基于51單片機(jī)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程名稱集成電路原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)課程代碼設(shè)計(jì)題目函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間2012年 12月17日 2012 年 12月 22 日院（系）電子信息學(xué)院專業(yè)電子信息工程班級(jí)BX0904一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)（條件）、具體技術(shù)參數(shù)（指標(biāo)） 任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器功能要求： 設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生正弦波、矩形波（方波）和三角波（鋸齒波）的函數(shù)發(fā)生器， 本信號(hào)發(fā)生器可以考慮用專用集成芯片為核心實(shí)現(xiàn)。 信號(hào)頻率范圍： 1Hz-100kHz； 頻率控制方式： 手控 通過(guò)改變RC參數(shù)實(shí)現(xiàn)； 鍵控 通過(guò)改變控制電壓實(shí)現(xiàn)； 為能方便地實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，建議將頻率分檔； 輸出波形要求 方波 上升沿和下降沿時(shí)

2、間不得超過(guò)200nS，占空比在48%-50%之間； 非線性誤差2%； 正弦波 諧波失真度2%； 輸出信號(hào)幅度范圍：0-20V； 信號(hào)源輸出阻抗：1； 應(yīng)具有輸出過(guò)載保護(hù)功能； 具有數(shù)字顯示輸出信號(hào)頻率和電壓幅值功能。二、對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求（包括課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、圖紙、圖表、實(shí)物等軟硬件要求） 1課程設(shè)計(jì)基本要求 課題分析、查閱資料、方案論證、方案實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 2成果要求（1）系統(tǒng)方案（2）硬件電路原理圖或軟件源程序（3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（課程設(shè)計(jì)報(bào)告）三、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃： 時(shí)間安排內(nèi)容星期一（12月17日）第7-8小節(jié)下達(dá)任務(wù)、選擇方案星期二（12月18日）軟硬件設(shè)計(jì)星期三

3、（12月19日）第1-4小節(jié)軟硬件設(shè)計(jì)、調(diào)試星期四（12月20日）第1-4小節(jié)調(diào)試、撰寫(xiě)報(bào)告星期五（12月21日）第1-4小節(jié)考核答辯四、主要參考資料 參考資料：集成電路原理及應(yīng)用譚博學(xué)主編，電子工業(yè)出版社指導(dǎo)教師： 2012 年12 月 17 日目錄目錄21.系統(tǒng)設(shè)計(jì)31.1設(shè)計(jì)要求31.2方案設(shè)計(jì)與論證31.2.1 信號(hào)發(fā)生電路方案論證31.2.3 顯示方案論證41.2.4鍵盤(pán)方案論證41.3總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)41.4硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)41.4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)51.4.2 波形產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)51.4.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)61.4.4 鍵盤(pán)顯示模塊的設(shè)計(jì)61.5 軟件設(shè)計(jì)流程72.輸出波形

4、的種類與頻率的測(cè)試82.1、測(cè)量?jī)x器及測(cè)試說(shuō)明82.2測(cè)試過(guò)程82.3、測(cè)試結(jié)果93.設(shè)計(jì)心得及體會(huì)9參考文獻(xiàn)91.系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)考慮，我們確定方案如下：利用AT89S52單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生鋸齒波、正弦波、矩形波三種波形，再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來(lái)，通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)控制三種波形的類型選擇、頻率變化，最終輸出顯示其各自的類型以及數(shù)值。1.1、設(shè)計(jì)要求 1)、利用單片機(jī)采用軟件設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生三種波形 2）、三種波形可通過(guò)鍵盤(pán)選擇 3）、波形頻率可調(diào) 4）、需顯示波形的種類及其平率1.2方案設(shè)計(jì)與論證 1.2.1 信號(hào)發(fā)生電路方案論證 方案

5、一：通過(guò)單片機(jī)控制D/A，輸出三種波形。此方案輸出的波形不夠穩(wěn)定，抗干擾能力弱，不易調(diào)節(jié)。但此方案電路簡(jiǎn)單、成本低。方案二：使用傳統(tǒng)的鎖相頻率合成方法。通過(guò)芯片IC145152，壓控振蕩器搭接的鎖相環(huán)電路輸出穩(wěn)定性極好的正弦波，再利用過(guò)零比較器轉(zhuǎn)換成方波，積分電路轉(zhuǎn)換成三角波。此方案，電路復(fù)雜，干擾因素多，不易實(shí)現(xiàn)。方案三：利用MAX038芯片組成的電路輸出波形。MAX038是精密高頻波形產(chǎn)生電路，能夠產(chǎn)生準(zhǔn)確的三角波、方波和正弦波三種周期性波形。但此方案成本高，程序復(fù)雜度高。以上三種方案綜合考慮，選擇方案一。1.2.2 單片機(jī)的選擇論證 方案一：AT89S52單片機(jī)是一種高性能8位單片微型計(jì)

6、算機(jī)。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、寄存器、I/O接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構(gòu)成較為完整的計(jì)算機(jī)、而且其價(jià)格便宜。方案二：C8051F005單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與8051兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn)8052的數(shù)字外設(shè)部件，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件，而且執(zhí)行速度快。但其價(jià)格較貴    以上兩種方案綜合考慮，選擇方案一 1.2.3 顯示方案論證 方案一：采用LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管組成，每只數(shù)碼管輪流顯示各自的字符。由于

7、人眼具有視覺(jué)暫留特性，當(dāng)每只數(shù)碼管顯示的時(shí)間間隔小于1/16s時(shí)人眼感覺(jué)不到閃動(dòng)，看到的是每只數(shù)碼管常亮。使用數(shù)碼管顯示編程較易，但要顯示內(nèi)容多，而且數(shù)碼管不能顯示字母。 方案二：采用LCD液晶顯示器1602。其功率小，效果明顯，顯示編程容易控制，可以顯示字母。    以上兩種方案綜合考慮，選擇方案二。 1.2.4鍵盤(pán)方案論證 方案一：矩陣式鍵盤(pán)。矩陣式鍵盤(pán)的按鍵觸點(diǎn)接于由行、列母線構(gòu)成的矩陣電路的交叉處。當(dāng)鍵盤(pán)上沒(méi)有鍵閉合時(shí)，所有的行和列線都斷開(kāi)，行線都呈高電平。當(dāng)某一個(gè)鍵閉合時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線和列線被短路。方案二：編碼式鍵盤(pán)。編

8、碼式鍵盤(pán)的按鍵觸點(diǎn)接于74LS148芯片。當(dāng)鍵盤(pán)上沒(méi)有閉合時(shí)，所有鍵都斷開(kāi)，當(dāng)某一鍵閉合時(shí)，該鍵對(duì)應(yīng)的編碼由74LS148輸出。    以上兩種方案綜合考慮，選擇方案一。1.3總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，由單片機(jī)完成人機(jī)界面、系統(tǒng)控制、信號(hào)的采集分析以及信號(hào)的處理和變換，采用按鍵輸入，利用液晶顯示電路輸出數(shù)字顯示的方案。將設(shè)計(jì)任務(wù)分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。圖（1）為系統(tǒng)的總體框圖 圖（1） 總體方框圖1.4硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 1.4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)

9、成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。用80C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖（2） 89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，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(diǎn)：有可供用戶使用的大量I/O口線。內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。圖（2） 89C51單片機(jī)最小系統(tǒng) 1.4.2 波形產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì) 由單片機(jī)采用編程方法產(chǎn)生三種波形、通過(guò)DA轉(zhuǎn)換模塊DAC0832在進(jìn)過(guò)濾波放大之后輸出。其電路圖如下： 圖（3）波形產(chǎn)生電路如上圖所示，單片機(jī)的P0口連接DAC0832的八位數(shù)據(jù)輸入端，DAC0832的輸出端接放大器，經(jīng)過(guò)放大后輸出所要

10、的波形。DAC0832的為八位數(shù)據(jù)并行輸入的，其結(jié)構(gòu)圖如下： 圖（4）DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.4.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)通過(guò)液晶1602顯示輸出的波形、頻率，其電路圖如下： 圖（5）液晶顯示如上圖所示，1602的八位數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的P1口，其三個(gè)使能端RS、RW、E分別接單片機(jī)的P3.2P3.4。通過(guò)軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。1.4.4 鍵盤(pán)顯示模塊的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用獨(dú)立鍵盤(pán)，其連接電路圖如下： 圖（6）鍵盤(pán)圖中鍵盤(pán)獨(dú)立鍵盤(pán)引出的八跟線分別接單片機(jī)的P2口，只用其第四列，因此在程序初始化時(shí)P2.7腳給低電平。如圖開(kāi)關(guān)3用來(lái)切換輸出波形、開(kāi)關(guān)7和8用來(lái)調(diào)節(jié)頻率的加減。當(dāng)按開(kāi)關(guān)

11、7時(shí)輸出波形的頻率增加，按開(kāi)關(guān)8時(shí)輸出波形的頻率減小。1.5 軟件設(shè)計(jì)流程本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)，用編程的方法來(lái)產(chǎn)生三種波形，并通過(guò)編程來(lái)切換三種波形以及波形頻率的改變。具體功能有：（1）各個(gè)波形的切換；（2）各種參數(shù)的設(shè)定；（3）頻率增減等。軟件調(diào)通后，通過(guò)編程器下載到AT89S52芯片中，然后插到系統(tǒng)中即可獨(dú)立完成所有的控制。軟件的流程圖如下： 圖（7）程序流程圖2.輸出波形的種類與頻率的測(cè)試2.1、測(cè)量?jī)x器及測(cè)試說(shuō)明測(cè)量?jī)x器：穩(wěn)壓電源、示波器、數(shù)字萬(wàn)用表。測(cè)量說(shuō)明：正弦波、矩形波、三角波信號(hào)的輸出，通過(guò)對(duì)獨(dú)立鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)其的不同波形的輸出以及其頻率的改變。2.2測(cè)試過(guò)程當(dāng)程序下進(jìn)去

12、時(shí)經(jīng)過(guò)初始化，液晶屏的上只顯示“wave：”和“f：“，當(dāng)開(kāi)關(guān)三按一下是此時(shí)輸出波形為正弦波，按兩下時(shí)輸出為方波，按三下時(shí)輸出為三角波。另外兩個(gè)開(kāi)關(guān)可以調(diào)節(jié)頻率，三種波形的頻率可調(diào)范圍不同，分別如下： 正弦波：1180HZ 方 波：13.3KHZ 三角波：1180HZ根據(jù)示波器的波形頻率的顯示計(jì)算出三種波形的頻率計(jì)算公式如下：正弦波：f=(1000/(9+3*ys)方 波：f=(100000/(3*ys)三角波：f=(1000/(15+3*ys)其中ys為延時(shí)的變量。三種波形的仿真波形圖如下： 圖（8）正弦波形 圖（9）方波圖形 圖（10）三角波圖行2.3、測(cè)試結(jié)果  &#

13、160; 各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求。測(cè)試數(shù)據(jù)如下： 1）、產(chǎn)生正弦波、方波、三角波基本實(shí)現(xiàn)2）、三種波形的頻率都可調(diào)，但不能步進(jìn)的調(diào)節(jié)，其中方波的可調(diào)范圍最廣為13.3KHZ，其他兩種波形的頻率范圍不大1180HZ3）、顯示部分基本實(shí)現(xiàn)4）、鍵盤(pán)功能實(shí)現(xiàn)3.設(shè)計(jì)心得及體會(huì)通過(guò)這次設(shè)計(jì)，自己深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果，進(jìn)一步加深了我對(duì)專業(yè)知識(shí)的了解和認(rèn)識(shí)以及動(dòng)手的能力。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練，作品完成的還不是很出色。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這個(gè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們過(guò)去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高

14、和擴(kuò)充的過(guò)程，為今后的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)1 戴仙金主編 51單片機(jī)及其C語(yǔ)言匯編程序開(kāi)發(fā)實(shí)例 清華大學(xué)出版社，20082 高吉祥主編 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程 電子工業(yè)出版社，20073 楊素行主編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程 高等教育出版社，20074 蔣輝平主編 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì) 北京航空航天大學(xué)出版社 2007附錄 圖（11）總體原理設(shè)計(jì)圖源代碼#include <reg51.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit lcdrw=P33;sbit lcdrs=P32;s

15、bit lcde=P34;sbit d=P27;sbit s1=P20;sbit s2=P21;sbit s3=P22;sbit cs=P35;sbit wr=P36;uchar s1num,a,ys,j;uint fre;uchar code tosin256=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,0xd

16、d,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xd

17、e,0xdd,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x3

18、5,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x1

19、1,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1a,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 ;/*正弦波碼 */void delay(uint z)/延時(shí)子程序 uchar i,j; for(i=z;i>0;i-) for(j=110;j>0;j-);v

20、oid delay1(uint y) uint i; for(i=y;i>0;i-);void write_com(uchar com) /1602寫(xiě)指令 lcdrs=0;P1=com;delay(5);lcde=1;delay(5);lcde=0;void write_data(uchar date) /1602數(shù)據(jù) lcdrs=1;P1=date;delay(5);lcde=1;delay(5);lcde=0; void init() /初始化 lcdrw=0; lcde=0; wr=0; cs=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_c

21、om(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80+0x00); write_data(0x77); /寫(xiě)wave: write_data(0x61); write_data(0x76); write_data(0x65); write_data(0x3a); write_com(0x80+0x40); /寫(xiě) f： write_data(0x66); write_data(0x3a); void write_f(uint date) /寫(xiě)頻率 uchar qian,bai,shi,ge; qian=date/1000; bai=date/100%10; shi=

22、date/10%10; ge=date%10; write_com(0x80+0x42); write_data(0x30+qian); write_data(0x30+bai); write_data(0x30+shi); write_data(0x30+ge); write_data(0x48); write_data(0x5a);void xsf()/顯示頻率 if(s1num=1) fre=(1000/(9+3*ys); write_f(fre); if(s1num=2) fre=(100000/(3*ys); write_f(fre); if(s1num=3) fre=(1000/(

23、15+3*ys); write_f(fre); void keyscanf() d=0;if(s1=0) delay(5);if(s1=0) while(!s1); s1num+; if(s1num=1) ys=0; write_com(0x80+0x05); write_data(0x73); /寫(xiě)sine: write_data(0x69); write_data(0x6e); write_data(0x65); write_data(0x20); write_data(0x20); if(s1num=2) ys=10;write_com(0x80+0x05); write_data(0x73); /寫(xiě)squrae write_data(0x71); write_data(0x75); write_data(0x61); write_data(0x72); write_data(0x65); if(s1num=3) ys=0