簡易函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、學(xué)號：2012012662單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題 目： 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)學(xué)院(系)：機(jī)械與電子工程學(xué)院專業(yè)年級： 電信122學(xué)生姓名： 徐晗指導(dǎo)教師： XXXXXX完成日期： 2015年7月目錄1、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求11.1設(shè)計(jì)任務(wù)11.2 設(shè)計(jì)要求12、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)12.1 系統(tǒng)方案選擇12.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)23、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1單片機(jī)最小系統(tǒng)33.2 D/A轉(zhuǎn)換電路43.3 鍵控電路43.4整體電路圖44、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)54.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)54.2 子程序軟件設(shè)計(jì)64.2.1初始化程序設(shè)置64.2.2波形設(shè)計(jì)子程序設(shè)計(jì)75、系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果85.1 proteus 仿真結(jié)果85.2 實(shí)物示波器測量結(jié)

2、果106、總結(jié)11參考文獻(xiàn)12附錄113附錄214單片機(jī)課程設(shè)計(jì)函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)本系統(tǒng)采用AT89C52 單片機(jī)作為控制核心，外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路（DAC0832）、按鍵電路，通過按鍵可控制切換正弦波 、三角波、方波及頻率大小。1.2 設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機(jī)的數(shù)字式簡易低頻信號發(fā)生器。用程序產(chǎn)生正弦波、三角波、方波信號，并在Proteus電子設(shè)計(jì)平臺上對方案進(jìn)行仿真，具體要求如下：1) 用程序產(chǎn)生不同函數(shù)（正弦波、三角波、方波）；2) 使用波形選擇開關(guān)、頻率調(diào)節(jié)按鈕，實(shí)現(xiàn)波形切換及頻率變換；3) 使用DAC0832模擬輸出波形。2、系統(tǒng)

3、方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)方案選擇方案一：采用函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038集成模擬芯片，它是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的專用集成電路。但是這種模塊產(chǎn)生的波形都不是純凈的波形，會寄生一些高次諧波分量，采用其他的措施雖可濾除一些，但不能完全濾除掉。D/A鍵 盤單片機(jī)ICL8038運(yùn)算電路顯 示D/A輸出圖1 方案一設(shè)計(jì)框圖方案二：采用分立元件實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的多諧振振蕩器，然后根據(jù)需要加入積分電路等構(gòu)成正弦、矩形、三角等波形發(fā)生器。這種信號發(fā)生器輸出頻率范圍窄，而且電路參數(shù)設(shè)定較繁瑣，其頻率大小的測量往往需要通過硬件電路的切換來實(shí)現(xiàn)，操作不方便。方案三：采用單片機(jī)和DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成波形，

4、由于是軟件濾波，所以不會有寄生的高次諧波分量，生成的波形比較純凈。它的特點(diǎn)是價(jià)格低、性能高，在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少。經(jīng)比較，方案三既可滿足課程設(shè)計(jì)的基本要求又能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，電路簡單，易控制，性價(jià)比較高，且實(shí)驗(yàn)室器件可尋，所以采用該方案。2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是基于AT89C52處理器設(shè)計(jì)一套低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)，并通過DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片輸出信號，示波器觀測信號波形的功能。系統(tǒng)采用按鍵控制信號波形切換及頻率變換。系統(tǒng)總體框圖如圖2。PC機(jī)AT89C52DAC0832示波器最小系統(tǒng)按鍵控制圖2 系統(tǒng)總體框圖3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1 時(shí)鐘電

5、路對于MCS-51常用的晶振在1.2MHZ12MHZ之間選擇，這時(shí)電容C可以對應(yīng)的選擇10pf-30Pf。本設(shè)計(jì)中的電容C使用電容值30pF，晶振選用11.0592MHz。時(shí)鐘電路采用常用的晶振電路，一條引腳接在XTAL1,另一條接在XTAL2。電路圖如圖2所示：圖3 時(shí)鐘電路3.2.2 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化工作，復(fù)位后中央處理器CPU和單片機(jī)內(nèi)的其它功能部件都處在一定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。為了防止程序執(zhí)行過程中失步或運(yùn)行紊亂，此處我們采用了上電復(fù)位及手動復(fù)位電路，電路圖如圖4所示：圖4 復(fù)位電路 3.2 D/A轉(zhuǎn)換電路DAC0832為一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器,單電源供電,在+

6、5 +15V范圍內(nèi)均可正常工作，基準(zhǔn)電壓的范圍為±10V,電流建立時(shí)間為1us,CMOS工藝,低功耗20mW。本設(shè)計(jì)中ILE=1，CS=WR1=0，此時(shí)LE1，允許數(shù)據(jù)輸入；WR2=XFER=0，此時(shí)LE2=0，允許D/A轉(zhuǎn)換。DAC0832引腳連接如圖5。圖5 DAC0832引腳圖 3.3 鍵控電路設(shè)置3個(gè)獨(dú)立的彈性按鍵開關(guān)，分別與單片機(jī)P10,P11,P12相連。當(dāng)對應(yīng)的開關(guān)按下時(shí)，P1口低三位對應(yīng)串口跳變低電平，從程序上看，即該串口賦值“0”，以此實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外部鍵盤的外部控制，其電路圖如圖6。圖6 鍵控電路模塊 3.4整體電路圖系統(tǒng)整體包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、D/A電路、按鍵電路

7、，系統(tǒng)總體電路圖見附錄1.4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中,對正弦信號進(jìn)行采樣,通過查表來實(shí)現(xiàn)輸出不同的幅度值。采樣點(diǎn)越密,信號失真度也就越小。對于三角波,就是實(shí)現(xiàn)2次循環(huán),通過由最小值到最大值和由最大值到最小值的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)三角波的輸出。方波的輸出時(shí)間間隔由鍵盤輸入,然后由軟件通過定時(shí)、計(jì)數(shù)器來控制，設(shè)置P20口輸出方波波形。程序設(shè)計(jì)中，通過外部按鍵開關(guān)來控制計(jì)數(shù)初值及波形切換。因此，通過控制對應(yīng)按鍵就可以控制整個(gè)信號的頻率,其計(jì)數(shù)初值=65 536-輸入值。本程序設(shè)定寄存器T0作定時(shí)器,T1作計(jì)數(shù)器。設(shè)定初值917，此時(shí)中斷初始時(shí)間50ms。程序運(yùn)行中T0/T1被調(diào)用后開始計(jì)

8、數(shù),總定時(shí)時(shí)間到,輸出一個(gè)點(diǎn),反復(fù)循環(huán),從而在一個(gè)周期內(nèi)輸出完整波形。系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖7。Y查鍵號，按鍵值執(zhí)行功能有鍵按下？N頻率加頻率減波型切換開始輸出圖7 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)框圖4.2 子程序軟件設(shè)計(jì)4.2.1初始化程序設(shè)置本設(shè)計(jì)方案設(shè)定TMOD=0x11，T0計(jì)數(shù),T1定時(shí)。使用的晶振11.0592MHz，則機(jī)器周期約為1.09us。設(shè)定的初始化計(jì)數(shù)初值THHL為（65536-917），則中斷初始化定時(shí)1ms。同時(shí)計(jì)數(shù)變化值也為每按鍵一次變化917。初始化設(shè)置框圖如圖8所示：T1中斷允許，開定時(shí)器，開總中斷T1置初值，設(shè)為16位定時(shí)模式開始返回圖8 初始化子程序設(shè)計(jì)框圖4.2.2波形

9、設(shè)計(jì)子程序設(shè)計(jì)程序編寫時(shí)對于正弦波及三角波使用的是“查數(shù)據(jù)表法”，其具體數(shù)據(jù)可通過線性運(yùn)算求得。預(yù)先設(shè)定兩個(gè)點(diǎn)（0,80H）、（/2,0FFH）,設(shè)置在0至/2范圍內(nèi)有64個(gè)點(diǎn)，則可以求得正弦波的函數(shù)方程為Y=127sin（90n/64）+128，(n=1,2,3,.256)，如當(dāng)n=1時(shí)，求得Y=83H。這樣即可得到256點(diǎn)對應(yīng)波形。此外，方波由P20輸出，key3按鍵控制切換正弦波、三角波輸出。波形程序設(shè)計(jì)框圖如圖9所示。NY波形切換=1？開中斷、中斷返回查表數(shù)據(jù)指針加1正弦波輸出方波輸出三角波輸出關(guān)中斷、關(guān)定時(shí)、重裝初值、開定時(shí)中斷開始圖9 波形設(shè)計(jì)輸出子程序框圖5、系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果5.1

10、proteus 仿真結(jié)果本設(shè)計(jì)基于proteus開發(fā)環(huán)境，繪制原理電路、加載程序后，直接采用虛擬示波器觀測波形。其中，對于頻數(shù)的增減按鍵，由于計(jì)數(shù)器為16位定時(shí)器，最大值為65535，在加減時(shí)用917作為加（減）數(shù)，即信號間隔變化1ms，這樣頻率的調(diào)整變化較快些，但是在接近最高頻率變化太快。因此，調(diào)試時(shí)可根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)選擇加減數(shù)的大小。本系統(tǒng)低頻函數(shù)發(fā)生器指標(biāo)仿真測試如下：1) 初始設(shè)置為三角波輸出，其波形如圖10所示：圖10 三角波輸出波形 2) Key3按下時(shí)切換至正弦波，為前后對比突出，截取改變時(shí)刻波形如圖11：圖11 正弦波輸出波形對比圖 3) P20輸出方波信號，其波形如圖12所示：圖

11、12方波信號波形 4) key1頻率增加鍵，key2是頻率減小鍵。以正弦波為例，增大頻率時(shí)，其周期變長，截取改變時(shí)刻波形圖如圖13所示：圖13 頻率減小正弦波前后波形對比5.2 實(shí)物示波器測量結(jié)果1) Key3按下時(shí)切換至正弦波，截取改變時(shí)刻波形如圖14：圖14三角波切換至正弦波2) Key1鍵是頻率增加鍵，Key2鍵是頻率減小鍵。以三角波為例，?？梢钥闯?，增加頻率后周期變短，從波形上看則是此時(shí)輸出三角波線條替換上一周期所對應(yīng)的波形，突出對比前后變化波形如圖15所示：圖15 增加頻率三角波前后波形對比 6、總結(jié)本次課設(shè)是基于AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的低頻函數(shù)信號發(fā)生器，并利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器

12、DAC0832來實(shí)現(xiàn)波形輸出，同時(shí)通過外部按鍵來改變信號的頻率以及波型的切換。硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，則利用之前制作的正常工作的單片機(jī)開發(fā)板，并在面包板上搭建DAC0832芯片及電路連接，調(diào)整好電路板，接好每一根導(dǎo)線，進(jìn)行調(diào)試，繼而通過示波器即可觀測、記錄波形。按鍵部分設(shè)置key1是增加波形信號的頻率，key2是減少波形信號的頻率，key3是三角波以及正弦波的切換按鍵。以頻率變化為例，當(dāng)頻率增加（減少）時(shí)，對應(yīng)示波器上在一個(gè)周期內(nèi)，可以直觀的觀測到改動后波形替換上一周期的波形，時(shí)間間隔對應(yīng)減?。ㄔ黾樱?。程序設(shè)計(jì)中對于正弦波及三角波信號的生成，采用的是“查表法”。當(dāng)然了，實(shí)際編程時(shí)則是直接在網(wǎng)上尋找到一

13、般使用的正弦波（三角波）16進(jìn)制數(shù)據(jù)表。至于按鍵開關(guān)控制信號頻率部分，則是通過改變中斷定時(shí)計(jì)數(shù)初值（65536-變化值）來改變的。設(shè)定的初始化計(jì)數(shù)初值THHL為65536-917，T1定時(shí)方式1，1ms中斷定時(shí)。計(jì)數(shù)變化值為每按鍵一次變化917?？傊?，此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了自身“鍵盤”、“D/A”的不足，學(xué)習(xí)了一種設(shè)計(jì)低頻信號發(fā)生器的方法，更加深刻的理解了其原理及使用方法，收貨頗豐。同時(shí)，課題中也并未要求制作實(shí)物。而實(shí)際上，本人則在實(shí)現(xiàn)proteus仿真后也搭建了硬件電路 ，用示波器進(jìn)行了顯示、記錄，達(dá)到了預(yù)期的效果。參考文獻(xiàn)1 李庭貴.基于DAC0832和AT89S52的信號發(fā)生器設(shè)計(jì)J.

14、 電子科技. 2012(06)2 逯久鑫,彭旋,樊軍慶.基于51單片機(jī)的低頻信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真J. 電子設(shè)計(jì)工程. 2011(16)3 田蛟,展文豪,張宏偉.基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計(jì)J. 信息技術(shù). 2011(05)4 黃鵬勇.基于AT89S51單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計(jì)J. 科技經(jīng)濟(jì)市場. 2011(04)5 石玉軍,劉振來.函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真J. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2008(09)6 萬永芳,余忠凱.一種采用80C51的函數(shù)信號發(fā)生器硬件設(shè)計(jì)J. 長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)理工卷. 2008(03)7 郭文川主編. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)，中國農(nóng)業(yè)出版社，2007.8附錄1附錄2#i

15、nclude "reg51.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define key P1#define dataout P0/*正弦波數(shù)據(jù)表*/uchar code sin_tab256=0x80,0x83,0x85,0x88,0x8A,0x8D,0x8F,0x92,0x94,0x97,0x99,0x9B,0x9E,0xA0,0xA3,0xA5,0xA7,0xAA,0xAC,0xAE,0xB1,0xB3,0xB5,0xB7,0xB9,0xBB,0xBD,0xBF,0xC1,0xC3,0xC5,0xC

16、7,0xC9,0xCB,0xCC,0xCE,0xD0,0xD1,0xD3,0xD4,0xD6,0xD7,0xD8,0xDA,0xDB,0xDC,0xDD,0xDE,0xDF,0xE0,0xE1,0xE2,0xE3,0xE3,0xE4,0xE4,0xE5,0xE5,0xE6,0xE6,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE6,0xE6,0xE5,0xE5,0xE4,0xE4,0xE3,0xE3,0xE2,0xE1,0xE0,0xDF,0xDE,0xDD,0xDC,0xDB,0xDA,0xD8,0xD7,0xD6,0xD4,0xD3,0xD1,0xD

17、0,0xCE,0xCC,0xCB,0xC9,0xC7,0xC5,0xC3,0xC1,0xBF,0xBD,0xBB,0xB9,0xB7,0xB5,0xB3,0xB1,0xAE,0xAC,0xAA,0xA7,0xA5,0xA3,0xA0,0x9E,0x9B,0x99,0x97,0x94,0x92,0x8F,0x8D,0x8A,0x88,0x85,0x83,0x80,0x7D,0x7B,0x78,0x76,0x73,0x71,0x6E,0x6C,0x69,0x67,0x65,0x62,0x60,0x5D,0x5B,0x59,0x56,0x54,0x52,0x4F,0x4D,0x4B,0x49,0x4

18、7,0x45,0x43,0x41,0x3F,0x3D,0x3B,0x39,0x37,0x35,0x34,0x32,0x30,0x2F,0X2D,0x2C,0X2A,0x29,0x28,0x26,0x25,0x24,0x23,0x22,0x21,0x20,0x1F,0x1E,0x1D,0x1D,0x1C,0x1C,0x1B,0x1B,0x1A,0x1A,0x1A,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x1A,0x1A,0x1A,0x1B,0x1B,0x1C,0x1C,0x1D,0x1D,0x1E,0x1F,0x20,0x21,0x22,0x23,0x2

19、4,0x25,0x26,0x28,0x29,0X2A,0x2C,0X2D,0x2F,0x30,0x32,0x34,0x35,0x37,0x39,0x3B,0x3D,0x3F,0x41,0x43,0x45,0x47,0x49,0x4B,0x4D,0x4F,0x52,0x54,0x56,0x59,0x5B,0x5D,0x60,0x62,0x65,0x67,0x69,0x6C,0x6E,0x71,0x73,0x76,0x78,0x7B,0x7D;/*三角波數(shù)據(jù)表*/uchar code thr_tab256=0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87,0x89,0

20、x89,0x8A,0x8B,0x8C,0x8D,0x8E,0x8F,0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,0x95,0x96,0x97,0x98,0x99,0x9A,0x9B,0x9C,0x9D,0x9E,0x9F,0xA0,0xA1,0xA2,0xA3,0xA4,0xA5,0xA6,0xA7,0xA8,0xA9,0xAA,0xAB,0xAC,0xAD,0xAE,0xAF,0xB0,0xB1,0xB2,0xB3,0xB4,0xB5,0xB6,0xB7,0xB8,0xB9,0xBA,0xBB,0xBC,0xBD,0xBE,0xBF,0xBF,0xBE,0xBD,0xBC,0xBB,0

21、xBA,0xB9,0xB8,0xB7,0xB6,0xB5,0xB4,0xB3,0xB2,0xB1,0xB0,0xAF,0xAE,0xAD,0xAC,0xAB,0xAA,0xA9,0xA8,0xA7,0xA6,0xA5,0xA4,0xA3,0xA2,0xA1,0xA0,0x9F,0x9E,0x9D,0x9C,0x9B,0x9A,0x99,0x98,0x97,0x96,0x95,0x94,0x93,0x92,0x91,0x90,0x8F,0x8E,0x8D,0x8C,0x8B,0x8A,0x89,0x89,0x87,0x86,0x85,0x84,0x83,0x82,0x81,0x80,0x7F,0

22、x7E,0x7D,0x7C,0x7B,0x7A,0x79,0x78,0x77,0x76,0x75,0x74,0x73,0x72,0x71,0x70,0x6F,0x6E,0x6D,0x6C,0x6B,0x6A,0x69,0x68,0x66,0x66,0x65,0x64,0x63,0x62,0x61,0x60,0x5F,0x5E,0x5D,0x5C,0x5B,0x5A,0x59,0x58,0x55,0x55,0x55,0x54,0x53,0x52,0x51,0x50,0x4F,0x4E,0x4D,0x4C,0x4B,0x4A,0x49,0x48,0x44,0x44,0x45,0x44,0x43,0

23、x42,0x41,0x40,0x40,0x41,0x42,0x43,0x44,0x45,0x46,0x47,0x48,0x49,0x4A,0x4B,0x4C,0x4D,0x4E,0x4F,0x50,0x51,0x52,0x53,0x55,0x55,0x56,0x57,0x58,0x59,0x5A,0x5B,0x5C,0x5D,0x5E,0x5F,0x60,0x61,0x62,0x63,0x66,0x65,0x66,0x67,0x68,0x69,0x6A,0x6B,0x6C,0x6D,0x6E,0x6F,0x70,0x71,0x72,0x73,0x77,0x75,0x76,0x77,0x78,0x79,0x7A,0x7B,0x7C,0x7D,0x7E,0x7F;/*/uint data THHL;uchar data keyword,n=0;bdata sinthr;sbit sin_thr=sinthr0;sbit ww=P20; /*方波輸出*/sbit key1=P10;sbit key2=P11;sbit key3=P12;/*x