基于5單片機的波形發(fā)生器doc

1、專業(yè)技能實訓(xùn)報告題 目 波形發(fā)生器 學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級 電信1101 學(xué) 生 李君航 學(xué) 號 20111221127 指導(dǎo)教師 趙越 二一 五 年 一 月 七 日16目 錄前言1第一章 緒論21.1波形發(fā)生器簡介21.2 單片機相關(guān)介紹21.3 設(shè)計意義21.4 設(shè)計內(nèi)容3第二章 方案比較、設(shè)計和論證32.1 單片機方案32.2 D/A轉(zhuǎn)換器接線方式3第三章 系統(tǒng)設(shè)計43.1 總體系統(tǒng)設(shè)計43.2 硬件實現(xiàn)及單元電路設(shè)計5第四章 系統(tǒng)調(diào)試及仿真84.1系統(tǒng)仿真8第五章 結(jié)論10參考文獻11附錄 程序清單13前 言 隨著電子測量技術(shù)與計算機技術(shù)的緊密結(jié)

2、合，一種新的信號發(fā)生器-波形發(fā)生器應(yīng)運而生。所謂波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標準信號和用戶定義信號，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。單片機作為微型計算機的一個重要分支，有著廣泛的應(yīng)用范圍。本文介紹的是利用89C51單片機和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件DAC0832產(chǎn)生所需不同信號的低頻信號源，其信號幅度和頻率都是可以按要求控制的。本設(shè)計核心任務(wù)是：以AT89C51為核心，結(jié)合D/A轉(zhuǎn)換器和DAC0832等器件，用仿真軟件設(shè)計硬件電路，用匯編語言編寫驅(qū)動程序，以實現(xiàn)程序控制產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、三種常用低頻信號。可以通過按鍵選擇波形和輸入任意頻率值。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機；信號發(fā)生

3、器；DAC0832第一章 緒論1.1波形發(fā)生器簡介以單片機為核心設(shè)計了一個低頻函數(shù)信號發(fā)生器。信號發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù),通過硬件電路和軟件程序相結(jié)合,可輸出自定義波形,如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可任意改變。介紹了波形的生成原理、硬件電路和軟件部分的設(shè)計原理。介紹了單片機控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號的硬件電路和軟件編程、DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器的原理和使用方法、AT89C51以及與設(shè)計電路有關(guān)的各種芯片、關(guān)于產(chǎn)生不同低頻信號的信號源的設(shè)計方案。該信號發(fā)生器具有體積小、價格低、性能穩(wěn)定、功能齊全的優(yōu)點。1.2 單片機相關(guān)介紹單片機微型計算機是微型計

4、算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和 I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過1、2、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓,低功耗。1.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為1s，滿

5、量程誤差為±1LSB，參考電壓(+10/span>-10)V，供電電源為(+5+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。在DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE，第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號 /XFER。1.3 設(shè)計意義使用單片機作為本設(shè)計的控制方案主要是考慮到其低廉的成本和易學(xué)易用的特性，相較于類似ARM這類性能更為強大的控制方案，單片機的性能并非其優(yōu)勢所在。但是如何充分利用單片機已有的功能進行最大化的開發(fā)才是本設(shè)計的重點?？偟膩碚f，本設(shè)計意義有如下2個方面：(1)波形發(fā)生器應(yīng)用進行研究和開發(fā)；(2)探究

6、單片機在信號發(fā)生器中應(yīng)用，舉一反三，延伸到其他類似領(lǐng)域的應(yīng)用；1.4 設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計的主要內(nèi)容包括如下幾個方面：(1)設(shè)計信號發(fā)生器的實現(xiàn)方案；(2)設(shè)計單片機最小系統(tǒng)和周邊電路；(3)設(shè)計整個系統(tǒng)的電路分布和接線；(4)使用匯編語言編寫整個系統(tǒng)運行所需要的程序；第二章 方案比較、設(shè)計和論證2.1 單片機方案 采用標準 AT89C51單片機作為控制器；波形選擇通過按鍵來選擇，波形通過DAC0832。按以上系統(tǒng)框架設(shè)計，占用單片機端口資源少。該系統(tǒng)具有電路簡單，設(shè)計方便，顯示亮度高，可靠性高等特點。2.2 D/A轉(zhuǎn)換器接線方式 采用直通接線方式；此接線方式接線簡單、編程簡單。第三章 系統(tǒng)設(shè)計3.

7、1 總體系統(tǒng)設(shè)計3.1.1 系統(tǒng)流程圖圖3-1 系統(tǒng)流程圖3.1.2 系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)采用單片機作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，由單片機完成人機界面、系統(tǒng)控制、信號的采集分析以及信號的處理和變換，采用按鍵輸入，利用虛擬示波器顯示波形的方案。將設(shè)計任務(wù)分解為按鍵電路、輸出轉(zhuǎn)換電路等模塊。圖3-2為系統(tǒng)的總體框圖。圖3-2 總體方框圖3.2 硬件實現(xiàn)及單元電路設(shè)計 3.2.1 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計AT89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用AT89C51單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖89C51單片機最小系統(tǒng)所示。由于集成度

8、的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點：(1)有可供用戶使用的大量I/O口線。(2)內(nèi)部存儲器容量有限。(3)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。標準的51為8K程序空間，128字節(jié)的RAM，32條端口，5個中斷，2個定時/計數(shù)器，12個時鐘周期執(zhí)行一條基本指令，最長的除法為48個周期。圖3-3 AT89C51單片機最小系統(tǒng)3.2.2運算放大器電路本系統(tǒng)的放大電路如圖3-4所示：圖3-4運算放大器電路3.2.3 波形產(chǎn)生原理及模塊設(shè)計波形產(chǎn)生的原理：1、內(nèi)存中首先存儲波形的數(shù)字量值數(shù)組TABLE；2、51單片機讀取數(shù)組中的值，送入D/A轉(zhuǎn)換器；3、D/A轉(zhuǎn)換器將輸入的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬量

9、輸出；4、D/A輸出的模擬電流量通過運放轉(zhuǎn)換成電壓量輸出。由單片機采用編程方法產(chǎn)生四種波形、通過DA轉(zhuǎn)換模塊DAC0832在進過濾波放大之后輸出。其電路圖3-5如下：圖3-5波形產(chǎn)生電路3.2.4控制系統(tǒng)設(shè)計電路圖圖3-6 系統(tǒng)設(shè)計電路圖第四章 系統(tǒng)調(diào)試及仿真4.1系統(tǒng)仿真單擊仿真界面左下方的開始按扭，仿真就開始了。具體仿真過程如下：（1）f=50HZ正弦波的調(diào)試結(jié)果圖4-1 正弦波的調(diào)試結(jié)果（2）f=50HZ方波的調(diào)試結(jié)果圖4-2 方波的調(diào)試結(jié)果（3）f=50HZ三角波的調(diào)試結(jié)果圖4-4 三角波的調(diào)試結(jié)果第五章 結(jié)論通過這次課程設(shè)計使我對課程所學(xué)理論知識的深化和提高。并且通過本次課程設(shè)計，使

10、我了解和掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計過程、方法及實現(xiàn)，培養(yǎng)了我分析問題和解決問題的能力，為以后設(shè)計和實現(xiàn)更難的應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。同時培養(yǎng)了我撰寫設(shè)計說明書的能力。在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計但這次設(shè)計真的讓我長進了很多。對于單片機設(shè)計，其硬件電路是比較簡單的，主要是解決程序設(shè)計的問題，而程序設(shè)計是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個設(shè)計的靈魂所在。因此在整個設(shè)計過程中大部分時間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個子程序才是關(guān)鍵的問題所在，這需要對單片機的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說單片機的設(shè)計是軟件和硬

11、件的結(jié)合，二者是密不可分的。要設(shè)計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅持的毅力。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，如在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因。這就要求我們對硬件系統(tǒng)中各組件部分有充分透徹的理解和研究，并能對之靈活應(yīng)用。完成這次設(shè)計后，我在書本理論知識的基礎(chǔ)上又有了更深層次的理解。同時在本次設(shè)計的過程中，我還學(xué)會了高效率的查閱資料、運用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應(yīng)用中其實并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整。偶而還會遇到錯誤的資料現(xiàn)象，這就要求我們應(yīng)更加注重實踐環(huán)節(jié)。對該理

12、論在實踐中應(yīng)用的深刻理解，通過把波形在計算機上實現(xiàn)，知道和理解該理論在計算機中怎樣執(zhí)行的，對該理論在實踐中的應(yīng)用更深刻的理解，激發(fā)了我的學(xué)習(xí)積極性，在這次課程設(shè)計中，我就是按通過該課程設(shè)計，全面系統(tǒng)了解編譯原理課程序構(gòu)造的一般原理的基本實現(xiàn)方法。把死板的課本知識變得生動有趣，激發(fā)了我的學(xué)習(xí)積極性。參 考 文 獻1張毅坤. 單片微型計算機原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社，1998. 2余錫存 曹國華.單片機原理及接口技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社,2000.3吳黎明, 王桂棠, 洪添勝,等. 單片機原理及應(yīng)用技術(shù).科學(xué)出版社,2005.4韓克, 柳秀山, 等. 電子技能與EDA 技術(shù).暨南大學(xué)出

13、版社, 2004.5周潤景. 張麗娜. 基PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真.航空航天大學(xué)出版社, 2006 .6張毅坤.單片微型計算機原理及應(yīng)用西安電子科技大學(xué)出版社，19987李俊謨.單片機中級教程北京航空航天大學(xué)出版社，2006.8胡宴如模擬電子技術(shù)高等教育出版社，20049李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（修訂版）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.10李廣弟.單片機基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992.11何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)大全.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.致謝本論文是在趙越老師指導(dǎo)下完成的。課題難點的解決，都給予了本人悉心地指導(dǎo)。向老師的治學(xué)態(tài)度、

14、專業(yè)造詣和敬業(yè)精神都使我收益非淺，。在此，我首先向趙越師致以衷心的感謝！在課題完成過程中，還得到了許多同學(xué)的幫助，給我提供了很多思路與經(jīng)驗，對我深入理解課題的有關(guān)知識與方法起到了重要作用。在此，我對同學(xué)們也表示誠摯的謝意。附錄 程序清單 #include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DAdata P0/DA數(shù)據(jù)端口sbit DA_S1= P20; / 控制DAC0832的8位輸入寄存器，僅當(dāng)都為0時，可以輸出數(shù)據(jù)(處于直通狀態(tài))，否則，輸出將被鎖存sbit DA_S2= P2

15、1; / 控制DAC0832的8位DAC寄存器，僅當(dāng)都為0時，可以輸出數(shù)據(jù)(處于直通狀態(tài))，否則，輸出將被鎖存sbit key= P32;uchar wavecount; /'抽點'計數(shù)uchar THtemp,TLtemp;/傳遞頻率的中間變量uchar judge=1; /在方波輸出函數(shù)中用于簡單判別作用uchar waveform; /當(dāng)其為0、1、2時，分別代表三種波uchar code freq_unit3=10,50,200; /三種波的頻率單位uchar idata wavefreq3=1,1,1; /給每種波定義一個數(shù)組單元，用于存放單位頻率的個數(shù)uchar c

16、ode lcd_hang1="Sine Wave " "Triangle Wave " "Square Wave " "Select Wave: " "press No.1 key! "uchar idata lcd_hang216="f= Hz "uchar code waveTH= 0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0

17、xff,0xec,0xf6,0xf9,0xfb,0xfc,0xfc,0xfd,0xfd,0xfd,0xfe;uchar code waveTL= 0x06,0x8a,0x10,0x4e,0x78,0x93,0xa8,0xb3,0xbe,0xc6, /正弦波頻率調(diào)整中間值0xac,0xde,0x48,0x7a,0x99,0xaf,0xbb,0xc8,0xd0,0xde,/三角波頻率調(diào)整中間值0x88,0x50,0x90,0x32,0x34,0xbe,0x4a,0xa3,0xe5,0x2c; /*/uchar code triangle_tab= /每隔數(shù)字8，采取一次0x00,0x08,0x10

18、,0x18,0x20,0x28,0x30,0x38,0x40,0x48,0x50,0x58,0x60,0x68,0x70,0x78,0x80,0x88,0x90,0x98,0xa0,0xa8,0xb0,0xb8,0xc0,0xc8,0xd0,0xd8,0xe0,0xe8,0xf0,0xf8,0xff,0xf8,0xf0,0xe8,0xe0,0xd8,0xd0,0xc8,0xc0,0xb8,0xb0,0xa8,0xa0,0x98,0x90,0x88,0x80,0x78,0x70,0x68,0x60,0x58,0x50,0x48,0x40,0x38,0x30,0x28,0x20,0x18,0x10

19、,0x08,0x00;uchar code sine_tab256=/輸出電壓從0到最大值（正弦波1/4部分）0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,

20、0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,/輸出電壓從最大值到0（正弦波1/4部分）0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5

21、,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99 ,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,/輸出電壓從0到最小值（正弦波1/4部分）0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x

22、25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16 ,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/輸出電壓從最小值到0（正弦波1/4部分）0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02 ,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15

23、 ,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66 ,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80; void delay(uchar z) uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void triangle_out()/三角波輸出 DA

24、data=triangle_tabwavecount+;if(wavecount>64) wavecount=0;DA_S1=0; /打開8位輸入寄存器DA_S1=1; /關(guān)閉8位輸入寄存器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(guān)閉8位輸入寄存器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(guān)閉8位輸入寄存

25、器/*1602液晶的相關(guān)函數(shù)*/#define lcd_ports P1sbit rs=P22;sbit rw=P23;sbit lcden=P24;void write_com(uchar com)rs=0;/置零，表示寫指令lcden=0;lcd_ports=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)rs=1;/置1，表示寫數(shù)據(jù)（在指令所指的地方寫數(shù)據(jù)）lcden=0;lcd_ports=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void disp_lcd(uchar

26、 addr,uchar *temp1)uchar num;write_com(addr);delay(1); /延時一會兒?for(num=0;num<16;num+)write_date(temp1num);/或者這樣寫write_date(*(temp1+num);delay(1);void init_lcd()/uchar num;lcden=0; /可有可無?rw=0; /初始化一定要設(shè)置為零，表示寫數(shù)據(jù)write_com(0x38); /使液晶顯示點陣，為下面做準備write_com(0x0c); /初始設(shè)置write_com(0x06); /初始設(shè)置write_com(0x0

27、1); /清零write_com(0x80); /使指針指向第一行第一格 disp_lcd(0x80,&lcd_hang13*16); /在第一行顯示 disp_lcd(0xc0,&lcd_hang14*16); /在第二行顯示/*1602液晶函數(shù)聲明結(jié)束*/void main() uchar i=0;DA_S2=0; /使DAC寄存器處于直通狀態(tài)DAdata=0;DA_S1=1; /關(guān)閉8位輸入寄存器init_lcd(); waveform=0;TMOD=0x01; /設(shè)置定時器0為16位工作方式IT0=1; /設(shè)置外部中斷0為下降沿觸發(fā)ET0=1; /開定時器中斷EX0=1

28、; EA=1;while(1)/DAout(0xff); /可輸出TTL波形/DAout(0x80);/T_temp=32; void timer0() interrupt 1TH0=THtemp;TL0=TLtemp;if(waveform=0) sine_out();else if(waveform=1) triangle_out();else if(waveform=2) square_out();void key_int0() interrupt 0 uchar keytemp;uint total_freq; /總頻率EA=0; TR0=0; /關(guān)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 0