多功能信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）多功能信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 院（系）名稱電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)通信122 學(xué)號(hào)120 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師起 止 時(shí) 間： 2015.7.42015.7.13課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：通信工程學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)通信122課程設(shè)計(jì)（論文）題目多功能信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)完成多功能信號(hào)發(fā)生器的硬件和軟件設(shè)計(jì)。任務(wù)包括：1、系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計(jì)說明2、采用單片機(jī)和D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)多種信號(hào)發(fā)生器，可輸出鋸齒波、三角波、方波；3、輸出信號(hào)電壓范圍為05V，分辨率為0.02V，頻率101KHz；4、可按鍵設(shè)置輸出波形、頻率；

2、同時(shí)具有信號(hào)參數(shù)顯示功能。5、在keil中完成程序的編輯和調(diào)試；6、通過keil和proteus進(jìn)行聯(lián)合仿真。指導(dǎo)教師評語及成績平時(shí)成績： 答辯成績： 論文成績： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：平時(shí)成績占20%，答辯成績占40%，論文成績占40%。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）摘 要信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。目前使用的信號(hào)發(fā)生器大部分是函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，且特殊波形發(fā)生器的價(jià)格昂貴。所以本設(shè)計(jì)使用的是AT89c51單片機(jī)構(gòu)成的發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、方波、鋸齒波等多種特殊波形和任意波形，波形的頻率可用程序控制改變。在單片機(jī)上加外圍器件直接式鍵

3、盤，通過鍵盤控制波形頻率的增減以及波形的選擇。在單片機(jī)的輸出端口接DAC0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，再通過運(yùn)放進(jìn)行波形調(diào)整，最后輸出波形接在示波器上顯示。本設(shè)計(jì)具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生器；單片機(jī)；波形調(diào)整目 錄第1章 概論11.1 課題背景11.2 課題意義1第2章 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)22.1 設(shè)計(jì)原理22.2 設(shè)計(jì)思路22.3 功能原理框圖2第3章 信號(hào)發(fā)生器電路及仿真43.1 D/A轉(zhuǎn)換電路43.2 鍵盤顯示模塊設(shè)計(jì)43.3 信號(hào)發(fā)生器總電路圖5第4章 Proteus仿真結(jié)果7第5章 總結(jié)9參考文獻(xiàn)10附錄I 原理圖11附錄II 源程序12附錄III 元

4、件清單17I第1章 概論1.1課題背景隨著電子測量及其他部門對各類信號(hào)發(fā)生器的廣泛需求及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，促使信號(hào)發(fā)生器種類增多，性能提高。尤其隨著70年代微處理器的出現(xiàn)，更促使信號(hào)發(fā)生器向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)在，許多信號(hào)發(fā)生器帶有微處理器，因而具備了自校、自檢、自動(dòng)故障診斷和自動(dòng)波形形成和修正等功能，可以和控制計(jì)算機(jī)及其他測量儀器一起方便的構(gòu)成自動(dòng)測試系統(tǒng)。當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器總的趨勢是向著寬頻率覆蓋、低功耗、高頻率精度、多功能、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)分析、材料試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號(hào)發(fā)生器

5、。而在我們?nèi)粘Ｉ钪?，以及一些科學(xué)研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號(hào)是常用的基本測試信號(hào)。譬如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時(shí)基電路。信號(hào)發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。加之各類功能的半導(dǎo)體集成芯片的快速生產(chǎn)，都使我們研制一種低功耗、寬頻帶，能產(chǎn)生多種波形并具有程控等低頻的信號(hào)發(fā)生器成為可能。1.2課題意義 便攜式和智能化越來越成為儀器的基本要求，對傳統(tǒng)儀器的數(shù)字化，智能化，集成化也就明顯得尤為重要。平時(shí)常用信號(hào)源產(chǎn)生正弦波，方波，三角波等常見波形作為待測系統(tǒng)的輸入，測試系統(tǒng)的性

6、能。單在某些場合，我們需要特殊波形對系統(tǒng)進(jìn)行測試，這是傳統(tǒng)的模擬信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字信號(hào)發(fā)生器很難勝任的。利用單片機(jī)的強(qiáng)大功能，設(shè)計(jì)合適的人機(jī)交互界面，使用戶能夠通過手動(dòng)的設(shè)定，設(shè)置所需波形。 該設(shè)計(jì)課題的研究和制作全面說明對低頻信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)要有一個(gè)全面的解、對低頻信號(hào)的發(fā)生原理要理解掌握，以及低頻信號(hào)發(fā)生器工作流程：波形的設(shè)定，D/A轉(zhuǎn)換，單片機(jī)（51單片機(jī)，顯示電路，鍵盤控制），顯示和各模塊的連接通信等各個(gè)部分要熟練聯(lián)接調(diào)試，能夠正確的了解常規(guī)芯片的使用方法、掌握簡單信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步鍛煉了我們在信號(hào)處理方面的實(shí)際工作能力。1第2章 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)原理數(shù)字信

7、號(hào)可以通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，因此可通過產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方法來獲得所需要的波形。89C51單片機(jī)本身就是一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，具有組成微型計(jì)算機(jī)的各部分部件：中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等，只要將89C51再配置鍵盤及、數(shù)模轉(zhuǎn)換及波形輸出、放大電路等部分，即可構(gòu)成所需的波形發(fā)生器。 89C51是整個(gè)波形發(fā)生器的核心部分，通過程序的編寫和執(zhí)行，產(chǎn)生各種各樣的信號(hào)，并從鍵盤接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號(hào)幅度的調(diào)節(jié)。當(dāng)數(shù)字信號(hào)電路到達(dá)轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)也就是所需要的輸出波形。采用AT89S

8、52單片機(jī)和DAC0832芯片，直接連接鍵盤和顯示。該種方案主要對AT89S52單片機(jī)的各個(gè)I/O口充分利用。P1口是連接鍵盤, P0口接顯示電路，P2口連接DAC0832輸出波形。這樣總體來說，能對單片機(jī)各個(gè)接口都利用上，而不在多用其它芯片，從而減小了系統(tǒng)的成本。也對按照系統(tǒng)便攜式低頻信號(hào)發(fā)生器的要求所完成。占用空間小，使用芯片少，低功耗。2.2設(shè)計(jì)思路 課設(shè)需要各個(gè)波形的基本輸出。如輸出正弦波、方波、鋸齒波、三角波。這些波形的實(shí)現(xiàn)的具體步驟：（1）方波：按照設(shè)定的周期值將輸出的電壓改變即可。（2）鋸齒波：也使用查表法。將三角波的一個(gè)周期（360度）分為256個(gè)點(diǎn)，相鄰點(diǎn)等差，生成數(shù)組。反復(fù)

9、輸出前128個(gè)數(shù)據(jù)到DAC0832,就可以在系統(tǒng)輸出端得到想要的鋸齒波。（3）三角波：將（2）中的數(shù)組256個(gè)數(shù)據(jù)全部輸出到DAC0832,循環(huán)，就可以在系統(tǒng)輸出端得到想要的三角波。通過P1口和輕觸開關(guān)S1-S4相連接來切換波形輸出。用P0口控制數(shù)碼管靜態(tài)顯示波形代號(hào)。用P2口向DAC0832發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換后，再把信號(hào)放大，最后接到示波器上顯示。2.3 功能原理框圖 波形輸出P1P2P0AT89S52鍵盤控制數(shù)碼管顯示DAC0832運(yùn)放圖2.1電路總框圖 如框圖2.1，其中單片機(jī)通過P2口與數(shù)模轉(zhuǎn)換部分DAC0832的數(shù)據(jù)端口D0-D7相連，作為數(shù)字輸出。通過鍵盤控制來改變波形

10、，調(diào)節(jié)幅值和頻率大小。第3章 信號(hào)發(fā)生器電路與仿真3.1 D/A轉(zhuǎn)換電路圖3.1 電路原理圖 如圖3-1所示，待轉(zhuǎn)換的8位數(shù)字量由芯片的8位數(shù)據(jù)輸入線D10D17輸入，經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換后，通過2個(gè)電流輸出端IOUT1和IOUT2輸出，IOUT1是邏輯電平為1的各位輸出電流之和，IOUT2是邏輯電平為0的各位輸出電流之和。DAC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換電路組成。輸入寄存器和DAC寄存器作為雙緩沖，因?yàn)樵贑PU數(shù)據(jù)線直接接到DAC0832的輸入端時(shí)，數(shù)據(jù)在輸入端保持的時(shí)間僅僅是在CPU執(zhí)行輸出指令的瞬間內(nèi)，輸入寄存器可用于保存此瞬間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。有時(shí)，微機(jī)控制系

11、統(tǒng)要求同時(shí)輸出多個(gè)模擬量參數(shù)，此時(shí)對應(yīng)于每一種參數(shù)需要一片DAC0832，每片DAC0832的轉(zhuǎn)換時(shí)間相同，就可采用DAC寄存器對CPU分時(shí)輸入到輸入寄存器的各參數(shù)在同一時(shí)刻開始鎖存，進(jìn)而同時(shí)產(chǎn)生各模擬信號(hào)。 DAC0832的數(shù)據(jù)輸出方式在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,通常使用的是電壓信號(hào),而DAC0832輸出的是電流信號(hào)，這就需要由運(yùn)算放大器組成的電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。其中有輸出電壓各自極性固定的單位性輸出和在隨動(dòng)系統(tǒng)中輸出電壓有正負(fù)極性的雙極性輸出兩種輸出方式。DAC0832同CPU的連接。微處理器與DAC0832之間可以不加鎖存器，而是利用DAC0832內(nèi)部鎖存器，將CPU通過數(shù)據(jù)總線直接向DAC0832輸出

12、的停留時(shí)間很短的數(shù)據(jù)保存，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束。3.2 鍵盤顯示模塊的設(shè)計(jì) 由于本系統(tǒng)所用按鍵少，所以采用獨(dú)立鍵盤，其連接電路圖如圖3.2：圖 3.2鍵盤顯示電路圖中獨(dú)立鍵盤引出的四根線分別接單片機(jī)的P1.1、P1.2、P1.3、P1.7、P1.8，另一端接地。各開關(guān)的功能如下，接P1.2：控制顯示矩形波；接P1.3：控制顯示鋸齒波；接P1.4：控制顯示三角波；接P1.7：增大頻率；接P1.8：減小頻率。3.3 信號(hào)發(fā)生器總電路圖P1口是連接鍵盤, P0口接顯示電路，P2口連接DAC0832輸出波形。這樣總體來說，能對單片機(jī)各個(gè)接口都利用上，而不在多用其它芯片，從而減小了系統(tǒng)的成本。也對按照系統(tǒng)便攜式

13、低頻信號(hào)發(fā)生器的要求所完成。占用空間小，使用芯片少，低功耗。如圖3.3所示：圖3.3 實(shí)驗(yàn)總電路第4章 Proteus仿真結(jié)果 當(dāng)按下接P1.1口開關(guān)時(shí)，顯示矩形波，如圖4.1所示；圖 4.1 矩形波當(dāng)按下接P1.2口開關(guān)時(shí)，顯示鋸齒波，如圖4.2所示；圖 4.2 鋸齒波當(dāng)按下接P1.3口開關(guān)時(shí)，顯示三角波，如圖4.3所示；圖 4.3 三角波 調(diào)節(jié)接P1.7,P1.8口開關(guān)，可控制波形頻率。調(diào)節(jié)開關(guān)，可得到較為清晰的波形圖：三角波，矩形波，鋸齒波，與實(shí)驗(yàn)要求基本一致，如圖4.1，圖4.2，圖4.3。本仿真成功。 第5章 總結(jié)本次的設(shè)計(jì)中利用AT89C51和DAC0832以及放大器完成電路的設(shè)計(jì)

14、，用開關(guān)來控制各種波形的轉(zhuǎn)換和波形頻率、占空比的調(diào)節(jié)，用單片機(jī)輸出后，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成波形，最終可以通過示波器觀察。在這次的軟件設(shè)計(jì)中，程序設(shè)計(jì)采用的是C語言。C語言簡潔高效，是最貼近硬件的高級(jí)編程語言，經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在已成熟為專業(yè)水平的高級(jí)語言。因此，在大型程序的設(shè)計(jì)中，多采用C語言進(jìn)行程序編譯。而且，現(xiàn)在單片機(jī)產(chǎn)品推出時(shí)紛紛配套了C語言編譯器，應(yīng)用廣泛。由于真正意義上的程序設(shè)計(jì)還不多，因此還不是很得心應(yīng)手，所以在設(shè)計(jì)中遇到一些問題和一些難點(diǎn)。比如：在程序設(shè)計(jì)中如何實(shí)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化，以達(dá)到較高的質(zhì)量。這是以后設(shè)計(jì)中要注意的問題。 通過這次課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步了解了波形發(fā)生器的原理，在

15、實(shí)際動(dòng)手操作過程中，使我接觸了許多我以前沒接觸過的元件，而且重新溫習(xí)了剛學(xué)不久的C語言，使我學(xué)得了許多知識(shí)，使我獲益匪淺。這次課程設(shè)計(jì)，使我的動(dòng)手能力得到了很大的提高，更使我們懂得理論知識(shí)的重要性，沒有理論的指導(dǎo)一切實(shí)際行動(dòng)都是盲目的，且實(shí)際操作是我們得到的理論知識(shí)得到驗(yàn)證，更能增加對理論知識(shí)的理解。 本人簽字：參考文獻(xiàn)1何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20102韓全立，王建明.單片機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，20043徐仁貴. 微型計(jì)算機(jī)借口技術(shù)及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20054房小翠，王金鳳.單片機(jī)使用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù).北京：國防工業(yè)

16、出版社，20095張毅坤.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用：西安電子科技大學(xué)出版社，20086任為民. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，2011附 錄 I 信號(hào)發(fā)生器原理圖 附 錄 II源程序#include #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit s1=P11;sbit s2=P12;sbit s3=P13;sbit s7=P16;sbit s8=P17;uint d1,d2;uint s,p;uint n;uchar code jctab128=0x00,0x02,0x04,0x06,0x

17、08,0x0a,0x0c,0x0e,0x10,0x12,0x14,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x24,0x26,0x28,0x2a,0x2c,0x2e,0x30,0x32,0x34,0x36,0x38,0x3a,0x3c,0x3e,0x40,0x42,0x44,0x46,0x48,0x4a,0x4c,0x4e,0x50,0x52,0x54,0x56,0x58,0x5a,0x5c,0x5e,0x60,0x62,0x64,0x66,0x68,0x6a,0x6c,0x6e,0x70,0x72,0x74,0x76,0x78,0x7a,0x7c,0x7e,0x

18、80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c,0x8e,0x90,0x92,0x94,0x96,0x98,0x9a,0x9c,0x9e,0xa0,0xa2,0xa4,0xa6,0xa8,0xaa,0xac,0xae,0xb0,0xb2,0xb4,0xb6,0xb8,0xba,0xbc,0xbe,0xc0,0xc2,0xc4,0xc6,0xc8,0xca,0xcc,0xce,0xd0,0xd2,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdc,0xde,0xe0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe8,0xea,0xec,0xee,0xf0,0xf2,0xf4,0xf6,0x

19、f8,0xfa,0xfc,0xfe;uchar code sjtab256=0x00,0x02,0x04,0x06,0x08,0x0a,0x0c,0x0e,0x10,0x12,0x14,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x24,0x26,0x28,0x2a,0x2c,0x2e,0x30,0x32,0x34,0x36,0x38,0x3a,0x3c,0x3e,0x40,0x42,0x44,0x46,0x48,0x4a,0x4c,0x4e,0x50,0x52,0x54,0x56,0x58,0x5a,0x5c,0x5e,0x60,0x62,0x64,0x66,0x

20、68,0x6a,0x6c,0x6e,0x70,0x72,0x74,0x76,0x78,0x7a,0x7c,0x7e,0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c,0x8e,0x90,0x92,0x94,0x96,0x98,0x9a,0x9c,0x9e,0xa0,0xa2,0xa4,0xa6,0xa8,0xaa,0xac,0xae,0xb0,0xb2,0xb4,0xb6,0xb8,0xba,0xbc,0xbe,0xc0,0xc2,0xc4,0xc6,0xc8,0xca,0xcc,0xce,0xd0,0xd2,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdc,0xde,0x

21、e0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe8,0xea,0xec,0xee,0xf0,0xf2,0xf4,0xf6,0xf8,0xfa,0xfc,0xfe,0xfe,0xfc,0xfa,0xf8,0xf6,0xf4,0xf2,0xf0,0xee,0xec,0xea,0xe8,0xe6,0xe4,0xe2,0xe0,0xde,0xdc,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd2,0xd0,0xce,0xcc,0xca,0xc8,0xc6,0xc4,0xc2,0xc0,0xbe,0xbc,0xba,0xb8,0xb6,0xb4,0xb2,0xb0,0xae,0xac,0xaa,0xa8,0x

22、a6,0xa4,0xa2,0xa0,0x9e,0x9c,0x9a,0x98,0x96,0x94,0x92,0x90,0x8e,0x8c,0x8a,0x88,0x86,0x84,0x82,0x80,0x7e,0x7c,0x7a,0x78,0x76,0x74,0x72,0x70,0x6e,0x6c,0x6a,0x68,0x66,0x64,0x62,0x60,0x5e,0x5c,0x5a,0x58,0x56,0x54,0x52,0x50,0x4e,0x4c,0x4a,0x48,0x46,0x44,0x42,0x40,0x3e,0x3c,0x3a,0x38,0x36,0x34,0x32,0x30,0x

23、2e,0x2c,0x2a,0x28,0x26,0x24,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x14,0x12,0x10,0x0e,0x0c,0x0a,0x08,0x06,0x04,0x02,0x00;void delay (uchar k) uchar j; while(k-)!=0) for(j=0;j=256)n=0;void fangbo() P2=0xff;/方波 delay(d1-p); P2=0; delay(d2-p);void juchi() P2=jctabn; n=n+p; if(n=127)n=0;void sanjiao() P2=sjtabn; n=n+p; if(n=255)n=0;void boxingkey() if(s1=0) P0=0xF9; s=1; n=0;p=4; else if(s2=0) P0=