基于數(shù)模轉(zhuǎn)換的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、武漢理工大學(xué)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書學(xué) 號(hào)： 課 程 設(shè) 計(jì)題 目基于數(shù)模轉(zhuǎn)換的波形發(fā)生器學(xué) 院自動(dòng)化專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)姓 名 指導(dǎo)教師石云2015年5月28日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 石云 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 基于數(shù)模轉(zhuǎn)換的波形發(fā)生器初始條件：設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生鋸齒波，正弦波的波形發(fā)生器。分別設(shè)兩個(gè)開關(guān)對(duì)應(yīng)輸出波形的產(chǎn)生，波形要在模擬示波器上顯示出來。要求完成的主要任務(wù): 1 輸出模擬信號(hào)幅值為05VDC；2 輸出模擬信號(hào)頻率為50HZ；3 采用DAC芯片完成數(shù)模轉(zhuǎn)換； 4 完成軟件流程及各程序模塊設(shè)計(jì)并用仿真演示；5 完成符合要求的設(shè)計(jì)說明書時(shí)間安排：

2、2012年4月28日2012年5月29日目錄摘要11 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求的分析：22 方案確定22.1方案選擇22.2 單片機(jī)選型23 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理說明34 硬件設(shè)計(jì)說明44.1 單片機(jī)系統(tǒng)原理分析44.2 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路（DAC0832）45 軟件設(shè)計(jì)說明55.1總體流程分析與設(shè)計(jì)55.2 產(chǎn)生鋸齒波流程分析55.3 產(chǎn)生正弦波流程分析65.4 波形幅值與頻率66 調(diào)試記錄及結(jié)果分析76.1 總體硬件仿真設(shè)計(jì)76.2調(diào)試與仿真結(jié)果7小結(jié)與心得體會(huì)9參考文獻(xiàn)10附件11摘要本系統(tǒng)是基

3、于AT89C51單片機(jī)的數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器。采用AT89C51單片機(jī)為主控電路，外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路（DAC0832），運(yùn)放電路UA741，開關(guān)和鎖存器74LS373等。通過開關(guān)控制可產(chǎn)生鋸齒波和正弦波。其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)好，可用于多種需要低頻信號(hào)的場(chǎng)所，具有一定的實(shí)用性。各種各樣的信號(hào)是通信領(lǐng)域的重要組成部分，其中鋸齒波，正弦波等是較為常見的信號(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。為了實(shí)驗(yàn)，研究方便，研制一種靈活適用，功能齊全，適用方便的信號(hào)源是十分必要的。本文介紹的是利用AT89C51單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件DAC0832產(chǎn)生所需要不同信號(hào)的低頻信號(hào)源，其信號(hào)幅度和頻

4、率都是可以按照要求控制的。文中簡(jiǎn)要介紹了DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理和使用方法，AT89C51的基礎(chǔ)理論，以及與設(shè)計(jì)電路有關(guān)的各種芯片。文中著重介紹了如何利用單片機(jī)控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號(hào)的硬件電路和軟件編程。信號(hào)頻率幅度也可按要求可調(diào)。關(guān)鍵詞：AT89S51 DAC0832 鋸齒波 正弦波212武漢理工大學(xué)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書基于數(shù)模轉(zhuǎn)換的波形發(fā)生器1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求的分析：設(shè)計(jì)一個(gè)波形發(fā)生器要求：1. 分別設(shè)兩個(gè)開關(guān)對(duì)應(yīng)輸出鋸齒波和正弦波，波形要在模擬示波器上顯示出來。2. 輸出模擬信號(hào)幅值為05VDC；3. 輸出模擬信號(hào)頻率為50HZ；4. 采用DAC芯片完成

5、數(shù)模轉(zhuǎn)換；5. 完成軟件流程及各程序模塊設(shè)計(jì)并用仿真演示；2 方案確定 2.1方案選擇 要實(shí)現(xiàn)多種波形，如果用基本點(diǎn)電路來實(shí)現(xiàn)的話，會(huì)比較復(fù)雜，元件多，導(dǎo)致成本高，所以就用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)多種波形，可以方便的改變頻率等，還可以擴(kuò)展更多的東西。2.2 單片機(jī)選型 單片機(jī)以其體積小、功能齊全、價(jià)格低廉、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，鑒于使用方便，成本考慮，選用熟悉、便宜而常用的MCS-51系列較為合適。本次設(shè)計(jì)采用其中低功耗型AT89C51單片機(jī)。 3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理說明 本次課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片

6、機(jī)AT89C51為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，單片機(jī)與開關(guān)、DAC0832、鎖存器相連接，人為操作開關(guān)，在程序控制下，單片機(jī)用單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)，給DAC0832模塊，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，從而示波器顯示出相應(yīng)波形。系統(tǒng)的總體原理框圖如圖1-1所示：圖1-1系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為核心的控制系統(tǒng)：P1口進(jìn)行開關(guān)按鍵的設(shè)置，具體為：P1.0接K0，低電平有效，則輸出鋸齒波；P1.1接K1，低電平有效，則輸出正弦波；P0口P0.0P0.7分別接鎖存器74LS373的D0D7，74LS373起到地址鎖存的作用。電路圖如圖1-2所示：圖1-24 硬件設(shè)計(jì)說明 4.1 單片機(jī)系統(tǒng)原理分析&

7、#160;AT89C51單片機(jī)提供一下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，123B內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支付兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。芯片如圖1-3所示：圖1-34.2 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路（DAC0832）DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器

8、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。如圖1-4所示：圖1-4  5 軟件設(shè)計(jì)說明 軟件設(shè)計(jì)遵循模塊化設(shè)計(jì)，分別產(chǎn)生鋸齒波模塊，產(chǎn)生正弦波模塊，延時(shí)模塊。使程序可閱讀性大大提高，易于閱讀和修改。5.1總體流程分析與設(shè)計(jì)進(jìn)入程序后先進(jìn)行初始化，判斷開關(guān)是否按下，按下K0開關(guān)，則示波器顯示鋸齒波；按下K1開關(guān)，則示波器顯示正弦波；若沒有按下開關(guān)，則示波器不顯示波形。主程序流程圖1-7所示：圖1-75.2 產(chǎn)生鋸齒

9、波流程分析 用i自加1計(jì)算，每自加一次，將i的值賦給DAC0832，送給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，i從0到255計(jì)數(shù)，記到255置零，再自增，由此產(chǎn)生鋸齒波。流程圖如圖1-8所示。圖1-85.3 產(chǎn)生正弦波流程分析 用i自加1計(jì)算，每自加一次，將tablei的值賦給DAC0832，送給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，i從0到64計(jì)數(shù)，記到64置零，再自增，由此產(chǎn)生正弦波。流程圖如圖1-9所示。圖1-95.4 波形幅值與頻率 波形幅值，由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片DAC0832控制，DAC0832將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成差動(dòng)的電流輸出（Iout1和Iout2），為了使其能變成電壓輸出，

10、所以又經(jīng)過運(yùn)算放大器，將形成單極性電壓輸出0+5V（VREF為-5V）,或0+10V（VREF為10V）。若要形成負(fù)電壓，則VREF接正的基準(zhǔn)電壓。本設(shè)計(jì)為0+5V，則VREF接-5V。 頻率的確定，由編程延時(shí)來確定，本設(shè)計(jì)要求波形的頻率為50Hz，即周期為20ms，控制循環(huán)一次波形的產(chǎn)生為20ms，即可確定控制頻率。6 調(diào)試記錄及結(jié)果分析 6.1 總體硬件仿真設(shè)計(jì)   軟件設(shè)計(jì)使用keil開發(fā)軟件進(jìn)行編寫，硬件設(shè)計(jì)使用protues進(jìn)行仿真。6.2調(diào)試與仿真結(jié)果  調(diào)試仿真中，若沒有按下開關(guān)，則不顯示波形；若按下K0則顯示鋸齒波；若

11、按下K1則顯示正弦波。 按下開關(guān)K0，顯示鋸齒波。如圖1-10所示：圖1-10 由1-10中的示波器可以看出，波形的頻率基本為50Hz幅值為0+5V。按下開關(guān)K1，顯示正弦波如圖1-11所示：圖1-11 由1-11中的示波器可以看出，波形的頻率基本為50Hz幅值為0+5V。小結(jié)與心得體會(huì)經(jīng)過一學(xué)期對(duì)單片機(jī)原理與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的學(xué)習(xí)，以及這一個(gè)月來對(duì)課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與研究，終于完成了基于數(shù)模轉(zhuǎn)換的波形發(fā)生器的課程設(shè)計(jì)，總體上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。雖然在預(yù)期時(shí)間內(nèi)完成了課程設(shè)計(jì)，但是過程中也發(fā)現(xiàn)了些許問題。對(duì)于單片機(jī)設(shè)計(jì)，其硬件電路是比較簡(jiǎn)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

12、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(duì)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。在完成課設(shè)的過程中，我還學(xué)會(huì)了如何高效率的查閱資料，而且在這過程中發(fā)現(xiàn)，在我們書上所使用的知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)并不是身份理想，都需要自己去調(diào)整，這要求我們更加注重實(shí)踐。最后還要感謝老師這學(xué)期對(duì)我們的指導(dǎo)，謝謝！ 參考文獻(xiàn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社單片機(jī)原理及應(yīng)用 高等教育出版社基于Proteus的單片機(jī)可視化軟硬件仿

13、真 林志琦附件源程序代碼：#include<reg51.h>#include<absacc.h>#include<intrins.h>#define DAC0832 XBYTE0x8800 /定義端口地址#define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar code table=0x7f,0x8c,0x98,0xa5,0xb0,0xbc,0xc7,0xd1, 0xda,0xe2,0xea,0xf0,0xf6,0xfa,0xfd,0xfe, 0xff,0xfe,0xfd,0xfa,0xf6,0x

14、f0,0xea,0xe2, 0xda,0xd1,0xc7,0xbc,0xb0,0xa5,0x98,0x8c, 0x80,0x73,0x67,0x5a,0x4f,0x43,0x38,0x2e, 0x25,0x1d,0x15,0x0f,0x09,0x05,0x02,0x01, 0x00,0x01,0x02,0x05,0x09,0x0f,0x15,0x1d, 0x25,0x2e,0x38,0x43,0x4f,0x5a,0x67,0x73;/定義正弦函數(shù)取樣點(diǎn) /*延時(shí)函數(shù)*/void delay(uint i) while(i-);/*鋸齒波函數(shù)*/void juchi() uchar i;for(i=0;i<255;i+) DAC0832=i; delay(7);/*正弦函數(shù)*/void sin()uint i;for(i=0;i<64;i+) DAC0832=tablei; delay(30); /*主函數(shù)*/void main(void)while(1) if(P1=0xfe) juchi(); /按下K0產(chǎn)生鋸齒波 if(P1=0xfd) sin();/按下K1產(chǎn)生正弦波 if(P1=0xff) DAC0832=0x00;/不按下開關(guān)，不產(chǎn)生波形 課程