低頻信號發(fā)生器

單片機課程設計說明書第頁共20頁單片機課程設計說明書目錄1 引言 12設計要求 12.1課程設計目的 12.2課程設計內(nèi)容和要求 12.3設計工作任務及工作量的要求 13方案設計 23.1設計原理 24電路器件介紹 24.1單片機簡介 24.2DAC0832簡介 34.3LM358的介紹 35電路設計及原理分析 45.1單片機引腳分配 45.2時鐘電路 45.3復位電路 45.4鍵盤接口電路 55.5數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 66系統(tǒng)軟件設計 66.1正弦波的產(chǎn)生 66.2三角波的產(chǎn)生 76.3程序流程圖 77電路仿真及結(jié)果分析 87.1仿真軟件的介紹 87.2仿真電路及其仿真結(jié)果 88實物圖及其輸出波形 99課程設計體會 11參考文獻 12附錄A:主電路圖 13附錄B:主程序 14引言信號發(fā)生器是一種經(jīng)常使用的設備,本次實現(xiàn)利用單片機STC89C51和8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832共同實現(xiàn)三角波、正弦波這兩種常用波形的發(fā)生。根據(jù)設計的要求，對波形的頻率進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機的程序存儲器中。在程序運行中，當接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時再調(diào)用相應的中斷服務子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出，鍵盤可以實現(xiàn)對兩種波形的切換。2設計要求2.1課程設計目的本設計包括確定控制任務、系統(tǒng)總體方案設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件程序的設計等，以便使學生掌握有關單片機控制的設計思想和設計方法。為學生今后從事單片機控制系統(tǒng)開發(fā)工作打下基礎。學習proteus仿真軟件實現(xiàn)電路的仿真。2.2課程設計內(nèi)容和要求本課程設計的基本要求是使學生全面掌握單片機控制系統(tǒng)設計的基本理論，熟悉掌握單片機的編程方法，用89C52系列單片機實現(xiàn)能輸出0.1～50Hz的正弦波、三角波信號的低頻信號發(fā)生器。其中正弦波、三角波信號可以用按鍵選擇輸出。要求用單片機作為信號數(shù)據(jù)產(chǎn)生源，用中斷查表法完成波形數(shù)據(jù)的輸出，再用DA轉(zhuǎn)換器輸出規(guī)定的波形信號。2.3設計工作任務及工作量的要求1．根據(jù)題目要求的指標，通過查閱有關資料，確定系統(tǒng)設計方案，并設計其硬件電路圖。2．畫出電路原理圖，分析主要模塊的功能及他們之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制關系。3.用Proteus軟件繪制硬件電路圖并仿真。4.軟件設計包括流程圖、用匯編語言或C語言對軟件進行編譯，并能通過調(diào)試。3方案設計利用單片機構(gòu)造低頻信號發(fā)生器，可產(chǎn)生正弦波，三角波波形，再通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832把數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，經(jīng)LM358放大輸出到示波器。3.1設計原理該信號發(fā)生器原理框圖如圖3-1，總體原理為：利用STC89C51單片機構(gòu)造低頻信號發(fā)生器，可產(chǎn)生正弦波，三角波波形，通過C語言對單片機的編程即可產(chǎn)生相應的波形信號，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形。STC89C51STC89C51單片機DAC0832復位鍵鍵盤運放圖3-1信號發(fā)生器原理框圖4電路器件介紹4.1單片機簡介STC89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。STC89C51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。其引腳圖如圖4-1。圖圖4-1STC89C51引腳圖圖4-2DAC0832引腳圖4.2DAC0832簡介圖4-2DAC0832引腳圖DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要,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。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機電路連接。其引腳圖如圖4-2。4.3LM358的介紹LM358里面包括有兩個高增益、獨立的、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用。LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合圖4-3LM358引腳圖于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的圖4-3LM358引腳圖5電路設計及原理分析5.1單片機引腳分配XTAL1、XTAL2：外接電路，產(chǎn)生時鐘信號；RST：外接復位電路；P2：外接數(shù)模轉(zhuǎn)換與放大電路，波形信號輸出；P3：外接矩陣鍵盤；5.2時鐘電路圖5-2時鐘電路STC89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶休或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖圖5-2時鐘電路5.3復位電路單片機的復位引腳RST出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時單片機復位，根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。上電或開關復位要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用開關操作也能使單片機復位。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關復位的操作。如圖5-3。圖圖5-3復位電路5.4鍵盤接口電路圖5-4鍵盤接口電路1．檢測鍵盤上是否有鍵按下：將行線送入低電平，列線送入高電平。讀入P3口的狀態(tài)來判別。其具體過程如下：P3口輸出0FH，即所有行線置成高電平，所有列線置成低電平，然后將P3口狀態(tài)讀入與0FH比較。如果有鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入狀態(tài)不全為1圖5-4鍵盤接口電路2．識別鍵盤中哪一個鍵按下：確認有鍵按下后，保存行掃描時有鍵按下時的狀態(tài)X。P3口輸出F0H，進行列掃描，保存列掃描狀態(tài)Y，取出鍵值Z=X|Y.例如第一行第一列有鍵按下，那么行掃描讀入的狀態(tài)為00001110，列掃描讀入的狀態(tài)為11100000，最后鍵值Z=11101110=EEH，然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應的服務程序。如圖5-4。5.5數(shù)模轉(zhuǎn)換電路由于單片機產(chǎn)生的是數(shù)字信號，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，選用具有8位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832。連接電路如圖5-5所示。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。DAC0832是電流型輸出，在應用時外接運放LM358使之成為電壓型輸出。圖5-5圖5-5數(shù)模轉(zhuǎn)換電路6系統(tǒng)軟件設計首先對程序初始化，然后判斷是否有鍵值按下，若有鍵值按下則計算相關參數(shù)，利用中斷定時和查詢查表輸出波形，其程序框圖如圖5-1所示。6.1正弦波的產(chǎn)生正弦波波形設計通過查表指令得出，指令表通過C++產(chǎn)生。如圖6-1。圖6-1圖6-1正弦波的產(chǎn)生6.2三角波的產(chǎn)生三角波中的斜線用一個個小臺階來逼近，在一個周期內(nèi)從最小值開始逐步遞增，當達到最大值后再用同樣逼近方法，如此循環(huán)，當臺階間隔很小時，波形基本上近似于直線。適當選擇循環(huán)的時間，可以得到不同周期的三角波。6.3程序流程圖根據(jù)設計要求，確定編程思想，現(xiàn)程序流程圖如圖6-3所示。圖6-3程序流程圖7電路仿真及結(jié)果分析7.1仿真軟件的介紹Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。7.2仿真電路及其仿真結(jié)果7.2.1仿真電路圖圖7-1電路仿真電路圖7.2.2仿真結(jié)果圖7-3正弦波形圖7-2正弦波形圖7-3正弦波形圖7-2正弦波形圖7-5三角波形圖7-4三角波形8實物圖及其輸出波形8.1實物圖通過前面的軟硬件設計以后，整個電路的設計基本完成，系統(tǒng)在以Proteus這款軟件為平臺，對正弦波和三角波進行了仿真與測試，通過仿真證明了電路軟硬件設計的正確性。最后就是進行焊接實物圖并且測試實物圖的正確性。系統(tǒng)硬件的整體實物圖如下圖所示：圖8-1實物圖圖8-2正弦波圖8-3三角波9課程設計體會通過此次課程設計，首先我學會了怎么去使用Proteus,并學到很多的東西。對單片機有了進一步的了解。但是在做課程設計的過程中，也出現(xiàn)了一些問題，最主要還是在使用Proteus仿真中，出現(xiàn)電路設計的一些問題。通過這次課程設計，使我明白了自身的不足，還有就是學習上存在的以應試為目的的陋習，自己真正學到的知識還是相當有限的，而且都是很死板的知識，并沒有做到活學活用。而且，在專業(yè)軟件學習方面還要有很大的提升的需要。

參考文獻1.孫涵芳.MCS-51/96系列單片機原理及應用（修訂版）.北京航空航天大學出版社.19942.李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（第3版）.北京航空航天大學出版社.2005附錄A:主電路圖圖9-1主電路圖設計附錄B:主程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineKeyPortP3 //鍵盤掃描sbitCS=P1^0;sbitWR1=P1^1;sbitILE=P1^2;sbitWR2=P1^3;sbitXFER=P1^4;ucharmode,shi,ge,fre;uintth0,tl0;//定時器初始設定值ucharcodetosin[256]={//正弦波數(shù)據(jù)表0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,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,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,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,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,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,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,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,0x5d,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80};/*uS延時函數(shù)，含有輸入?yún)?shù)unsignedchart，無返回值unsignedchar是定義無符號字符變量，其值的范圍是0~255這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編,大致延時長度如下T=tx2+5uS*/voidDelayUs2x(unsignedchart){while(--t);}/*mS延時函數(shù)，含有輸入?yún)?shù)unsignedchart，無返回值unsignedchar是定義無符號字符變量，其值的范圍是0~255這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編*/voidDelayMs(unsignedchart){while(t--){//大致延時1mSDelayUs2x(245); DelayUs2x(245);}}/*************************************************************************//函數(shù)名稱：KeyScan(void)//函數(shù)說明:鍵盤掃描函數(shù)，使用行列逐級掃描法//入口參數(shù)：無//返回值： Val鍵盤碼值*************************************************************************/unsignedcharKeyScan(void)//鍵盤掃描函數(shù)，使用行列逐級掃描法{unsignedcharVal;KeyPort=0xf0;//高四位置高，低四位拉低if(KeyPort!=0xf0)//表示有按鍵按下{DelayMs(10);//去抖 if(KeyPort!=0xf0) {//表示有按鍵按下 KeyPort=0xfe;//檢測第一行 if(KeyPort!=0xfe) { Val=KeyPort&0xf0; Val+=0x0e; while(KeyPort!=0xfe); DelayMs(10);//去抖 while(KeyPort!=0xfe); returnVal; }KeyPort=0xfd;//檢測第二行 if(KeyPort!=0xfd) { Val=KeyPort&0xf0; Val+=0x0d; while(KeyPort!=0xfd); DelayMs(10);//去抖 while(KeyPort!=0xfd); returnVal; } KeyPort=0xfb;//檢測第三行 if(KeyPort!=0xfb) { Val=KeyPort&0xf0; Val+=0x0b; while(KeyPort!=0xfb); DelayMs(10);//去抖 while(KeyPort!=0xfb); returnVal; } KeyPort=0xf7;//檢測第四行 if(KeyPort!=0xf7) { Val=KeyPort&0xf0; Val+=0x07; while(KeyPort!=0xf7); DelayMs(10);//去抖 while(KeyPort!=0xf7); returnVal; }}}return0xff;}/*按鍵值處理函數(shù)，返回掃鍵值*/unsignedcharKeyPro(void){switch(KeyScan()){case0x7e:return0x7e;break;//./.按下相應的鍵顯示相對應的碼值 //三角波函數(shù)case0x7d:return0x7d;break;//*//正旋函數(shù)case0x7b:return0x7b;break;//-- case0x77:return0x77;break;//+case0xbe:return9;break;//9case0xbd:return6;break;//6case0xbb:return3;break;//3case0xb7:return0xb7;break;//=case0xde:return8;break;//8case0xdd:return5;break;//5case0xdb:return2;break;//2case0xd7:return0;break;//0case0xee:return7;break;//7case0xed:return4;break;//4case0xeb:return1;break;//1case0xe7:return0xe7;break;//ondefault:return0xff;break;}}/*************************************************************************//函數(shù)名稱：DAC0832_init()//函數(shù)說明:DAC0832時序程序//入口參數(shù)：無//返回值： 無*************************************************************************/voidDAC0832_init(){ CS=0;//選通芯片，開始工作 WR1=0;//打開數(shù)字量寄存器輸入端，寫入數(shù)字量 ILE=1;//打開數(shù)字量寄存器輸出端 WR2=0;//打開DAC寄存器輸入端，寫入數(shù)字量 XFER=0;//轉(zhuǎn)換并輸出模擬量}/*************************************************************************//函數(shù)名稱：Sine_wave()//函數(shù)說明:正選函數(shù)發(fā)生//入口參數(shù)：無//返回值： 無*************************************************************************/voidSine_wave(){ ucharc; DAC0832_init();//設定DAC0832 P2=tosin[c];//查表 c++; }/*************************************************************************//函數(shù)名稱：Tri_Wave()//函數(shù)說明:三角函數(shù)發(fā)生//入口參數(shù)：無//返回值： 無*************************************************************************/voidTri_Wave(){ uchari; DAC0832_init(); //設定DAC0832 if(i<=128) { P2=i; } else P2=255-i; i++;}/*************************************************************************//函數(shù)名稱：time_count()//函數(shù)說明:定時器初始化//入口參數(shù)：無//返回值： 無*************************************************************************/voidtime_count_int(){ TMOD=0X01;//定時器0方式116位定時器 //TH0=th0;//初始值// TL0=tl0; TH0=(65536-th0)/256; TL0=(65536-tl0)%256; EA=1;//開總中斷 ET0=1;//開定時器中斷 TR0=1; //啟動定時器