簡易波形發(fā)生器課程設計

1、 課 程 設 計 課程名稱: 單片機原理及應用 設計課題: 單片機信號波形發(fā)生器 指導教師: 專業(yè)： 班級： 姓名： 學號： 二O 年 月 日課程設計（論文）任務書I、課程設計(論文)題目：簡易波形發(fā)生器II、課 程設計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設計技術要求：控制DAC0832分別產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波三種波形III、課 程 設計(論文)工作內(nèi)容及完成時間： 、主 要參考資料：1周淇.單片機原理及應用：基于Keil及Proteus.北京：北京航空航天大學出版社，2014.2鐘睿.MCS-51單片機原理及應用開發(fā)技術M.北京：中國鐵道出版社，2006.3張毅剛.單片機原理與應用設計.北京

2、：電子工業(yè)出版社，2008. 單片機的波形信號發(fā)生器設計 摘要: 信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。目前使用的信號發(fā)生器大部分是函數(shù)信號發(fā)生器，且特殊波形發(fā)生器的價格昂貴。本系統(tǒng)利用MCS-51單片機采用程序設計方法與DAC0832構成的波形發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波、三角波、方波三種波形, 它是使用頻度很高的電子儀器?，F(xiàn)在的波形發(fā)生器都采用單片機來構成。單片機波形發(fā)生器是以單片機核心，配相應的外圍電路和功能軟件，能實現(xiàn)各種波形發(fā)生的應用系統(tǒng)，它由硬件部分和軟件部分組成，硬件是系統(tǒng)的基礎，軟件則是在硬件的基礎上，對其合理的調(diào)配和使用從而完成波形發(fā)生的任務。

3、波形的周期可用程序改變，并可根據(jù)需要選擇單極性輸出或雙極性輸出，具有線路簡單、結構緊湊、性能優(yōu)越等特點，信號發(fā)生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途。關鍵詞： MCS-51單片機 DAC0832 信號發(fā)生器目 錄引言·····················(5) 1 目的與要求 1.1 目的·······

4、83;··········(6) 1.2 要求··················(6)2 硬件設計 2.1 總體設計原理框圖············(6) 2.2 51單片機的結構·

5、83;···········(6) 2.3 轉(zhuǎn)換芯片DAC0832簡介··········(8) 2.4 電路仿真圖···············(10) 3 系統(tǒng)程序設計 3.1 主程序流程圖····

6、;··········(11) 3.2 波形產(chǎn)生模塊··············(12) 3.3 系統(tǒng)源程序···············(12) 3.4 生成波形現(xiàn)象···

7、83;··········(14)4 課程設計結論···············(15)參考文獻···················（16）引 言在計算機控制

8、技術、電子技術飛速發(fā)展的今天，信號發(fā)生器的應用越來越廣，對信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出信號的頻率微調(diào)分辨率提出越來越高的要求，普通的頻率源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電子技術的高標準要求。國內(nèi)外紛紛設計制作先進的信號發(fā)生器，從實用價值來看，各高校中信號發(fā)生器應用極為廣泛，能夠設計出低成本、高精度的信號發(fā)生器并推廣使用具有非常重要的意義。單片機作為計算機的一個重要分支，具有普通計算機不具備的的一系列優(yōu)點。其體積小，功能強，可靠性高，價格低，性能穩(wěn)定，被廣泛應用于智能儀器儀表、自動控制、通信系統(tǒng)、家用電器和計算機外圍設備等。此外，單片機嵌入式系統(tǒng)還在農(nóng)業(yè)、化工、軍事、航空航天等領域得到廣泛

9、應用。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的工程技術人員。單片機的信號發(fā)生器的設計，以MCS-51單片機為核心，以簡單、廉價的元器件構筑，能夠產(chǎn)生高精度、高純度的方波、三角波、鋸齒波，同時可以實現(xiàn)波形切換。目前購買的信號發(fā)生器價格昂貴，功能強大，實際在高校開展實驗過程中用到最多的是低頻函數(shù)信號發(fā)生器。如果能夠在高校實驗領域應用本文設計的儀器取代它們，將具有重要的實際意義。信號發(fā)生器應用廣泛，種類繁多，性能各異，分類也不盡一致。按照頻率范圍分類可以分為：超低頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器、視頻信號發(fā)生器、高頻波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻信號發(fā)生器。按照輸出波形分類

10、可以分為：正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器，非正弦信號發(fā)生器又包括：脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、數(shù)字序列波形發(fā)生器、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等。按照信號發(fā)生器性能指標可以分為一般信號發(fā)生器和標準信號發(fā)生器。前者指對輸出信號的頻率、幅度的準確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類信號發(fā)生器。后者是指其輸出信號的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號發(fā)生器。本次課程設計是做單片機的信號發(fā)生器，將采用編程以及直流電機轉(zhuǎn)動的方法來實現(xiàn)三角波、鋸齒波、方波的發(fā)生。根據(jù)設計的要求，對各種波形進行程序的編寫，并將所寫程序輸入單片機的運

11、行軟件中。在程序運行中，由開關控制，D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832進行轉(zhuǎn)換輸出所需要的波形。1 目的與要求1.1、目的1、完成D/A轉(zhuǎn)換及接口電路的設計和完成開關電路設計；2、掌握延時子程序在主程序中的作用；3、掌握DAC0832各引腳的作用及工作原理；4、掌握DJ598K 單片機的結構及功能。1.2、要求以MCS-51為主控，利用DAC0832轉(zhuǎn)換和外圍電路，設計一個信號發(fā)生器，要求實現(xiàn)以下功能：(1) 信號發(fā)生器能產(chǎn)生方波，三角波，鋸齒波等波形。(2) 通過控制開關能對三種波形進行選擇輸出。2 硬件設計2.1、總體設計原理框圖2.2、51單片機的結構 51單片機引腳圖典型的MCS-51單片機芯

12、片集成了以下幾個基本組成部分：1) 一個8位的CPU；2) 128B或256B單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；3) 4KB或8KB片內(nèi)程序存儲器（ROM或EPROM）；4) 4個8位并行I/O接口P0P3；5) 兩個定時/計數(shù)器；6) 5個中斷源的中端管理控制系統(tǒng)；7) 一個全雙工串行I/O口UART（通用異步接收、發(fā)送器）；8) 一個片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。 CPU結構CPU是單片機的核心部件。它由運算器和控制器等部件組成。程序計數(shù)器PCPC是一個16位的計數(shù)器，用于存放一條執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64KB，PC有自動加1功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動加1。 指令寄存器指令寄存器

13、用于存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時，由程序存儲器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，經(jīng)指令譯碼器譯碼后由定時有控制電路發(fā)出相應的控制信號，完成指令功能。單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準；復位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。 時鐘電路 單片機的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式。一種是內(nèi)部時鐘方式；另一種是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接晶振就構成了自激振蕩器，并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)，常用于多片單片機同時工作，已使各單片機同步。單片機的時序單位：晶振周期為時鐘

14、脈沖頻率的倒數(shù)，為最小的時序單位，也稱T狀態(tài)；時鐘周期包含兩個晶振周期，也稱S狀態(tài)；完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期，由6個時鐘周期組成，即12個晶振周期；指令的執(zhí)行時間稱為指令周期，通常含有14個機器周期。2.3、轉(zhuǎn)換芯片DAC0832簡介DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。這個芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。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)換控制電路構成。 DAC0832引腳圖·DAC0832內(nèi)部無參考電壓源；須外接參考電壓源。·DAC0832為電流輸入型D/A轉(zhuǎn)換

15、器，要獲得模擬電壓輸出時，需要外加轉(zhuǎn)換電路。DAC0832的引腳圖及邏輯結構如下圖： DAC0832結構框圖及引腳排列 引腳定義及功能（圖2.2） DAC0832芯片有20個引腳，采用雙列直插式封裝。各功能如下：DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平，有效時間長于90ns。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。 CS：片選信號輸入線，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫選通信號，負脈沖有效（脈沖寬度應大于500us），當CS為0，WR1有效時，DI0DI7狀態(tài)被鎖存到輸入寄存器。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。 WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線，負脈沖有效（脈沖寬

16、度應大于500us）。當XFER為0且WR2有效時，輸入寄存器的狀態(tài)被傳到DAC寄存器中。 Iout1: 電流輸出線。當輸入全為1時Iout1最大。 Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。 Rfb: 反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部此端與Iout1之間已接有1個15千歐的電阻。 Vcc: 電源輸入線 (+5v+15v) 。Vref: 基準電壓輸入線 (-10v+10v)。此端電壓決定 D/A輸出電壓的范圍。如果Vref接+10V，則輸出電壓范圍為0-10V：如果Vref接-5V，則輸出電壓范圍為0+5V。AGND: 模擬地,摸擬信號和基準電源的參考地. DGND: 數(shù)字地,為工作電源

17、地和數(shù)字邏輯地。·51單片機和DAC0832接口時，可以有3種連接方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。 （1）直通方式：即數(shù)據(jù)經(jīng)過雙重緩沖后再送入DA轉(zhuǎn)換電路，執(zhí)行兩次寫操作才能完成一次DA轉(zhuǎn)換。這種方式可在DA轉(zhuǎn)換的同時，進行下一個數(shù)據(jù)的輸入，可提高轉(zhuǎn)換速率。更為重要的是，這種方式特別適用于要求同時輸出多個模擬量的場合。此時，要用多片DAC0832組成模擬輸出系統(tǒng)，每片對應一個模擬量。 （2）單緩沖方式：不需要多個模擬量同時輸出時，可采用此種方式。此時兩個寄存器之一處于直通狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)只經(jīng)過一級緩沖送入DA轉(zhuǎn)換電路。這種方式只需執(zhí)行一次寫操作，即可完成DA轉(zhuǎn)換。 （3）雙緩沖

18、方式：此時兩個寄存器均處于直通狀態(tài)，因此要將、和端都接數(shù)字地，ILE接高電平，使LE1、LE2均為高電平，致使兩個鎖存寄存器同時處于放行直通狀態(tài)，數(shù)據(jù)直接送入DA轉(zhuǎn)換電路進行DA轉(zhuǎn)換。這種方式可用于一些不采用微機的控制系統(tǒng)中或其他不須0832緩沖數(shù)據(jù)的情況。2.4、電路仿真圖 ·電路原理： 通過51單片機的程序輸出以及DAC0832轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，連接到直流電機上，通過開關的控制，進行波形的輸出以及選擇。·波形發(fā)生器仿真電路 ：3 系統(tǒng)程序設計3.1、主程序流程圖3.2、波形產(chǎn)生模塊 ·設計思想：利用轉(zhuǎn)移指令，當3個開關中有任意一個閉合時，跳轉(zhuǎn)至該開關所對應的波形程

19、序，再通過延時程序，通過直流電機的轉(zhuǎn)動情況來判斷輸出的波形，沒執(zhí)行一次波形所對應的程序后，在調(diào)到開關控制處，判斷開關通斷情況，如果閉合，則繼續(xù)執(zhí)行對應波形程序，循環(huán)下去，否則在開關處死循環(huán)。3.3、系統(tǒng)源程序·程序如下：開關處的程序：ORG 0000H ；程序開始START:MOV SP,60H ；更改堆棧地址，避免堆棧與工作寄存器區(qū)發(fā)生沖突。JB P1.0,IR0 ；方波控制開關。JB P1.1,IR1 ；鋸齒波控制開關。JB P1.2,IR2 ；三角波控制開關。SJMP START ；循環(huán)檢測方波：方波的實現(xiàn)只需開始的時候設置一個初值然后直接輸出這個值就行了，輸出一段時間后，然后

20、再重新置一個數(shù)據(jù)，然后再輸出這個數(shù)據(jù)一段時間，但是此時的時間一定要等于前面那段時間。方波的程序：IR0:MOV DPTR,#FF80H ；DAC0832的端口地址。LOOP:MOV A,#0 MOVX DPTR,A ；輸出低電平。 MOV 30H,#10 ACALL DEL ；跳到延時程序。 MOV A,#0A0H MOVX DPTR,A ；輸出低電平。 MOV 30H,#10 ACALL DEL AJMP START ；跳到開始位置進行開關通斷判斷。 SJMP LOOP DEL:MOV R7,#250 DEL1:MOV R6,#250 DEL2:DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DE

21、L1 DJNZ 30H,DELRET鋸齒波：鋸齒波的實現(xiàn)過程是首先定義一個初值然后進行加法操作，沒加一次就跳到延時子程序一次，加的步數(shù)的多少則根據(jù)要求的頻率來進行。然后加到某個數(shù)之后就再重新設置為初值，再重復執(zhí)行剛剛的操作，如此循環(huán)下去。鋸齒波程序：IR1: MOV DPTR,#0FF80H MOVX DPTR,A INC A ；A自加1后循環(huán)。ACALL DELAYAJMP STARTDELAY:MOV R7,#150DLY1: MOV R6,#150DLY2: DJNZ R6,DLY2 DJNZ R7,DLY1 RET三角波：三角波與上升階段與鋸齒波的上升階段類似，只要在加一個自減和一個延

22、時就可以了。三角波程序：IR2: CLR A MOV DPTR,#0FF80HDOWN:MOVX DPTR,A ；生成上升的一半三角波。 INC AACALL DELAY ；跳到延時子程序。JNZ DOWNMOV A,#0FEHUP: MOVX DPTR,A ；生成下降的一半三角波。DEC AACALL DELAYAJMP STARTJNZ UPSJMP DOWNEND3.4、生成波形現(xiàn)象（1）方波：當運行方波的程序，控制開關打開后，直流電機的轉(zhuǎn)動先是保持一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動一段時間，一段時間之后轉(zhuǎn)動停止，停止時間和轉(zhuǎn)動時間保持一致，然后又開始轉(zhuǎn)動，一直這樣往復循環(huán)下去，直到控制開關斷開。（2）鋸齒波：當運行鋸齒波的程序，