單片機課程設計-波形發(fā)生器

1、設計題目：波形發(fā)生器 學生姓名:系 別：專 業(yè)： 班 級： 學 號：指導教師： 2011年12月22日鄭州輕工業(yè)學院課 程 設 計 任 務 書題 目 波形發(fā)生器 專業(yè)、班級 學 號 姓 名 薛 茹 主要內(nèi)容：設計一個產(chǎn)生各種波形的波形發(fā)生器基本要求：利用單片機P1.0引腳輸出頻率范圍1Hz 1000Hz的正弦波、方波、三角波、梯形波、鋸齒波，并用示波器觀察。目錄 TOC o 1-3 h z u 一、設計目的及意義 PAGEREF _Toc312066747 h - 4 -1.1設計目的 PAGEREF _Toc312066748 h - 4 -1.2設計意義 PAGEREF _Toc31206

2、6749 h - 4 -二、方案論證 PAGEREF _Toc312066750 h - 4 -2.1設計要求 PAGEREF _Toc312066751 h - 4 -2.2方案論證 PAGEREF _Toc312066752 h - 5 -三、硬件電路設計 PAGEREF _Toc312066753 h - 5 -3.1設計思路、元件選型 PAGEREF _Toc312066754 h - 5 -3.2原理圖 PAGEREF _Toc312066755 h - 6 -3.3主要芯片介紹 PAGEREF _Toc312066756 h - 6 -3.4硬件連線圖 PAGEREF _Toc31

3、2066757 h - 9 -四、軟件設計 PAGEREF _Toc312066758 h - 10 -4.1鋸齒波的產(chǎn)生過程 PAGEREF _Toc312066759 h - 11 -4.2梯形波的產(chǎn)生過程 PAGEREF _Toc312066760 h - 12 -4.3 三角波的產(chǎn)生過程 PAGEREF _Toc312066761 h - 14 -4.4 方波的產(chǎn)生過程 PAGEREF _Toc312066762 h - 15 -4.5正弦波的產(chǎn)生過程 PAGEREF _Toc312066763 h - 16 -五、調(diào)試與仿真 PAGEREF _Toc312066764 h - 17

4、-六、總結 PAGEREF _Toc312066766 h - 20 -七、參考文獻： PAGEREF _Toc312066767 h - 20 -一、設計目的及意義1.1設計目的（1）利用所學單片機的理論知識進行軟硬件整體設計，鍛煉學生理論聯(lián)系實際、提高我們的綜合應用能力。 （2）我們這次的課程設計是以單片機為基礎，設計并開發(fā)能輸出多種波形（正弦波、三角波、鋸齒波、方波、梯形波等）且頻率、幅度可變的函數(shù)發(fā)生器。 （3）掌握各個接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法，并能運用其實現(xiàn)一個簡單的微機應用系統(tǒng)功能器件。 （4）在平時的學習中，我們所學的知識大都是課本上的，在機房的練習大家也都是

5、分散的對各個章節(jié)的內(nèi)容進行練習。因此，缺乏一種系統(tǒng)的設計鍛煉。在課程所學結束以后，這樣的課程設計十分有助于學生的知識系統(tǒng)的總結到一起。 （5）通過這幾個波形進行組合形成了一個函數(shù)發(fā)生器，使得我對系統(tǒng)的整個框架的設計有了一個很好的鍛煉。這不僅有助于大家找到自己感興趣的題目，更可以鍛煉大家微機知識的應用。1.2設計意義波形發(fā)生器作為一種常用的信號源,是現(xiàn)代測試領域內(nèi)應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、部件以及整機設備時，都學要有信號源，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備上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號

6、發(fā)生器是電子測量領域中最基本、應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、導航、宇航等領域。二、方案論證2.1設計要求使用計算機和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構成信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波和正弦波等多種波形，波形的周期、頻率可調(diào)。要求完成計算機和DAC的選型，了解不同波形的產(chǎn)生原理和設計方案，畫出硬件電路圖，并編程完成軟件部分，最后調(diào)試觀察產(chǎn)生不同類型的波形信號。（1）課程設計論文內(nèi)容要正確，概念要清楚；（2）完成任務書所規(guī)定的內(nèi)容；（3）附有電路原理圖及程序流程圖，以及程序清單；（4）文字要通順，書寫要工整，設計圖紙必須符合規(guī)范。2.2方案

7、論證信號發(fā)生器的實現(xiàn)方法通常有以下幾種：方案一：用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。方案二：可以由晶體管、運放IC等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信號發(fā)生器IC產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨立調(diào)節(jié)，二者互相影響。方案三：利用專用直接數(shù)字合成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達到很高的頻率。但成本較高。方案四：采用AT89C51單片機和DAC0832芯片，直接連接鍵盤和顯示。該

8、種方案主要對AT89C51單片機的各個I/O口充分利用. P1口是連接鍵盤以及接顯示電路,P2口連接DAC0832輸出波形.這樣總體來說,能對單片機各個接口都利用上,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)便攜式低頻信號發(fā)生器的要求所完成.占用空間小,使用芯片少,低功耗。綜合考慮，方案四各項性能和指標都優(yōu)于其他幾種方案，能使輸出頻率有較好的穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)了模塊化設計的要求，而且這些芯片及器件均為通用器件，在市場上較常見，價格也低廉，樣品制作成功的可能性比較大，所以本設計采用方案四。三、硬件電路設計3.1設計思路、元件選型設計思路：（一）、課設需要各個波形的基本輸出。如輸出鋸齒波

9、、三角波、方波、正弦波。這些波形的實現(xiàn)的具體步驟：鋸齒波實現(xiàn)很簡單，只需要一開始定義一個初值，然后不斷的加1，當溢出后又重初值開始加起，就這樣循環(huán)下去。三角波的實驗過程是先加后減，實現(xiàn)方法是先是從00H開始加1直到溢出后就執(zhí)行減1操作，就這樣不斷調(diào)用這個循環(huán)。方波的實現(xiàn)方法是連續(xù)輸出一個數(shù)，到某個時候就改變一下值，可以把值定義為正極性的，也可以是負極性。正弦波的實現(xiàn)是非常麻煩的。它的實現(xiàn)過程是通過定義一些數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行時直接輸出定義的數(shù)據(jù)就可以了。（二）、通過P1口和開關K0-K4相連接來控制各個波形的輸出。能根據(jù)k0-k5鍵狀態(tài)進行波形切換，當某一按鍵按下時，輸出相對應的波形。 元件選型：單

10、片機AT89C51系統(tǒng)，DAC0832一片，PC機一臺，運算放大器3.2原理圖3.3主要芯片介紹 （1）、DAC0832芯片介紹：0832采用雙緩沖接口方式，其傳送控制端接地，輸入所存允許斷ILE與+5V電源相連，利用一個地址碼進行二次輸出操作，完成數(shù)據(jù)的傳送和激動轉(zhuǎn)換，第一次操作室P2.6為高電平，將P0口數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)鎖存于DAC0832的輸入寄存器中。第二次操作是寫控制信號由效，傳送控制端為低電平，將輸入寄存器中的內(nèi)容鎖存入0832的DAC寄存器中，D/A轉(zhuǎn)換器便開始對鎖存于DAC寄存器的8位數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，約經(jīng)過1/2時鐘周期后，在輸出端（IOUT2、IOUT1）建立穩(wěn)定的電流輸出。運放

11、的作用是將0832輸出的模擬電流信號轉(zhuǎn)換為電壓波形。DAC0832為一個8位D/A轉(zhuǎn)換器,單電源供電,在+5+15V范圍內(nèi)均可正常工作?；鶞孰妷旱姆秶鸀?0V,電流建立時間為1s,CMOS工藝,低功耗20mW。DAC0832的內(nèi)部結構框圖如下圖所示。圖2-2 DAC0832工作原理圖DAC0832的外部引腳及功能介紹圖如下：圖1 DAC0832引腳圖DAC0832內(nèi)部結構資料:芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結果采用電流形式輸出。要是需要相應的模擬信號，可通過一個高輸入阻抗的

12、線性運算放大器實現(xiàn)這個供功能。運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，還可以外接DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。 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。 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。 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)部有反饋電阻. Vcc:電源輸入線 (+5v+15v) Vref:基準電壓輸入線 (-10v+10v) AGND:模擬地,

13、摸擬信號和基準電源的參考地. DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準電源處共地比較好（2）單片機AT89C51介紹：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，

14、ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如下圖所示：圖2 AT89C51引腳圖AT89C51管腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙

15、向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲

16、器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器

17、頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1

18、時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.4硬件連線圖圖3 硬件連線圖四、軟件設計 總體方框圖 圖4總體設計功能圖 設計思路：利用中斷，當5個開關中有任意一個閉合時，跳轉(zhuǎn)至中斷程序，在中斷程序中判斷是哪一個按鍵閉合，跳轉(zhuǎn)至相應的程序，執(zhí)行輸出波形的操作，每輸出一個點之后，判斷按鍵是否斷開，如果依舊閉合，則繼續(xù)輸出，如果已經(jīng)斷開，則結束中斷程序。程序如下：ORG 0000HLJMP MAINORG

19、0003H;外部中斷0LJMP INT00ORG 0040HMAIN: MOV SP,60H;更改堆棧指針，避免堆棧與工作寄存器區(qū)發(fā)生沖突SETB IT0;外部中斷請求0為下降沿觸發(fā)方式SETB EA;中斷允許總開關打開SETB EX0;允許外部中斷0中斷INT00: CLR EA;關中斷PUSH PSW;現(xiàn)場保護PUSH AccSETB EA;開中斷JNB P1.0,IR0;如果K0鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR0輸出鋸齒波JNB P1.1,IR1;如果K1鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR1輸出梯形波JNB P1.2,IR2;如果K2鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR2輸出三角波JNB P1.3,IR3;如果K3鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)

20、至IR3輸出方波JNB P1.4,IR4;如果K4鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR4輸出正弦波INTIR: CLR EA;關中斷POP Acc;現(xiàn)場恢復POP PSWSETB EA;開中斷RETI4.1鋸齒波的產(chǎn)生過程鋸齒波的實現(xiàn)過程是首先定義一個初值然后進行加法操作，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。鋸齒波發(fā)生流程圖如下圖所示： 鋸齒波發(fā)生子程序如下：IR0:MOV R0,#0FEH ;設置端口地址MOV A,#00HLOOP:MOVX R0,A ;寫入JB P1.0,INTIR ;如果k0鍵已經(jīng)斷開，則返回INC A ;A加

21、一SJMP LOOP ;循環(huán)LJMP INTIR ;返回4.2梯形波產(chǎn)生過程梯形波的實現(xiàn)是設置一個初值，然后進行加一，當加到某個數(shù)時延時，之后減一，減到初值時在返回到之前的操作，繼續(xù)加一、延時、減一。梯形波發(fā)生流程圖如下圖所示：開始定義變量ifor(i=0;i0;i-)否判斷按鍵是否斷開是返回梯形波發(fā)生子程序如下：IR1:MOV R0,#0FEH;設置端口地址MOV A,#00HUP:MOVX R0,A;寫入JB P1.1,INTIR;如果k1鍵已經(jīng)斷開，則返回INC A;A加一JNZ UP;循環(huán)DEC A;如果已經(jīng)溢出，則減一，減一之后A的值為255LCALL DELAY;延時JB P1.1

22、,INTIR;如果k1鍵已經(jīng)斷開，則返回DOWN:DEC AMOVX R0,A;寫入JB P1.1,INTIR;如果k1鍵已經(jīng)斷開，則返回JNZ DOWN;循環(huán)SJMP UP;如果減到0，則跳轉(zhuǎn)至UP，繼續(xù)執(zhí)行加一操作LJMP INTIR;返回DELAY:MOV R7,#100;延時子程序 DELAY1:MOV R6,#10NOPDELAY2:DJNZ R6,DELAY2DJNZ R7,DELAY1RET4.3 三角波的產(chǎn)生過程三角波的實現(xiàn)是設置一個初值，當加到某個值的時候，執(zhí)行減一操作，減到初值時，再加一。三角波發(fā)生流程圖如下圖所示：開始定義變量ifor(i=0;i0;i-)否判斷按鍵是否斷

23、開是返回三角波發(fā)生子程序如下：IR2:MOV R0,#0FEH;設置端口地址MOV A,#00HUP2:MOVX R0,A;寫入JB P1.2,INTIR;如果k2鍵已經(jīng)斷開，則返回INC A;A加一JNZ UP2;循環(huán)DOWN2:DEC A;A減一MOVX R0,A;寫入JB P1.2,INTIR;如果k2鍵已經(jīng)斷開，則返回JNZ DOWN2;循環(huán)SJMP UP2;如果減到0，則跳轉(zhuǎn)至UP2，繼續(xù)加一操作LJMP INTIR;返回4.4 方波的產(chǎn)生過程方波的實現(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

24、一定要等于前面那段時間。這樣才是一個方波，如果兩個時間不相同，那就相當于一個脈沖波了。方波發(fā)生流程圖如下圖所示：方波發(fā)生子程序如下：IR3:MOV R0,#0FEH;設置端口地址POSI:MOV A,#00H;給A賦值0 x00MOVX R0,A;寫入LCALL DELAY;延時JB P1.3,INTIR;如果k3鍵已經(jīng)斷開，則返回NEGA:MOV A,#0FFH;給A賦值0 xFFMOVX R0,A;寫入LCALL DELAY;延時JB P1.3,INTIR;如果k3鍵已經(jīng)斷開，則返回SJMP POSI;跳轉(zhuǎn)至POSI，繼續(xù)下一個波形的輸出LJMP INTIR;返回4.5正弦波的產(chǎn)生過程正弦

25、波的實現(xiàn)需要查表，每查一次表，輸出一個數(shù)值，之后查下一個數(shù)值繼續(xù)輸出，當一個波形的256個數(shù)值全部輸出之后，從頭開始繼續(xù)輸出。正弦波發(fā)生流程圖如下圖所示：開始查表并輸出否判斷按鍵是否斷開是返回正弦波發(fā)生子程序如下：IR4:MOV R0,#0FEH;設置端口地址MOV R1,#00HXX:MOV A,R1LCALL HANSHU;調(diào)用查表函數(shù)MOVX R0,A;寫入JB P1.4,INTIR;如果k4鍵已經(jīng)斷開，則返回INC R1SJMP XX;繼續(xù)查表LJMP INTIR;返回HANSHU: MOV DPTR,#TAB1MOVC A,A+DPTRRETTAB1: db 080h,083h,08

26、6h,089h,08ch,090h,093h,096h,099h,09ch,09fh,0a2h,0a5h,0a8h,0abh,0aeh db 0b1h,0b3h,0b6h,0b9h,0bch,0bfh,0c1h,0c4h,0c7h,0c9h,0cch,0ceh,0d1h,0d3h,0d5h,0d8h db 0dah,0dch,0deh,0e0h,0e2h,0e4h,0e6h,0e8h,0eah,0ebh,0edh,0efh,0f0h,0f1h,0f3h,0f4h db 0f5h,0f6h,0f8h,0f9h,0fah,0fah,0fbh,0fch,0fdh,0fdh,0feh,0feh,0fe

27、h,0ffh,0ffh,0ffh db 0ffh,0ffh,0ffh,0ffh,0feh,0feh,0feh,0fdh,0fdh,0fch,0fbh,0fah,0fah,0f9h,0f8h,0f6h db 0f5h,0f4h,0f3h,0f1h,0f0h,0efh,0edh,0ebh,0eah,0e8h,0e6h,0e4h,0e2h,0e0h,0deh,0dch db 0dah,0d8h,0d5h,0d3h,0d1h,0ceh,0cch,0c9h,0c7h,0c4h,0c1h,0bfh,0bch,0b9h,0b6h,0b3h db0b1h,0aeh,0abh,0a8h,0a5h,0a2h,09

28、fh,09ch,099h,096h,093h,090h,08ch,089h,086h,083h db 080h,07dh,07ah,077h,074h,070h,06dh,06ah,067h,064h,061h,05eh,05bh,058h,055h,052h db 04fh,04dh,04ah,047h,044h,041h,03fh,03ch,039h,037h,034h,032h,02fh,02dh,02bh,028h db 026h,024h,022h,020h,01eh,01ch,01ah,018h,016h,015h,013h,011h,010h,00fh,00dh,00ch db 00bh,00ah,008h,007h,006h,006h,005h,004h,003h,003h,002h,002h,002h,001h,001h,000h db 000h,000h,001h,001h,002h,002h,002h,003h,003h,004h,005h,006h,006h,007h,008h,00ah db 00bh,00ch,00dh,00fh,010h,011h,013h,015h,016h,018h,01ah,01ch,01eh,020h,022h,024h db 026h,028h,02bh,02dh,02fh,032h,0