基于單片機的低頻信號發(fā)生器設(shè)計

1、基于單片機的低頻信號發(fā)生器設(shè)計摘 要 本文設(shè)計低頻信號發(fā)生器，以AT89C52單片機為核心，通過鍵盤輸入控制信號類型和頻率的選擇，采用DA轉(zhuǎn)換芯片輸出相應(yīng)的波形，同時以示波器進行實時顯示信號相關(guān)信息，采用匯編語言進行編程，可實現(xiàn)方波，三角波。鋸齒波，正弦波四中波形的產(chǎn)生，且波形的頻率可調(diào)。經(jīng)測試該設(shè)計方案線路優(yōu)化，結(jié)構(gòu)緊湊，性能優(yōu)越，滿足設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：單片機，DA轉(zhuǎn)換，信號發(fā)生器ABSTRACTLow frequency signal generator design, this paper USES AT89C52 single-chip microcomputer as the cor

2、e, through the keyboard input control signal type and frequency of choice, with DA conversion chip output corresponding waveform, at the same time, the LED display information real-time display signal, using assembly language programming, which can realize square wave, triangle wave. Production of s

3、awtooth, sine wave 4 waveform, and the frequency of the waveform is adjustable. By testing the design scheme of circuit optimization, compact structure, superior performance, meet the design requirements. Key Words: Single chip microcomputer, DA conversion, signal generator目錄摘要IIABSTRACTII1 設(shè)計要求及方案選

4、擇31.1設(shè)計要求31.2方案選擇22 理論分析與設(shè)計32.1按鍵電路的分析與設(shè)計42.2 D/A轉(zhuǎn)換模塊的分析與設(shè)計53電路設(shè)計33.1硬件電路的設(shè)計33.2軟件的設(shè)計34 系統(tǒng)測試44.1調(diào)試所用的基本儀器清單44.2調(diào)試結(jié)果44.3測試結(jié)果分析45 總結(jié)4參考文獻51 設(shè)計要求及方案選擇1.1設(shè)計要求（一）任務(wù)利用單片機與D/A轉(zhuǎn)換器件DAC0832設(shè)計一個低頻信號發(fā)生器，能產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波、三角波等波形。（二）要求1基本要求（1）輸出波形可用按鍵選擇。（2）設(shè)計電路（3）在KEIL中編輯、編譯、調(diào)試程序，并在protuse中仿真。 2擴展部分（選作）（1）輸出正弦波幅度：Vpp

5、m20V.（2）輸出負載能力：250Ma。3. 寫出設(shè)計報告（報告有規(guī)定格式要求） 1.2方案選擇依據(jù)應(yīng)用場合.需要實現(xiàn)的波形種類，波形發(fā)生器的具體指標要求會有所不同。依據(jù)不間的設(shè)計要求選取不同的設(shè)計方案。通常，波形發(fā)生器需要實現(xiàn)的波形有正弦波、方波、三角波和鋸齒波。有些場合可能還需要任意波形的產(chǎn)生。各種波形共有的指標有：波形的頻率、幅度要求，頻率穩(wěn)定度，準確度等。對于不同波形，具體的指標要求也會有所差異。其具體的實現(xiàn)方法具體有以下幾種：方案一：采用函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038集成模擬芯片，它足一種可以同時產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的專用集成屯路。但是這種模塊產(chǎn)生的波形都不是純凈的波形，會寄生一

6、些高次諧波分量，采用其他的措施雖可濾除-些，但不能完全濾除掉。方案二：釆用単片函數(shù)發(fā)生器（如8038).8038可以同時產(chǎn)生方波，三角波和正弦波等，而且方法簡單易行,用D/A轉(zhuǎn)換器的輸出來調(diào)制電H壓也可以實現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率,但是產(chǎn)生的信號頻率的穩(wěn)定性差。方案二：可以由晶體管、運放IC等通用器件制作，更多的則采用專門的函數(shù)倍號發(fā)生器1C產(chǎn)生。早期的函數(shù)倍號發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等,它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無法產(chǎn)生史高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活,頻率和占空比不能獨立調(diào)節(jié)，二者互相影響。方案四：釆用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓

7、控振蕩器的輸出頻率鎖定在所需要的頻率上，該方案性能良好，但難以達到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，而且電路復(fù)雜不容易實現(xiàn)。方案五：釆用單片機編程的方法來實現(xiàn)。該方法可以通過編程來控制波箱的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下可以通過改變程序來實現(xiàn)頻率的改變。該種方案要對AT89C52中片機的各個I/O口允分利用。這樣總體來說，能對中片機各個接口都利用上,而不多用其它芯片，從而減小了系統(tǒng)的成本。比較幾種方案，方案一波形不理想，方案二所產(chǎn)生的頻率信號不夠穩(wěn)定，方案二不能更好的體現(xiàn)所學(xué)知識而且效果不佳，方案四電路復(fù)雜不容易實現(xiàn)，方案五在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、功耗小、耗電少，而且方案更加滿足設(shè)計的要

8、求，在完成設(shè)計的同時能夠更好的發(fā)揮間學(xué)們的各種各樣的想法。綜合考慮，方案五各項性能和指標都優(yōu)于其他幾種方案，能使輸出頻率有較好的穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)了模塊化設(shè)計的要求，所以本設(shè)計采用方案五。2 理論分析與設(shè)計 2.1按鍵電路的分析與設(shè)計 鍵盤電路是整個電路的控制部分。通過K1控制產(chǎn)生方波，K2控制產(chǎn)生三角波，K3控制產(chǎn)生正弦波，K4控制產(chǎn)生鋸齒波。調(diào)幅與調(diào)頻本應(yīng)采用另連個鍵控制，但在分析DAC0832的輸出，U=(Vref/2n)*D，由此公式可知,輸出波形的幅度與Vref的大小有關(guān)，所以我們通過控制Vref的大小來改變波形的幅度，以簡化我們的程序。頻率我們采用P2口控制，通過控制P2口的大小來改

9、變程序中循環(huán)次數(shù)，來達到控制延時的目的，繼而控制了頻率。鍵盤接口如下圖圖2.1 鍵盤接口電路2.2 DA轉(zhuǎn)換模塊的電路分析與設(shè)計 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用的是DAC0832芯片。它是一種使用較多的8位D/A轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間lus，工作電壓為+5V到+15V,基準電壓-10V到+10V。由于其內(nèi)部有兩個8位寄存器和一個8位D/A轉(zhuǎn)換器，故可進行兩級緩沖操作，使操作有很大的靈活性，本設(shè)計采用單緩沖方式。DAC0832與AT89C52的連接。單機P0口與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)口連接，為保證單片機P0口的驅(qū)動能力，在P0口加上上拉電阻。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的連接如下圖：圖2.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的連接圖3電路設(shè)計3.1 硬件

10、電路的設(shè)計3.1.1 硬件電路連接圖圖3.1 硬件電路連接圖3.1.2 芯片說明（1）AT89C52單片機圖3.2為AT89C52單片機引腳圖圖3.2 單片機引腳圖AT89C51管腳說明：VCC：供電電壓GND：接地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)/地址的笫八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時,P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是個內(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。PI

11、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，PI口作為第八位地址接收。P2口：P2口為個內(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口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，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，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在F

12、LASH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。當振蕩器復(fù)位器件時，耍保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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，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

13、要注意的是: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指令足ALE才起作用。此外，該引腳被略微拉髙。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信號將不出現(xiàn)。/EA；VPP：當VEA持低電平時，則在:此期間外部程儲器(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；/EA端保持髙電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在

14、FLASH編程期間，此引腳也用于施加I2V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。（2）DAC0832轉(zhuǎn)換器圖3.3為DAC0832引腳圖圖3.3 DAC0832引腳圖由于單片機產(chǎn)生的是數(shù)字信號，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，所以該文選用價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易并具有8位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。但實際上，DAC0832輸出的電量也不是真正能連續(xù)可調(diào)，而是以其絕對分辨率為單位增減，是準模擬

15、量的輸出。DAC0832是電流型輸出，在應(yīng)用時外接運放使之成為電壓型輸出。根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。本設(shè)計選用直通方式。DAC0832的數(shù)據(jù)口和單片機的P0口相連。CSDA：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存3.2軟件的設(shè)計Keil是德國Keil公司出的目前世界上最好的51單片機的C語言開發(fā)工

16、具2，與匯編相比，C語言在功能、結(jié)構(gòu)、可讀性、可移植性上有明顯優(yōu)勢，因此常用C語言開發(fā)符合實際工程需要的單片機系統(tǒng)，應(yīng)用TCP/IP協(xié)議，Pro-teus與Keil的聯(lián)調(diào)很好地解決了Proteus自帶的編譯系統(tǒng)無法對C語言進行編譯的問題。程序設(shè)計采用匯編語言編程，應(yīng)用Keil軟件編譯程序段。在匯編語言設(shè)計中，采用實時掃描按鍵，檢查是否有按鍵被按下，檢測到按鍵按下單片機才去執(zhí)行相關(guān)程序。程序設(shè)計代碼如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100HMAIN:JNB P1.0,PFB ；定義按鍵 JNB P1.1,PSJ JNB P1.2,PZX JNB P1.3,PJC LJMP

17、 MAINPFB: MOV R7,#00H ;方波 LCALL SQU LJMP MAINPSJ: MOV R7,#01H ;三角 LCALL TRI LJMP MAINPZX: MOV R7,#02H ;正弦 LCALL SIN LJMP MAINPJC: MOV R7,#03H; 鋸齒波 LCALL JCB LJMP MAINSQU: JNB P1.1,N1 JNB P1.2,N2 JNB P1.3,N7 LJMP SSQUN1: MOV R7,#01H LJMP TC0N2: MOV R7,#02H LJMP TC0SSQU:CJNE R7,#00H,TC0 MOV R0,#00HK00

18、: MOV P0,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL00: DEC R3 CJNE R3,#255,L00 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K00 MOV R0,#00HK01: MOV P0,#00H MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL01: DEC R3 CJNE R3,#255,L01 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K01 LJMP SQUTC0: RETTRI: JNB P1.0,N3 JNB P1.2,N4 JNB P1.3,N8 LJMP TTR

19、IJCB: JNB P1.0,N3 JNB P1.2,N4 JNB P1.1,N1 LJMP JJCB N3: MOV R7,#00H LJMP TC2N4: MOV R7,#02H LJMP TC2N7: MOV R7,#03H LJMP TC4TTRI:CJNE R7,#01H,TC2 MOV R0,#00HK20: MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL20: DEC R3 CJNE R3,#255,L20 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K20K21: MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A

20、,P2 CPL A MOV R3,AL21: DEC R3 CJNE R3,#255,L21 DEC R0 DEC R0 CJNE R0,#0,K21 LJMP TRITC2: RETJJCB:CJNE R7,#03H,TC4 MOV R0,#00HK22: MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL22: DEC R3 CJNE R3,#255,L22 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K22 LJMP JCBTC4: RETSIN: JNB P1.0,N5 JNB P1.1,N6 JNB P1.3,N8 LJMP SS

21、INN5: MOV R7,#00H LJMP TC3N6: MOV R7,#01H LJMP TC3N8: MOV R7,#03H LJMP TC4SSIN:CJNE R7,#02H,TC3 MOV R0,#00HK30: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A INC R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL30: DEC R3 CJNE R3,#255,L30 CJNE R0,#255,K30 LJMP SINTC3: RETTAB: DB 80H,82H,84H,86H,88H,8AH,8CH,8

22、EH,90H,92H,94H,96H,98H,9AH,9CH,9EH DB 0A0H,0A2H,0A4H,0A6H,0A8H,0AAH,0ABH,0ADH,0AFH,0B1H,0B2H,0B4H,0B6H,0B7H,0B9H,0BAH DB 0BCH,0BDH,0BFH,0C0H,0C1H,0C3H,0C4H,0C5H,0C6H,0C8H,0C9H,0CAH,0CBH,0CCH,0CDH,0CEH DB 0CEH,0CFH,0D0H,0D1H,0D1H,0D2H,0D2H,0D3H,0D3H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D5H,0D5H,0D5H DB 0D5H,0D5H,0D5

23、H,0D5H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D3H,0D3H,0D2H,0D2H,0D1H,0D1H,0D0H,0CFH DB 0CEH,0CEH,0CDH,0CCH,0CBH,0CAH,0C9H,0C8H,0C6H,0C5H,0C4H,0C3H,0C1H,0C0H,0BFH,0BDH DB 0BCH,0BAH,0B9H,0B7H,0B6H,0B4H,0B2H,0B1H,0AFH,0ADH,0ABH,0AAH,0A8H,0A6H,0A4H,0A2H DB 0A0H,9EH,9CH,9AH,98H,96H,94H,92H,90H,8EH,8CH,8AH,88H,86H,84H,82H

24、 DB 80H,7DH,7BH,79H,77H,75H,73H,71H,6FH,6DH,6BH,69H,67H,65H,63H,61H DB 5FH,5DH,5BH,59H,57H,55H,54H,52H,50H,4EH,4DH,4BH,49H,48H,46H,45H DB 43H,42H,40H,3FH,3EH,3CH,3BH,3AH,39H,37H,36H,35H,34H,33H,32H,31H DB 31H,30H,2FH,2EH,2EH,2DH,2DH,2CH,2CH,2BH,2BH,2BH,2BH,2AH,2AH,2AH DB 2AH,2AH,2AH,2AH,2BH,2BH,2BH,

25、2BH,2CH,2CH,2DH,2DH,2EH,2EH,2FH,30H DB 31H,31H,32H,33H,34H,35H,36H,37H,39H,3AH,3BH,3CH,3EH,3FH,40H,42H DB 43H,45H,46H,48H,49H,4BH,4DH,4EH,50H,52H,54H,55H,57H,59H,5BH,5DH DB 5FH,61H,63H,65H,67H,69H,6BH,6DH,6FH,71H,73H,75H,77H,79H,7BH,7DH END改變程序中有關(guān)遞增變量大小，即可改變輸出波形的頻率。4 系統(tǒng)測試4.1調(diào)試所用的基本儀器清單（1）AT89C52單片機（

26、2）DAC0832轉(zhuǎn)換器（3）OP1P集成運算放大器（4）虛擬示波器4.2調(diào)試結(jié)果4.3測試結(jié)果分析5 總結(jié)參考文獻(5個左右參考文獻，要按照嚴格標準寫) 1 張肅文.高頻電子線路北京M.北京：高等教育出版社，2000. 2 江思敏、姚鵬翼.PADS電路原理圖和PCB設(shè)計M.機械工業(yè)出版社，2007.參考文獻、注釋的表述及編排格式說明（僅供參考）一、參考文獻表述和編排格式：參考文獻指的是寫作論文時研究過、閱讀查找過并且對形成本文有借鑒、參考作用的所有文獻資料。從理論上說，參考文獻可以是引用過的文獻，也可以是僅僅潛在性地啟發(fā)了作者的思路而并沒有直接引用的文獻。參考文獻的類型標識：M-專著，C-論

27、文集，N-報紙文章，J-期刊文章，D-學(xué)位論文，R-報告，S-標準，P-專利，A-專著、論文集中的析出文獻，EB/OL-電子文獻，Z-其他未說明的文獻類型。如下表：參考文獻類型期刊文章專著論文集學(xué)位論文報告報紙文章標準專利專著、析出文獻電子文獻其他文獻類型標示JMCDRNSPAEB/OLZ（一）參考文獻的常用的表述格式：1專著、論文集、研究報告：序號主要責任者（注：兩個責任者之間用逗號隔開）文獻題名文獻類型標識出版地：出版者，出版年.舉例： 1劉小龍電視藝術(shù)美學(xué)M北京：中國廣播電視出版社，1999.2吳海霞，沈劍平電視論壇C . 北京：人民教育出版社，2003（2）3中國教育與人力資源問題報告

28、課題組.從人口大國邁向人力資源強國R.北京：高等教育出版社，2003.2.學(xué)位論文：序號主要責任者文獻題名D保管地：保管單位，完成年.舉例：1鄧友.論電視藝術(shù)的美學(xué)性D.北京：北京廣播學(xué)院，2004.3.析出文獻：序號析出文獻主要責任者（注：兩個責任者之間用逗號隔開）析出文獻題名A原文獻主要責任者.原文獻題名C.出版地：出版者，出版年析出文獻起止頁碼（如文內(nèi)已列明，則省略）.舉例：1英穆爾.電影理論的結(jié)構(gòu)A.瞿濤.電影學(xué)文集C.北京：人民出版社，1993.4.期刊文章：序號主要責任者文獻題名J.刊名，出版年，卷（期）.起止頁碼.舉例：9李海音樂傳播的文化思考J當代傳播，2004，（10）：26

29、-275.報紙文章：序號主要責任者文獻題名N報紙名，出版日期（版次）舉例：1周濟.情系教育 辦好教育N.中國教育報，2004129（1）6.網(wǎng)絡(luò)文獻：序號主要責任者網(wǎng)絡(luò)文獻題名文獻類型標識網(wǎng)絡(luò)文獻的出處或可獲得地址. 舉例：1吳霓.教育科學(xué)大家談J/OL. 14方錦柔. 中國人民大學(xué)學(xué)報論文文摘（19831993）. 英文版（DB/CD）.北京：中國百科全書出版社，1996.7. 外文期刊文獻編排格式及示例作者姓名采用“姓在前名在后”原則，具體格式是： 姓，名字的首字母. 如： Malcolm Richard Cowley 應(yīng)為：Cowley, M.R.，如果有兩位作者，第一位作者方式不變，&之后第二位作者名字的首字母放在前面，姓放在后面，如：Frank Norris 與Irving Gordon應(yīng)為：No