基于單片機(jī)的正弦波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)論文

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院PAGEPAGE16畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：基于單片機(jī)的正弦波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)系部：電子信息工程系專業(yè)名稱：電子信息工程技術(shù)班級：08431學(xué)號(hào)：33完成時(shí)間：2011年5月12日基于單片機(jī)的正弦波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)摘要：信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用越來越廣，對信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出信號(hào)的頻率微調(diào)分辨率提出越來越高的要求，普通的頻率源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電子技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。因而本設(shè)計(jì)采用了AT89C51單片機(jī)為控制核心，通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來，能產(chǎn)生1HZ—180HZ的正弦波波形。通過鍵盤來控制波形頻率變化，并通過液晶屏1602顯示其波形以及頻率和幅度值的大小。關(guān)鍵字：信號(hào)發(fā)生器；AT89C51；D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832BasedonSCMsinewavesignalgeneratordesignAbstract:Signalgeneratorusedmoreandmorewidely,tosignalgeneratorfrequencystability,thespectrumpurity,frequencyrangeandoutputsignalfrequencyfine-tuneresolutionhigherandhigherdemandsareproposed,theaveragefrequencysourcecannothavesatisfiedthehighstandardrequirementofmodernelectronictechnology.SothisdesignUSESAAT89C51ascontrolcore,throughtheD/AconverterDAC0832convertsdigitalsignalsintoanalogsignals,filterandamplification,finallyshownbyoscilloscope1HZ-180HZ,canproducethesinewave.Throughthekeyboardtocontrolthewaveformfrequencyvariation,andthroughtheLCDdisplayofthewaveformand1602frequencyandamplitudevaluesofsize.Keyword:Signalgenerator;AT89C51;D/AconverterDAC0832目錄1、概述 42、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 42.1設(shè)計(jì)構(gòu)思 42.2方案設(shè)計(jì)與論證 42.2.1信號(hào)發(fā)生電路方案論證 42.2.2單片機(jī)的選擇論證 52.2.3、顯示方案論證 52.2.4、鍵盤方案論證 53、總體系統(tǒng)設(shè)計(jì) 53.1、硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 63.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 63.1.2、波形產(chǎn)生模塊的設(shè)計(jì) 73.1.3、顯示模塊的設(shè)計(jì) 73.2、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)流程 83.2.1、keiluvision3開發(fā)環(huán)境簡介 93.2.2、proteus7.5軟件簡介 103.2.3、keiluvision3與proteus7.5聯(lián)機(jī)調(diào)試簡介 104.輸出波形的檢查與頻率的調(diào)試 104.1測試儀器及測試說明 104.2測試結(jié)果 115、結(jié)束語 12參考文獻(xiàn) 13致謝 14附錄 15PAGE1PAGE11、概述波形發(fā)生器作為電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子儀器，廣泛應(yīng)用于航空航天測控、通信系統(tǒng)、電子對抗、電子測量、科研等各個(gè)領(lǐng)域中。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，對其性能的要求也越來越高，如要求頻率穩(wěn)定性高、轉(zhuǎn)換速度快，具有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等功能。傳統(tǒng)的LC、RC振蕩電路就不可以滿足上述的要求了，而基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器就可以有效的解決上述問題了。單片機(jī)的最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單而且又是通過程序控制信號(hào)的發(fā)生，這樣就可以通過編程來產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形?；趩纹瑱C(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，不僅解決了波形類型的選擇、頻率和幅度的調(diào)節(jié)等，而且還通過lcd顯示屏能夠?qū)⑿盘?hào)發(fā)生器產(chǎn)生波形的頻率準(zhǔn)確的顯示出來。2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過研究考慮，確定方案：以AT89C51單片機(jī)為控制核心，再通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來，通過鍵盤來控制波形的選擇和頻率的變化，最終輸出顯示其各自的類型以及數(shù)值。2.1設(shè)計(jì)構(gòu)思1）利用單片機(jī)采用軟件設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生正弦波2）鍵盤選擇波形類型3）波形頻率可調(diào)4）顯示波形及其頻率2.2方案設(shè)計(jì)與論證2.2.1、信號(hào)發(fā)生電路方案論證DAC0832是8位全MOS中速D/A轉(zhuǎn)換器，采用R—2RT形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為一對差動(dòng)電流輸出，轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為1us。使用單電源+5V―+15V供電。參考電壓為-10V－+10V。在此我們直接選擇+5V作為參考電壓。DAC0832有三種工作方式：直通方式，單緩沖方式，雙緩沖方式。2.2.2、單片機(jī)的選擇論證AT89C51單片機(jī)是一種高性能8位單片微型計(jì)算機(jī)。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、寄存器、I/O接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構(gòu)成較為完整的計(jì)算機(jī)、而且其價(jià)格便宜。2.2.3、顯示方案論證方案一：采用LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管組成，每只數(shù)碼管輪流顯示各自的字符。由于人眼具有視覺暫留特性，當(dāng)每只數(shù)碼管顯示的時(shí)間間隔小于1/16S時(shí)人眼感覺不到閃動(dòng)，看到的是每只數(shù)碼管常亮。使用數(shù)碼管顯示編程較易，但要顯示內(nèi)容過多，而且數(shù)碼管不能顯示字母。方案二：采用LCD液晶顯示器1602.其功率小，效果明顯，顯示編程容易控制，可以顯示字母。以上兩種方案綜合考慮，選擇方案二。2.2.4、鍵盤方案論證采用簡單的撥動(dòng)開關(guān)。撥動(dòng)開關(guān)簡單方便，操作簡單，但存在抖動(dòng)的現(xiàn)象，對芯片會(huì)產(chǎn)生一定的影響。3、總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，由單片機(jī)完成人機(jī)界面、系統(tǒng)控制、信號(hào)的采集分析以及信號(hào)的處理和變換，采用按鍵輸入，利用液晶顯示電路輸出數(shù)字顯示的方案，將設(shè)計(jì)任務(wù)分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。圖(1)為系統(tǒng)的總體框圖：主控芯片AT89C51主控芯片AT89C51開關(guān)顯示D/A0832放大輸出圖1：系統(tǒng)總體框圖3.1、硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)3.1.1、單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)AT89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用AT89C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖（2）AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。圖2：AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.2、波形產(chǎn)生模塊的設(shè)計(jì)由單片機(jī)為控制中心用編程方法產(chǎn)生波形，通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832再經(jīng)過濾波放大后輸出。其電路圖如下圖3：波形產(chǎn)生電路如上圖所示，單片機(jī)的P0口連接DAC0832的八位數(shù)據(jù)輸入端，DAC0832的輸出端接放大器，經(jīng)過放大后輸出所要的波形。3.1.3、顯示模塊的設(shè)計(jì)通過液晶1602顯示輸出的波形、頻率，其電路圖如下：圖4:液晶顯示如上圖所示，1602的八位數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的P1口，其三個(gè)使能端RS、RW、E分別接單片機(jī)的P3.2—P3.4。通過軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。3.1.4、鍵盤模塊的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用兩個(gè)撥動(dòng)開關(guān)來調(diào)節(jié)由單片機(jī)產(chǎn)生的正弦波的頻率，其連接電路如下:圖5：撥動(dòng)開關(guān)圖中UP開關(guān)，每閉合一次，正弦波的頻率將增加1HZ。與之功能相似的DOWN開關(guān)則是使產(chǎn)生的正弦波的頻率降低1HZ。3.2、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)流程本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，用編程的方法來產(chǎn)生正弦波，并通過編程來調(diào)節(jié)正弦波波形的輸出頻率。軟件設(shè)計(jì)的流程圖如下：初始化定時(shí)器、液晶初始化定時(shí)器、液晶顯示器和預(yù)置處理開始正弦波控制程序幅度調(diào)節(jié)結(jié)束頻率調(diào)節(jié)液晶顯示屏萬用表圖6：軟件設(shè)計(jì)流程圖3.2.1、keiluvision3開發(fā)環(huán)境簡介KeilSoftware公司推出的uVision3是一款可用于多種8051MCU的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，該IDE同時(shí)也是PK51及其它開發(fā)套件的一個(gè)重要組件。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外，uVision3還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ?，加速了啟?dòng)代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo)MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號(hào)等。uVision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于MCUI/O引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。uVision3提供對多種最新的8051類微處理器的支持，包括AnalogDevices的ADuC83x和ADuC84x，以及Infineon的XC866等。3.2.2、proteus7.5軟件簡介Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。3.2.3、keiluvision3與proteus7.5聯(lián)機(jī)調(diào)試簡介KeilC與Proteus聯(lián)機(jī)調(diào)試準(zhǔn)備工作在一臺(tái)電腦上聯(lián)機(jī)兩個(gè)軟件為例。首先進(jìn)行KeiluVision3軟件和ProteusVersion7.1軟件，分別進(jìn)行安裝。a.到官方網(wǎng)站下載一個(gè)vdmadi.exe，安裝路徑選擇KeiluVision3的安裝目錄（E:\ProgramFiles\Keil）。安裝完成。b.Proteus里DEBUG-->（選擇）useremotedebugmonitor。進(jìn)入KEIL的project菜單optionfortarget'工程名'。在DEBUG選項(xiàng)中右欄上部的選擇Use并在下拉菜選中ProteusVSMSimulator。在進(jìn)入seting，如果同一臺(tái)機(jī)IP名為,如不是同一臺(tái)機(jī)則填另一臺(tái)的IP地址。端口號(hào)一定為8000。注意：可以在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行keil，另一臺(tái)中運(yùn)行proteus進(jìn)行遠(yuǎn)程仿真。c.KEIL的編譯程序和Proteus的文件一定要放在同一個(gè)文件夾中。d.單擊仿真運(yùn)行開始按鈕，KeilC與Proteus連接仿真調(diào)試4.輸出波形的檢查與頻率的調(diào)試4.1測試儀器及測試說明測試儀器：示波器、數(shù)字萬用表測試說明：正弦波的輸出，通過UP開關(guān)及DOWN開關(guān)來實(shí)現(xiàn)正弦波波形頻率的改變，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RV1來實(shí)現(xiàn)幅度的調(diào)控。測試過程；打開keiluvision3和proteus軟件后，導(dǎo)入寫好的程序以及模擬仿真電路后，通過兩個(gè)軟件的聯(lián)調(diào)，進(jìn)行正弦波的模擬仿真測試。程序經(jīng)過初始化，液晶屏上只顯示“wave：”和“f：“，然后便顯示出波形類型以及頻率的大小。正弦波的頻率可調(diào)范圍在1—180HZ之間。正弦波波形仿真圖如下：4.2測試結(jié)果各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到要求1）、能很好的產(chǎn)生正弦波2）、波形的頻率可以調(diào)節(jié)，頻率范圍在1—180HZ之間3）、顯示部分基本實(shí)現(xiàn)4）、UP及DOWN開關(guān)基本能實(shí)現(xiàn)其功能5、結(jié)束語通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的現(xiàn)實(shí)意義。本次的設(shè)計(jì)是對大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)的一次系統(tǒng)的檢驗(yàn)，進(jìn)一步加深了我們對專業(yè)知識(shí)的理解和提高我們的動(dòng)手能力。雖然本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)基本上可以達(dá)到要求，但其中也存在著很多的問題，例如液晶屏顯示頻率，頻率增大時(shí)，液晶屏顯示的頻率卻變小，這主要是程序的編寫有點(diǎn)問題，改正之后應(yīng)該能夠解決這樣的問題。此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品還有很多不完善的地方，我相信在以后的工作和學(xué)習(xí)中能夠徹底的解決這樣不完善。參考文獻(xiàn)【1】周國運(yùn)主編.《單片機(jī)原理及應(yīng)用(C語言版)(21世紀(jì)高等院校規(guī)劃教材)》中國水利水電出版社，2009【2】張毅剛、彭喜元主編.《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》.人民郵電出版社，2008【3】孫俊喜主編.《LCD驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)及典型應(yīng)用》.人民郵電出版社，2009【4】殷瑞祥主編.《電路與模擬電子技術(shù)》.高等教育出版社，2003致謝在此論文撰寫過程中，要特別感謝我的老師鄭老師的指導(dǎo)與督促，同時(shí)感謝她的諒解與包容。沒有鄭老師的幫助也就沒有今天的這篇論文。求學(xué)歷程是艱苦的，但又是快樂的。感謝我的班主任鄭老師，謝謝她在這三年中為我們?nèi)嗨龅囊磺?，她不求回?bào)，無私奉獻(xiàn)的精神很讓我感動(dòng)，再次向她表示由衷的感謝。在這三年的學(xué)期中結(jié)識(shí)的各位生活和學(xué)習(xí)上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財(cái)富。在此，也對他們表示衷心感謝。謝謝我的父母，沒有他們辛勤的付出也就沒有我的今天，在這一刻，將最崇高的敬意獻(xiàn)給你們！本文參考了大量的文獻(xiàn)資料，在此，向各學(xué)術(shù)界的前輩們致敬！附錄1、附圖總體原理設(shè)計(jì)圖2、源程序#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitlcdrw=P3^3;sbitlcdrs=P3^2;sbitlcde=P3^4;sbitcs=P3^5;sbitwr=P3^6;uchara,n;#definedac1XBYTE[0xdfff] //X軸0832一級瑣存地址unsignedcharcodetype[256]={0x80,0x83,0x86,0x89,0x8c,0x8f,0x92,0x95,0x98,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb0,0xb3,0xb6,0xb9,0xbc,0xbf,0xc1,0xc4,0xc7,0xc9,0xcc,0xce,0xd1,0xd3,0xd5,0xd8,0xda,0xdc,0xde,0xe0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe8,0xea,0xec,0xed,0xef,0xf0,0xf2,0xf3,0xf4,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfc,0xfd,0xfe,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfe,0xfd,0xfc,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf3,0xf2,0xf0,0xef,0xed,0xec,0xea,0xe8,0xe6,0xe4,0xe3,0xe1,0xde,0xdc,0xda,0xd8,0xd6,0xd3,0xd1,0xce,0xcc,0xc9,0xc7,0xc4,0xc1,0xbf,0xbc,0xb9,0xb6,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x92,0x8f,0x8c,0x89,0x86,0x83,0x80,0x7d,0x79,0x76,0x73,0x70,0x6d,0x6a,0x67,0x64,0x61,0x5e,0x5b,0x58,0x55,0x52,0x4f,0x4c,0x49,0x46,0x43,0x41,0x3e,0x3b,0x39,0x36,0x33,0x31,0x2e,0x2c,0x2a,0x27,0x25,0x23,0x21,0x1f,0x1d,0x1b,0x19,0x17,0x15,0x14,0x12,0x10,0xf,0xd,0xc,0xb,0x9,0x8,0x7,0x6,0x5,0x4,0x3,0x3,0x2,0x1,0x1,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x1,0x1,0x2,0x3,0x3,0x4,0x5,0x6,0x7,0x8,0x9,0xa,0xc,0xd,0xe,0x10,0x12,0x13,0x15,0x17,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x23,0x25,0x27,0x29,0x2c,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3b,0x3d,0x40,0x43,0x46,0x48,0x4b,0x4e,0x51,0x54,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6c,0x6f,0x73,0x76,0x79,0x7c};unsignedchari,j;unsignedintcounter,step;sbitkey_up=P2^0;sbitkey_dw=P2^1;//定時(shí)器0初始化 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