基于單片機的波形發(fā)生器C語言

1、單片機原理及接口技術(shù)課程設(shè)計報告設(shè)計題目： 波形發(fā)生器 學(xué) 號： 1202601* 姓 名： * 指導(dǎo)教師： 孫* 信息與電氣工程學(xué)院二零一五年六月波形發(fā)生器設(shè)計波形發(fā)生器作為一種常用的信號源,是現(xiàn)代測試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一。在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設(shè)備時，都學(xué)要有信號源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件或設(shè)備上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號發(fā)生器是電子測量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號,如正弦波,三角波,方波等,因而廣泛用于通信、雷達、導(dǎo)航、宇航等領(lǐng)域。本系統(tǒng)

2、利用單片機AT89C51采用程序設(shè)計方法產(chǎn)生鋸齒波、正弦波、三角波三種波形，再通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，濾波放大，最終由示波器顯示出來，通過鍵盤來控制三種波形的類型選擇、頻率變化，并通過LED顯示其各自的周期。本次關(guān)于產(chǎn)生不同低頻信號的信號源的設(shè)計方案，不僅在理論和實踐上都能滿足實驗的要求，而且具有很強的可行性。該信號源的特點是：體積小、價格低廉、性能穩(wěn)定、實現(xiàn)方便、功能齊全。1. 設(shè)計任務(wù)結(jié)合實際情況，基于AT89C51單片機設(shè)計一個波形發(fā)生器。該系統(tǒng)應(yīng)滿足的功能要求為：(1) 產(chǎn)生三種波形（三角波、鋸齒波、正弦波）；(2) 按鍵選擇波形，加減鍵選擇頻率；(3)

3、 在示波器中顯示三種波形；(4) 在六位數(shù)碼管上顯示周期；主要硬件設(shè)備：單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)、AT89C51單片機、DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換芯電路、六位數(shù)碼管（LED）、矩陣鍵盤、8155芯片、示波器。2. 整體方案設(shè)計波形發(fā)生器系統(tǒng)以AT89C51單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，應(yīng)用其強大的接口功能，構(gòu)成整個波形發(fā)生器系統(tǒng)。利用 AT89S52 單片機構(gòu)造多功能信號發(fā)生器，可產(chǎn)生正弦波，方波，三角波，鋸齒波四種波形，通過 C 語言對單片機的編程即可產(chǎn)生相應(yīng)的波形信號，并可以通過鍵盤進行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號頻率的控制，當(dāng)輸出的數(shù)字信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬信號也就得到所需要的信號波形，通過運算放大器的放大輸出波

4、形，同時讓顯示器顯示輸出的波形信息。（1） 三角波產(chǎn)生思路首先，根據(jù)按鍵設(shè)定的波形頻率，選擇一個周期內(nèi)合適的點數(shù)，根據(jù)點數(shù)和峰值計算相鄰2個點的幅度的步進值，根據(jù)點數(shù)和頻率設(shè)定相鄰2點的時間值，計算出定時器的初值，然后，設(shè)置一個變量每進一次定時中斷DA數(shù)據(jù)就加幅值步進，當(dāng)?shù)扔诳傸c數(shù)的一半時，每進一次定時中斷就把DA數(shù)據(jù)減幅值步進直到DA數(shù)據(jù)為0，計數(shù)變量清零。每進一次定時中斷輸出刷新DA的數(shù)據(jù)就可以產(chǎn)生一定頻率和幅值的三角波。（2）鋸齒波產(chǎn)生思路首先，根據(jù)按鍵設(shè)定的波形頻率，選擇一個周期內(nèi)合適的點數(shù)，根據(jù)點數(shù)和峰值計算相鄰2個點的幅度的步進值，根據(jù)點數(shù)和頻率設(shè)定相鄰2點的時間值，計算出定時器的

5、初值，然后，定時輸出刷新DA的數(shù)據(jù)就可以產(chǎn)生一定頻率和幅值的波形。（3）正弦波產(chǎn)生思路首先，寫一個表格，然后根據(jù)按鍵設(shè)定的波形頻率，選擇一個周期內(nèi)合適的點數(shù)，根據(jù)點數(shù)和峰值計算相鄰2個點的幅度的步進值，根據(jù)點數(shù)和頻率設(shè)定相鄰2點的時間值，計算出定時器的初值，然后，設(shè)置一個變量每進一次定時中斷DA數(shù)據(jù)就加幅值步進，當(dāng)?shù)扔诳傸c數(shù)的一半時，每進一次定時中斷就查表把DA數(shù)據(jù)減幅值步進直到DA數(shù)據(jù)為0，計數(shù)變量清零。每進一次定時中斷查表輸出刷新DA的數(shù)據(jù)就可以產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦波。DAC0832時鐘電路放大、濾波電路AT89C51復(fù)位電路 示波器顯示波形LED顯示頻率 矩陣鍵盤圖2-1 系統(tǒng)的整體

6、方案設(shè)計圖 本系統(tǒng)硬件主要由D/A轉(zhuǎn)換器、顯示系統(tǒng)、矩陣鍵盤等幾部分組成。各模塊的主要功能如下：(1) D/A轉(zhuǎn)換器的功能是把單片機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成0-5V的模擬信號。(2) 顯示系統(tǒng)中六位數(shù)碼管顯示波形頻率，示波器顯示波形。(3) 矩陣鍵盤選擇波形，增加減少頻率。3. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 時鐘電路單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。在引腳XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器，構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩，并產(chǎn)生振動時鐘脈沖。晶振通常選用 6MHZ、12MHZ、24MHZ。本設(shè)計中時鐘電路圖

7、如圖3-1，我們選擇了12MHZ和晶振分別接引腳XTAL1和XTAL2，電容 C1，C2 均選擇為 30pF，對振蕩器的頻率有穩(wěn)定作用，當(dāng)頻率較大時，正弦波、三角波、鋸齒波中每一點的延時時間為幾微妙，故延時時間還要加上指令時間才能獲得較大的頻率波形。單片機的時序單位振蕩周期:晶振的振蕩周期，又稱時鐘周期，為最小的時序單位。機器周期:1個機器周期由12個振蕩周期組成，是計算機執(zhí)行一種基本操作的時間單位。指令周期:執(zhí)行一條指令所需的時間。一個指令周期由1-4個機器周期組成，依據(jù)指令不同而不同. 圖3-1 時鐘電路3.2 復(fù)位電路復(fù)位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來

8、抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本設(shè)計選擇了按鍵復(fù)位如圖3-2,在系統(tǒng)運行時，按一下按鍵，就在 RST 斷出現(xiàn)一段高電平，使器件復(fù)位。此時 ALE、PSEN、P0、圖3-2時鐘電路圖P1、P2、P4 輸出高電平，RST 上輸入返回低電平以后，變退出復(fù)位狀態(tài)開始工作。 圖3-2 復(fù)位電路單片機的復(fù)位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機冷啟動后，片內(nèi)RAM為隨機值，運行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)R

9、AM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值統(tǒng)復(fù)位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下。51單片機的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機即進入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。51單片機在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低

10、廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)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(gòu)成。DAC0832的主要特性參數(shù)如下：1）分辨率為8位；2）電流穩(wěn)定時間1us；3）可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；4）只需在滿量程下調(diào)整其線性度；5）單一電源供電（+5V+15V）；6）低功耗，200mW。DAC0832的工作原理：利用8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0808,可以將8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。數(shù)字量輸入的范圍為0255，對應(yīng)的模擬量輸出的范圍在VREF-到VREF+之間。根據(jù)這一特性，可以利用單片機的并行口輸出的數(shù)字量，產(chǎn)生常用的波形。

11、DAC0832電路與單片機的接口電路如圖3-3所示。 圖3-3 DAC0832與單片機的接口電路3.4 運算放大電路 圖3-4 運算放大電路 LM324的5管腳與DAC0832的（IOUT2）12管腳相連，LM324的6管腳與DAC0832的（IOUT1）11管腳相連，LM324的7管腳與DAC0832的REF（9）管腳相連.第一級運算放大器的作用是將DAC0832輸出的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號V1，第二級運算放大器的作用是將V1通過反向放大電路-（R2/R1）倍。 題目要求輸出的電壓在0-5V可調(diào)，而V1的電壓大約是5V，所以R1選擇5K的電阻，R2選擇10K的電位器，這樣最大的輸出電壓為5*

12、（10/2）=10，最小電壓為0，可以實現(xiàn)題目要求的0-5V。3.5 矩陣鍵盤電路 圖3-5 矩陣鍵盤電路圖中鍵盤獨立鍵盤行引出的四根線接8155芯片的PC口，六根列線接8155芯片的PA口，采用線反轉(zhuǎn)法掃描鍵盤，確定鍵位。如圖按鍵K1為頻率加、K2為頻率減，按鍵K4切換三角波，按鍵K5切換鋸齒波，按鍵K6切換正弦波。3.6 六位數(shù)碼管（LED）顯示電路 圖3-6 LED顯示電路本設(shè)計選擇了6位共陰極數(shù)碼管如圖3-6，它的6個發(fā)光二極管的陰極（二極管正端）連接在一起，通常公共陰極接低電平電平，其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮，根據(jù)發(fā)光字

13、段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。 顯示電路用于顯示信號的頻率，并且使系統(tǒng)能根據(jù)按鍵實時顯示先關(guān)信息。該系統(tǒng)中添加一個74LS241 鎖存器，用于驅(qū)動數(shù)碼顯示管，使其更易于控制，增加顯示的準確性。數(shù)碼管第三位用來顯示波形信號的頻率，頻率是以100HZ步進顯示。 要使顯示管顯示不同的數(shù)字或者字符，需要使端口輸出相應(yīng)的字型碼，顯示器的字形與字碼關(guān)系如表3-6：共陰極012345673FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H89ABCDEF7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H 4.

14、系統(tǒng)程序設(shè)計4.1 主程序流程圖 開始 變量、數(shù)組、端口初始化函數(shù)初始化定時器T0初始化，開中斷 按鍵掃描波形模式選擇頻率加減選擇 減 加查表、定時器0定時時間計算數(shù)碼管顯示示波器顯示 給DAC0832直圖4-1 主流程圖 主程序首先將需要初始化的部分進行初始化，然后負責(zé)循環(huán)執(zhí)行按鍵掃描，數(shù)碼管顯示、DA數(shù)據(jù)輸出和示波器顯示。 這些過程都是以模塊化的程序?qū)崿F(xiàn)的，程序中有，按鍵掃描程序、數(shù)碼管掃描顯示程序、定時器定時計算程序、查表程序和DA數(shù)據(jù)輸出程序，通過調(diào)用這些程序完成波形的產(chǎn)生，幅值和頻率的改變。4.2 按鍵處理子程序流程圖程序位于函數(shù)Scan-Key()和Shao-Key()中，函數(shù)位于

15、主循環(huán)中，每循環(huán)一次調(diào)用一次，檢測鍵盤是否按下，如果按下去延時抖動，然后檢測到底是哪個按鍵按下，針對不同的按鍵按下采取不同的動作。因為按鍵采用的是掃描法，故需要注意消抖的處理，在此用軟件法去抖動即可。軟件法去抖動的實質(zhì)是軟件延時，即檢測到某一鍵狀態(tài)變化后延時一段時間，再檢測該按鍵的狀態(tài)是否保持著，如是則作為按鍵處理，否則，視為抖動，不予理睬。去抖動的延時時間一般參考資料多描述為20ms左右，在實際應(yīng)用中應(yīng)大于20ms。否則，會導(dǎo)致按一次多處理，影響程序正常執(zhí)行。按鍵掃描入口有鍵按下？NY 延時該鍵按下？N得到按鍵號Y 返回圖4-2 鍵盤控制程序流程圖4.3 數(shù)碼管輸出子程序流程圖數(shù)碼管顯示入口

16、 關(guān)位碼 送段碼 開位碼結(jié)束圖4-3 數(shù)碼管子程序流程圖數(shù)碼管輸出程序是送段選碼和位選碼的程序，位于主程序中。輪流點亮6個數(shù)碼管，每大約5ms變換一次，由于輪換的次數(shù)太快，由于視覺暫留效應(yīng)，看上去是6個數(shù)碼管看上去好像一直點亮。5. 系統(tǒng)調(diào)試5.1 Proteus軟件仿真調(diào)試（1）鍵K4按下，示波器顯示三角波（2） 鍵K5按下，示波器顯示鋸齒波（3） 鍵K6按下，示波器顯示正弦波 5.2 Proteus仿真原理圖 圖5- Proteus仿真原理圖5.2 硬件調(diào)試在單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)中，將AT89C51的P1口用8排位線接到DAC0832的Dl口，DAC0832的CS5和WR端口接地，VOUT接

17、示波器輸入端。打開示波器，調(diào)節(jié)水平與垂直方向，屏幕上出現(xiàn)一條水平亮線即可。按下按鍵K4，示波器輸出三角波形，再連續(xù)按下鍵K1，波形周期隨之增大，六位數(shù)碼管顯示的數(shù)字亦隨之增加。按下鍵K6，示波器則輸出正弦波，再連續(xù)按下鍵K2，波形周期隨之減小，六位數(shù)碼管顯示的數(shù)字亦隨之減小。按下鍵K5，示波器輸出鋸齒波，連續(xù)按下K1或K2，示波器顯示的波形的周期隨之增大或減小，六位數(shù)碼管上顯示的周期數(shù)也隨之增大減小。6. 程序清單#include<reg51.h>#include<absacc.h> #include<intrins.h>#include<stdlib

18、.h>#include<math.h>#define PA8155 XBYTE0XFF21#define PB8155 XBYTE0XFF22#define PC8155 XBYTE0XFF23#define PP8155 XBYTE0XFF20#define uint unsigned int #define uchar unsigned char uint j,i;uint XSSJ,num,SS;uchar Xi=0,Xl=0xfe; uint KeyY,KeyNum,NUMM=3;uint numbsj=0,numbjc=0,numbsin=0; uchar stab

19、le16=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07, 0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71 ;/* 0f十六個數(shù)的代碼 */uchar Xtable6=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code Tab= /* 正弦波一周期內(nèi)采樣256次，把幅值按比例放大*/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,0xB

20、1,0xB4,0xB7,0xBA,0xBC,0xBF,0xC2,0xC5,0xC7,0xCA,0xCC,0xCF,0xD1,0xD4,0xD6,0xD8,0xDA,0xDD,0xDF,0xE1,0xE3,0xE5,0xE7,0xE9,0xEA,0xEC,0xEE,0xEF,0xF1,0xF2,0xF4,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8,0xF9,0xFA,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,0x

21、FD,0xFC,0xFB,0xFA,0xF9,0xF8,0xF7,0xF6,0xF5,0xF4,0xF2,0xF1,0xEF,0xEE,0xEC,0xEA,0xE9,0xE7,0xE5,0xE3,0xE1,0xDF,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,/輸出電壓從0到最小值（正弦波1/4部分）0

22、x80,0x7C,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,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1E,0x1C,0x1A,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0E,0x0D,0x0B,0x0A,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0

23、x00,0x00,0x00,0x00,/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,0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1A,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,

24、0x5D,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6C,0x6F,0x72,0x76,0x79,0x7C,0x80;void Scan_Key(void);void Shao_Key(void) ;void delay(unsigned int x);void XianShiSJ(void);void Sanjiaobo(void) ;void Juchibo(void);void Zhengxianbo(void);uint WW,WWW,W;void Sanjiaobo(void)/*產(chǎn)生三角波*/ WWW=0XFF; for(WW=0;WW<120;WW+) P1=WWW;/*

25、三角波最大值*/ WWW-; for(SS=0;SS<numbsj;SS+) _nop_; for(W=0;W<120;W+) P1=WWW; WWW+; for(SS=0;SS<numbsj;SS+) _nop_; uint QQ,QQQ; void Juchibo(void)/*產(chǎn)生鋸齒波*/ QQQ=0XFF ;for(QQ=0;QQ<120;QQ+) P1=QQQ;/*鋸齒波最大值*/ QQQ-; for(SS=0;SS<numbjc;SS+) _nop_; _nop_; uint AA;void Zhengxianbo(void)/*產(chǎn)生正弦波*/ fo

26、r(AA=0;AA<255;AA+) P1=TabAA;/* 查表 */ for(SS=0;SS<numbsin;SS+) _nop_; _nop_; void XianShiSJ(void)/*數(shù)碼管顯示信號周期*/ Xtable0=stable0; Xtable1=stable(XSSJ)%10);/個位 Xtable2=stable(XSSJ)%100)/10;/十位 Xtable3=stable(XSSJ)%1000)/100;/百位 Xtable4=stable0; Xtable5=stable0; void T0_time() interrupt 1 /50ms TH0

27、=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; num+; if(num=5) /250ms num=0; Scan_Key(); delay(10); Scan_Key(); if(KeyY=1) /有鍵按才會執(zhí)行 KeyY=0; Shao_Key(); /求鍵盤號 switch(KeyNum) /鍵盤01的次數(shù) case 0: numbjc=numbjc+1; numbsj=numbsj+1; numbsin=numbsin+1; break; case 1: numbjc=numbjc-1; numbsj=numbsj-1; numbsin=numbs

28、in-1; break; default: NUMM=KeyNum;break; /不變 switch(NUMM) case 3: XSSJ=5*numbjc+10; break; case 4: XSSJ=10*numbsj+20; break; case 5: XSSJ=10*numbsin+23; break; default: break; XianShiSJ(); void main() int q; for(q=0;q<=15;q+) stableq=stableq;XSSJ=10;XianShiSJ();/求顯示數(shù)據(jù)IP=0X08; PP8155=0x43 ;EA=1;ET

29、0=1;ET1=1;TMOD=0X11;TH0=(65536-50000)/256; / 高八位TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-1000)/256; / 高八位TL1=(65536-1000)%256; TR0=1;TR1=1; while(1) while(NUMM=3) Juchibo(); while(NUMM=4) Sanjiaobo(); while(NUMM=5) Zhengxianbo() ; void delay(unsigned int x) for(j=0;j<x;j+) for(i=0;i<120;i+)； void Scan_Key(void) /判斷有鍵按下 uint i; PA8155=0x00; PB8155=0XFF; i=PC8155; i=i; i=i&0x0f; if(i!=0) KeyY=1; else KeyY=0; uchar Keyh,Keyl;void Shao_Key(void)/求鍵盤號 Keyl=0Xfe; PB8155=0XFF; for( KeyNum=0; KeyNum<=5; KeyNum+) PA8155=Keyl