圖3-7 d/a轉換器雙極性輸出電路圖3-7中，運算放大器a2的作用是把運算放大器a1的單向輸出電壓轉換成雙向輸出電壓。其原理是將a2的輸入端通過電阻r1與參考電壓vref相連，vref經r1向a2提供一個偏流i1，其電

36、流方向與i2相反，因此運算放大器a2的輸入電流為i1、i2之代數(shù)和。則d/a轉換器的總輸出電壓為：vout2=-(r3/r2)vout1+(r3/r1)vref設r1=r3=2r r2=r，則vout2=-(2vout1+vref)單片機控制dac0832，產生正弦波、鋸齒波、三角波和方波。由于d/a轉換器與at89s52接口時，at89s52是靠指令輸出數(shù)字量供數(shù)模轉換之用，而指令送出的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上的時間是短暫的，所以在dac和at89s52之間，需要有數(shù)據(jù)寄存器來保持at89s52計算機輸出的數(shù)據(jù)，供dac轉換使用。目前生產的dac芯片分為兩類，一類芯片內部設置有數(shù)據(jù)寄存器，不需要外加

37、電路就可以直接與微型計算機接口。另一類芯片內部沒有數(shù)據(jù)寄存器，輸出信號隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化而變化，因此不能直接與微型計算機接口，必須通過并行接口與微型計算機接口。dac0832x是具有20條引線的雙列直插式cmos器件，它內部具有兩級數(shù)據(jù)寄存器，完成8位電流d/a轉換。故不需要外加電路。3.3 lm016l資料1602lcd分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為hd44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖3-8所示：圖3-8 1602lcd尺寸圖1602lcd主要技術參數(shù)：顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.55.5v工作電流:2

38、.0ma(5.0v)模塊最佳工作電壓:5.0v字符尺寸:2.95×4.35(w×h)mm引腳功能說明1602lcd采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表10-13所示:編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極8d1數(shù)據(jù)16blk背光源負極表10-13：引腳接口說明表第1腳：vss為地電源。第2腳：vdd接5v正電源。第3腳：vl為液晶顯示器對比度調整端，接正

39、電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調整對比度。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：r/w為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當rs和r/w共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當rs為低電平r/w為高電平時可以讀忙信號，當rs為高電平r/w為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極第四章 系統(tǒng)的軟件設計調試軟件采用keil uvison2是

40、眾多單片機應用開發(fā)軟件中優(yōu)秀軟件之一，界面友好，易寫易操作。在調試程序中，軟件仿真功能也很強，軟件調通，再通過編程器下載到at89c52中，然后插到系統(tǒng)中即可獨立完成所有的控制。軟件設計上，根據(jù)功能分了幾個模塊編程。模塊主要有：主程序模塊、三角波模塊、正弦波模塊、方波模塊、延時子程序模塊等。4.1軟件設計思想本文中子程序的調用是通過按鍵調節(jié)頻率來實現(xiàn)，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，通過轉換輸出相應的電壓，從而形成所需的各種波形。4.2主程序的設計void main()uchar i=0;da_s2=0;/使dac寄存器處于直通狀態(tài)dadata=0;da_s1

41、=1;/關閉8位輸入寄存器init_lcd();waveform=0;tmod=0x01;/設置定時器0為16位工作方式it0=1;/設置外部中斷0為下降沿觸發(fā)et0=1;/開定時器中斷ex0=1;ea=1;while(1)/daout(0xff);/可輸出ttl波形/daout(0x80);/t_temp=32;4.3子程序的設計4.3.1延時子程序的設計void delay(uchar z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);4.3.2中斷程序的設計void timer0()interrupt 1th0=thtemp;tl0=tl

42、temp;if(waveform=0)sine_out();else if(waveform=1)triangle_out();else if(waveform=2)square_out();void key_int0()interrupt 0uchar keytemp;uint total_freq;/總頻率ea=0;tr0=0;/關總中斷與定時器delay(5);/延時夠嗎?if(key=0)/確實有按鍵按下而引發(fā)中斷keytemp=p3&0xf0;/獲取p3口高四位的值switch(keytemp)case 0xe0:/選擇波形waveform+;if(waveform>2

43、)waveform=0;break;case 0xd0:/頻率按規(guī)定單位依次增加wavefreqwaveform+;if(wavefreqwaveform>10)wavefreqwaveform=1;/*這邊要用“>10”，因為它比“=11”可靠break;/性更高,使加數(shù)有個上限，不會一直加下去*/case 0xb0:/頻率按規(guī)定單位依次衰減wavefreqwaveform-;if(wavefreqwaveform<1)wavefreqwaveform=10;/這邊要用“<1”，因為它比“=0”可靠性更高break;case 0x70:/ttl輸出da_s2=1;/使

44、dac寄存器關閉break;thtemp=wavethwaveform*10+(wavefreqwaveform-1);/方括號中選取第幾個數(shù)后，并把該值賦給t_temptltemp=wavetlwaveform*10+(wavefreqwaveform-1);total_freq=wavefreqwaveform*freq_unitwaveform;/求輸出頻率（個數(shù)*單位）lcd_hang25=total_freq%10+0x30;/在液晶中顯示個位，(0x30在液晶顯示中表示數(shù)字0)total_freq/=10;lcd_hang24=total_freq%10+0x30;/在液晶中顯示時

45、十位total_freq/=10;lcd_hang23=total_freq%10+0x30;/在液晶中顯示時百位total_freq/=10;lcd_hang22=total_freq%10+0x30;/在液晶中顯示時千位disp_lcd(0x80,&lcd_hang1waveform*16);/在第一行顯示disp_lcd(0xc0,lcd_hang2);/在第二行顯示wavecount=0;/'抽點'計數(shù)清零while(!key);ea=1;tr0=1;/開啟總中斷與定時器4.3.3三角波模塊的設計void triangle_out()/三角波輸出dadata=t

46、riangle_tabwavecount+;if(wavecount>64)wavecount=0;da_s1=0;/打開8位輸入寄存器da_s1=1;/關閉8位輸入寄存器4.3.4正弦波模塊的設計void sine_out()/正弦波輸出dadata=sine_tabwavecount+;da_s1=0;/打開8位輸入寄存器da_s1=1;/關閉8位輸入寄存器4.3.5方波模塊的設計void square_out()/方波輸出judge=judge;if(judge=1)dadata=0xff;else dadata=0x00;da_s1=0;/打開8位輸入寄存器da_s1=1;/關閉

47、8位輸入寄存器第五章 系統(tǒng)仿真5.1 proteus仿真軟件的介紹5.1.1該軟件的特點：全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產品中具有明顯的優(yōu)勢。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232動態(tài)仿真、i2c調試器、spi調試器、鍵盤和lcd系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各種外圍芯片。支持大量的存儲器和外圍芯片?？傊?，該軟件是一款集單片機和spice分析于一身的仿真軟

48、件，功能極其強大，是其他任何一款軟件不能相比的。5.1.2proteus 7 professional界面簡介安裝完proteus后，運行isis 7 professional，會出現(xiàn)以下窗口界面：圖5-1 proteus仿真軟件主界面1原理圖編輯窗口（the editing window）：顧名思義，它是用來繪制原理圖的。藍色方框內為可編輯區(qū)，元件要放到它里面。注意，這個窗口是沒有滾動條的，你可用預覽窗口來改變原理圖的可視范圍。2預覽窗口（the overview window）：它可顯示兩個內容，一個是：當你在元件列表中選擇一個元件時，它會顯示該元件的預覽圖；另一個是，當你的鼠標焦點落在原

49、理圖編輯窗口時（即放置元件到原理圖編輯窗口后或在原理圖編輯窗口中點擊鼠標后），它會顯示整張原理圖的縮略圖，并會顯示一個綠色的方框，綠色的方框里面的內容就是當前原理圖窗口中顯示的內容，因此，你可用鼠標在它上面點擊來改變綠色的方框的位置，從而改變原理圖的可視范圍。3模型選擇工具欄（mode selector toolbar）：主要模型（main modes）：1）選擇元件（components）（默認選擇的）2）放置連接點3）放置標簽（用總線時會用到）4）放置文本5）用于繪制總線6）用于放置子電路7）用于即時編輯元件參數(shù)配件（gadgets）：1）終端接口（terminals）：有vcc、地、輸出

50、、輸入等接口2）器件引腳：用于繪制各種引腳3）仿真圖表（graph）：用于各種分析，如noise analysis4）錄音機5）信號發(fā)生器（generators）6）電壓探針：使用仿真圖表時要用到7）電流探針：使用仿真圖表時要用到8）虛擬儀表：有示波器等2d圖形（2d graphics）：1）畫各種直線2）畫各種方框3）畫各種圓4）畫各種圓弧5）畫各種多邊形6）畫各種文本7）畫符號8）畫原點等4元件列表（the object selector）：用于挑選元件（components）、終端接口（terminals）、信號發(fā)生器（generators）、仿真圖表（graph）等。舉例，當你選擇“元

51、件（components）”，單擊“p”按鈕會打開挑選元件對話框，選擇了一個元件后（單擊了“ok”后），該元件會在元件列表中顯示，以后要用到該元件時，只需在元件列表中選擇即可。5方向工具欄（orientation toolbar）：旋轉：旋轉角度只能是90的整數(shù)倍。翻轉：完成水平翻轉和垂直翻轉。使用方法：先右鍵單擊元件，再點擊（左擊）相應的旋轉圖標6仿真工具欄仿真控制按鈕1）運行2)單步運行3)暫停4)停止5.1.2總電路圖仿真如圖5-2系統(tǒng)整體硬件電路圖如圖5-3示波器圖5-2 系統(tǒng)整體硬件電路圖圖5-3 示波器5.2正弦波仿真按調節(jié)波形按鈕，液晶屏上出現(xiàn)select wave時，此時為正弦

52、波。調節(jié)頻率曾加減小按鈕可以改變正弦波的振幅，周期等。如圖5-4所示，此波形為幅度為4.9v，頻率為10hz的正弦波。圖5-4正弦波仿真5.3三角波的仿真按調節(jié)波形按鈕，液晶屏上出現(xiàn)trianrle wave時，此時為三角波。調節(jié)頻率曾加減小按鈕可以改變三角波的振幅，周期等。如圖5-5所示，此波形為幅度為4.9v，頻率為50hz的三角波圖5-5三角波仿真5.4方波的仿真按調節(jié)波形按鈕，液晶屏上出現(xiàn)square wave時，此時為方波。調節(jié)頻率曾加減小按鈕可以改變方波的振幅，周期等。如圖5-6所示，此波形為幅度為4.8v，頻率為200hz的方波圖5-6方波仿真總 結經過近半年的鍛煉和學習，我們學

53、到了許多書本上沒有的知識，從方案的論證、課題的選擇、電路原理、程序的編寫，一步步，我們收獲很大。在設計中，我們力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件靈活方面的特點，滿足系統(tǒng)設計要求。這中間，我們也遇到了許多困難，在老師的幫助下，一個個也都戰(zhàn)勝了。感謝學院和電子系給我們的支持。經過一個學期理論知識的學習，這次畢業(yè)設計就是一次很好的機會，我們不僅在理論上掌握單片機這門課程的知識，而且理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)了我們的動手能力，同時也增強了分析問題、解決問題的能力。在自己的努力和同學的幫助下一起順利完成了本次設計的要求，實現(xiàn)了多種波形（正弦波、三角波、鋸齒波、方波）的函數(shù)發(fā)生器，在這期間，可以說遇到了很多困難，但通

54、過堅持不懈的努力，最終還是實現(xiàn)了畢業(yè)設計的要求?？傊?，通過這次畢業(yè)設計，使我更加了解這門課程，同時也增強了面對實際問題怎么去解決的能力，而且在考慮實際問題時應該一步一步來調試，而不要太心急，這樣遇到問題解決起來也就方便，總的來說在這次設計中還是學到了不少東西。致謝畢業(yè)論文的完成要感謝很多人。首先要感謝學校給我提供了做這個系統(tǒng)的機會，感謝學校的各位領導和老師一直以來對我的教導和幫助。特別要感謝我的指導老師，給我進行了很多的輔導，不僅在技術上給了我很大幫助，也在系統(tǒng)需求和設計方面給予了我很大幫助。老師的諄諄教導，使我受益匪淺。感謝學校其他老師和同學給予的幫助和支持。經過近半年的鍛煉和學習,我們學到了許多書本上沒有的知識，從方案的論證、課題的選擇、電路原理、程序的編寫，一步步，我們收獲很大。在設計中，我們力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件靈活方面的特點，滿足