基于51單片機函數信號發(fā)生器設計

1、摘要：本系統(tǒng)采用單片機AT89S52，通過編程方式產生鋸齒波、正弦波和矩形波三種波形，再通過D/A轉換器DAC0832將數字信號轉換為模擬信號，濾波放大，最后用示波器顯示出來。生成 1Hz- 3k Hz 波形。通過鍵盤控制三種波形的類型選擇和頻率變化，并通過液晶屏1602顯示它們各自的類型和數值。系統(tǒng)大致包括三個部分：信號發(fā)生部分、數模轉換部分和液晶顯示部分。詳細討論了數模轉換部分和波形生成與變化部分。關鍵詞：微控制器AT89S52 , DAC0832 , LCD 1602目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc343638102 1. 系統(tǒng)設計 PAGEREF

2、_Toc343638102 h 4 HYPERLINK l _Toc343638103 1.1 、設計要求 PAGEREF _Toc343638103 h 4 HYPERLINK l _Toc343638104 1.2 、方案設計與論證 PAGEREF _Toc343638104 h 4 HYPERLINK l _Toc343638105 1.3 .整體系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc343638105 h 6 HYPERLINK l _Toc343638106 1.4 .硬件實現與單元電路設計 PAGEREF _Toc343638106 h 7 HYPERLINK l _Toc343638

3、107 1.5 、軟件設計流程 PAGEREF _Toc343638107 h 10 HYPERLINK l _Toc343638108 1.6 、源程序 PAGEREF _Toc343638108 h 11 HYPERLINK l _Toc343638109 2.測試輸出波形的類型和頻率 PAGEREF _Toc343638109 h 16 HYPERLINK l _Toc343638110 2.1 、測量儀器及測試說明 PAGEREF _Toc343638110 h 16 HYPERLINK l _Toc343638111 2.2 .測試過程 PAGEREF _Toc343638111 h

4、 16 HYPERLINK l _Toc343638112 2.3 .測試結果 PAGEREF _Toc343638112 h 18 HYPERLINK l _Toc343638113 3.設計思維和體驗 PAGEREF _Toc343638113 h 19 HYPERLINK l _Toc343638114 4.附錄 PAGEREF _Toc343638114 h 19 HYPERLINK l _Toc343638115 4.1參考文獻 PAGEREF _Toc343638115 h 19 HYPERLINK l _Toc343638116 4.2圖 PAGEREF _Toc34363811

5、6 h 19系統(tǒng)設計經過考慮，我們確定方案如下：使用AT89S52單片機通過編程方式產生鋸齒波、正弦波和矩形波三種波形，然后通過D/A轉換器DAC0832將數字信號轉換為模擬信號，濾波放大，最后使用示波器顯示，通過鍵盤控制三種波形的類型選擇和頻率變化，最終輸出顯示它們各自的類型和數值。1.1。設計要求1)、用單片機通過軟件設計方法產生三個波形2)、三種波形可以通過鍵盤選擇3)、波形頻率可調4)、要顯示的波形類型及其扁平率1.2 方案設計與論證1.2.1 信號發(fā)生電路方案演示方案一：通過單片機控制D/A，輸出三個波形。該方案輸出的波形不夠穩(wěn)定，抗干擾能力弱，不易調節(jié)。但該方案電路簡單，成本低。方

6、案二：使用傳統(tǒng)的鎖相頻率合成方法。通過芯片IC145152 ，由壓控振蕩器連接的鎖相環(huán)電路輸出穩(wěn)定性極好的正弦波，再經過零比較器轉換為方波，積分電路將其轉換為三角波海浪。該方案電路復雜，干擾因素多，不易實現。MAX038芯片組成的電路輸出波形。 MAX038是一款精密的高頻波形發(fā)生電路，可以產生精確的三角波、方波和正弦周期波形。但這種方案成本高，程序復雜度高。綜合考慮以上三個選項，選擇選項一。1.2.2 單片機選型演示方案一： AT89S52單片機是一款高性能8位單片機。它將計算機的中央處理器CPU 、存儲器、寄存器和I/O接口集成在一個集成電路芯片中，從而構成一臺比較完整的計算機，而且價格便

7、宜。方案二： C8051F005單片機是全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，單片機內核兼容8051，完全兼容MCS-51指令集。該芯片除了采用8052標準的數字外設部分外，還集成了模擬部分等數據采集和控制系統(tǒng)常用的數字外設和功能部分，執(zhí)行速度快。但它更貴綜合考慮以上兩個方案，選擇方案一1.2.3 展示方案演示方案一：使用LED數碼管。 LED數碼管由8個發(fā)光二極管組成，每個數碼管輪流顯示自己的字符。由于人眼的視覺暫留特性，當每個數碼管顯示的時間間隔小于1/16s時，人眼感覺不到閃爍，每個數碼管始終亮。用數碼管顯示編程比較容易，但需要更多的顯示容量，而且數碼管不能顯示字母。方案二：使用LCD液晶顯示器1

8、602 。功率小，效果明顯，顯示編程容易控制，可顯示字母。綜合考慮以上兩個方案，選擇方案二。1.2.4鍵盤方案的論證選項 1：矩陣鍵盤。矩陣鍵盤的關鍵點連接到由行和列母線組成的矩陣電路的交叉點。當鍵盤上沒有按鍵關閉時，所有行列線都斷開，行線為高電平。當一個鍵被關閉時，與該鍵對應的行和列線被短路。選項 2：編碼鍵盤。編碼鍵盤的按鍵連接到74LS148芯片。當鍵盤未關閉時，所有鍵都斷開連接。當一個鑰匙被關閉時，由74LS148輸出該鑰匙的對應代碼。綜合考慮以上兩個選項，選擇選項一。1.3整體系統(tǒng)設計系統(tǒng)采用單片機為數據處理與控制核心，完成人機界面、系統(tǒng)控制、信號采集與分析、信號處理與轉換。設計任務

9、分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。圖（1）為系統(tǒng)整體框圖圖（1）整體框圖1.4 硬件實現及單元電路設計1.4.1單片機最小系統(tǒng)的設計89C51是帶有ROM/EPROM的單片機，因此該芯片構成的最小系統(tǒng)簡單可靠。使用80C51單片機組成最小應用系統(tǒng)時，只需將單片機與時鐘電路和復位電路連接即可，如圖中的89C51單片機最小系統(tǒng)圖（2）。由于集成的限制，最小的應用系統(tǒng)只能作為一些小的控制單元。其應用特點：I/O端口。內部存儲器容量有限。應用系統(tǒng)開發(fā)比較特殊。圖(2) 8 9C 51 MCU 最小系統(tǒng)1.4.2 波形發(fā)生模塊設計三種波形由單片機采用編程方式產生，經DA轉換模塊DAC0832濾波放大后

10、輸出。其電路圖如下：圖（3）波形發(fā)生電路如上圖所示，單片機的P0口接DAC0832的8位數據輸入端，DAC0832的輸出端接放大器，放大后輸出需要的波形。 DAC0832以8位數據并行輸入，其結構圖如下：圖（4）DAC0832的部分結構1.4.3 顯示模組設計通過液晶1602顯示輸出波形和頻率，電路圖如下：圖（5）液晶顯示如上圖所示，1602的八位數據端接單片機的P1口，其三個使能端RS、RW、E分別接P3.2-P3。 4.單片機。軟件控制的液晶屏上可以顯示波形的類型和頻率。1.4.4 鍵盤顯示模塊設計系統(tǒng)采用獨立鍵盤，其連接電路圖如下：圖 (6) 鍵盤圖中從鍵盤的獨立鍵盤引出的八根線分別接單

11、片機的P2口，只用到了第四列，所以程序初始化時P2.7腳為低電平。如圖所示，開關3用于切換輸出波形，開關7和8用于調節(jié)頻率的加減。當按下開關 7 時，輸出波形的頻率增加，當按下開關 8 時，輸出波形的頻率降低。1.5 軟件設計過程本系統(tǒng)采用AT89S52單片機，采用編程方式產生三個波形，通過編程隨波形頻率的變化切換三個波形。具體功能是：（1）各波形的切換； (2)各種參數的設置； (3)頻率增減等。軟件調整好后，通過編程器下載到AT89S52芯片，然后插入系統(tǒng)，獨立完成所有控制。軟件流程圖如下：圖（7）程序流程圖1.6 源程序#include #define uchar 無符號字符#defin

12、e uint 無符號整數sbit lcdrw=P33;sbit lcdrs=P32;sbit lcde=P34;位 d=P27;位 s1=P20;位 s2=P21;位 s3=P22;位 cs=P35;sbit wr=P36;uchar s1num,a,ys,j;單位免費;uchar 代碼 tosin256=0 x80,0 x83,0 x86,0 x89,0 x8d,0 x90,0 x93,0 x96,0 x99,0 x9c,0 x9f,0 xa2,0 xa5,0 xa8,0 xab,0 xae,0 xb1,0 xb4,0 xb7,0 xba,0 xbc,0 xbf,0 xc2,0 xc5,0

13、xc7,0 xca,0 xcc,0 xcf,0 xd1,0 xd4,0 xd6,0 xd8,0 xda,0 xdd,0 xdf,0 xe1,0 xe3,0 xe5,0 xe7,0 xe9,0 xea,0 xec,0 xee,0 xef,0 xf1,0 xf2,0 xf4,0 xf5,0 xf6,0 xf7,0 xf8,0 xf9,0 xfa,0 xfb,0 xfc,0 xfd,0 xfd,0 xfe,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xfe,0 xfd,0 xfd,0 xfc,0

14、xfb,0 xfa,0 xf9,0 xf8,0 xf7,0 xf6,0 xf5,0 xf4,0 xf2,0 xf1,0 xef,0 xee,0 xec,0 xea,0 xe9,0 xe7,0 xe5,0 xe3,0 xe1,0 xde,0 xdd,0 xda,0 xd8,0 xd6,0 xd4,0 xd1,0 xcf,0 xcc,0 xca,0 xc7,0 xc5,0 xc2,0 xbf,0 xbc,0 xba,0 xb7,0 xb4,0 xb1,0 xae,0 xab,0 xa8,0 xa5,0 xa2,0 x9f,0 x9c,0 x99,0 x96,0 x93,0 x90,0 x8d,0

15、x89,0 x86,0 x83,0 x80,0 x80,0 x7c,0 x79,0 x76,0 x72,0 x6f,0 x6c,0 x69,0 x66,0 x63,0 x60,0 x5d,0 x5a,0 x57,0 x55,0 x51,0 x4e, 0 x4c, 0 x48, 0 x45, 0 x43, 0 x40, 0 x3d, 0 x3a, 0 x38, 0 x35, 0 x33, 0 x30,0 x2e, 0 x2b, 0 x29, 0 x27, 0 x25, 0 x22, 0 x20, 0 x1e, 0 x1c, 0 x1a, 0 x18, 0 x16,0 x15,0 x13,0 x1

16、1,0 x10,0 x0e,0 x0d,0 x0b,0 x0a,0 x09,0 x08,0 x07,0 x06,0 x05,0 x04,0 x03,0 x02,0 x02,0 x01,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x01,0 x02,0 x02,0 x03,0 x04,0 x05,0 x06,0 x07,0 x08,0 x09,0 x0a,0 x0b,0 x0d,0 x0e,0 x10,0 x11,0 x13,0 x15,0 x16,0 x18,0 x1a,0 x1c,0 x1

17、e,0 x20,0 x22,0 x25,0 x27,0 x29,0 x2b,0 x2e,0 x30,0 x33,0 x35,0 x38,0 x3a,0 x3d,0 x40,0 x43,0 x45,0 x48,0 x4c,0 x4e,0 x51,0 x55,0 x57,0 x5a,0 x5d,0 x60,0 x63,0 x66,0 x69,0 x6c,0 x6f,0 x72,0 x76,0 x79,0 x7c,0 x80 ;/*正弦波碼*/void delay(uint z) /延遲子程序uchar i,j;對于(i=z;i0;i-)for(j=110;j0;j-);無效延遲1（uint y）u

18、int i;for(i=y;i0;i-);void write_(uchar ) /1602寫指令lcdrs=0；P1=;延遲（5）；液晶顯示器=1；延遲（5）；液晶顯示器=0；void write_data(uchar date) /1602數據液晶顯示器=1；P1=日期；延遲（5）；液晶顯示器=1；延遲（5）；液晶顯示器=0；void init() /初始化lcdrw=0；液晶顯示器=0；WR=0；cs=0;寫_（0 x38）；寫_（0 x0c）；寫_（0 x06）；寫_（0 x01）；write_(0 x80+0 x00);寫入數據（0 x77）； /寫波：寫入數據（0 x61）；寫入數

19、據（0 x76）；寫入數據（0 x65）；寫入數據（0 x3a）；write_(0 x80+0 x40); /寫f：寫入數據（0 x66）；寫入數據（0 x3a）； void write_f(uint date) /寫頻率uchar 錢,白,石,格;錢=日期/1000；白=日期/100%10；時=日期/10%10；ge=日期%10；write_(0 x80+0 x42);write_data(0 x30+錢);write_data(0 x30+bai);write_data(0 x30+shi);write_data(0 x30+ge);寫入數據（0 x48）；寫入數據（0 x5a）；void

20、 xsf() /顯示頻率如果（s1num=1） fre=(1000/(9+3*ys);write_f(fre);如果（s1num=2）fre=(100000/(3*ys);write_f(fre);如果（s1num=3）fre=(1000/(15+3*ys);write_f(fre);無效的keyscanf（）d=0；如果（s1=0）延遲（5）；如果（s1=0） 而（！s1）；s1num+;如果（s1num=1）ys=0；write_(0 x80+0 x05);寫入數據（0 x73）； /寫正弦：寫入數據（0 x69）；寫入數據（0 x6e）；寫入數據（0 x65）；寫入數據（0 x20）；寫

21、入數據（0 x20）； 如果（s1num=2）ys=10；write_(0 x80+0 x05);寫入數據（0 x73）； /寫正方形寫入數據（0 x71）；寫入數據（0 x75）；寫入數據（0 x61）；寫入數據（0 x72）；寫入數據（0 x65）； 如果（s1num=3） ys=0； write_(0 x80+0 x05); /火車寫入數據（0 x74）；寫入數據（0 x72）；寫入數據（0 x61）；寫入數據（0 x69）；寫入數據（0 x6e）；寫入數據（0 x20）；如果（s1num=4）s1num=0；P1=0； write_(0 x80+0 x05);寫入數據（0 x20）；寫

22、入數據（0 x20）；寫入數據（0 x20）；寫入數據（0 x20）；寫入數據（0 x20）；寫入數據（0 x20）； write_(0 x80+0 x42);寫入數據（0 x20）；寫入數據（0 x20）；寫入數據（0 x20）；寫入數據（0 x20）； 寫入數據（0 x20）； 寫入數據（0 x20）； 如果（s2=0）延遲（5）；如果（s2=0）而（！s2）；是的+；如果（s3=0）延遲（5）；如果（s3=0）而（！s3）；是的；無效的主要（）在里面（）;而（1）keyscanf();if(s1num=1) /正弦波/ 對于(j=0;j255;j+)P0=tosinj；延遲1（ys）；if(s1num=2) /方波/ P0=0 xff；延遲1（ys）；P0=0；延遲1（ys）；if(s1num=3) /三角波/ 如果（一128）P0=a;延遲1（ys）； 別的P0=255-a；延遲1（ys）； 一個+；如果（?。╯1&s2&s3）xsf();測試輸出波形的類型和頻率2. 1. 測量儀器和測試說明測量儀器：穩(wěn)壓電源、示波器、數字萬用表。測量說明：正弦波、矩形波和三角波信號的輸出通過獨立的鍵盤實現不同波形的輸