設(shè)計并實現(xiàn)頻率可控的正弦波信號發(fā)生器

課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名: 專業(yè)班級:電信0904班指導(dǎo)教師:沈維聰工作單位:信息工程學(xué)院題目:設(shè)計并實現(xiàn)頻率可控的正弦波信號發(fā)生器初始條件:提供實驗室機房及其Keil軟件；提供51單片機開發(fā)板要求完成的主要任務(wù)：(包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求,以及說明書撰寫等具體要求):要求：利用DAC0832輸出正弦波信號（用示波器觀察輸出波形），初始頻率為50Hz，變頻采用“＋”、“－”鍵控制，實時測量輸出信號的頻率值，并分析和實測輸出信號的頻率范圍。具體包括：(1)設(shè)計原理或方法(2)系統(tǒng)硬件線路設(shè)計圖(3)程序框圖(4)資源分配表(5)源程序(6)性能分析(7)課程設(shè)計的心得體會；(8)參考文獻(xiàn)（不少于5篇）。時間安排: 本學(xué)期第19周參考文獻(xiàn)：1、劉瑞新等單片機原理及應(yīng)用教程機械工業(yè)出版社。2、張毅剛，單片機原理及應(yīng)用，北京：高等教育出版社。3、徐仁貴，微型計算機接口技術(shù)及應(yīng)用，北京：機械工業(yè)出版社。4、李廣弟等單片機基礎(chǔ)北京航空航天出版社。5、樓然苗等51系列單片機設(shè)計實例北京航空航天出版社。指導(dǎo)教師簽名:年月日系主任(或責(zé)任教師)簽名:年月日目錄HYPERLINK一、總體設(shè)計原理 3HYPERLINK二、系統(tǒng)硬件設(shè)計 3HYPERLINK2.1、DAC0832模塊 3HYPERLINK2.2、控制系統(tǒng)模塊 5HYPERLINK2.3、顯示模塊 7HYPERLINK三、軟件部分 8HYPERLINK四、源程序 9HYPERLINK五、性能分析 14HYPERLINK六、總結(jié)與心得 16HYPERLINK七、參考文獻(xiàn) 16摘要：本課程設(shè)計并實現(xiàn)頻率可控的正弦波信號發(fā)生器?？刂葡到y(tǒng)采用AT89C52，利用2片DAC0832輸出正弦波信號（用示波器觀察輸出波形），其中一片為另外一片體提供參考電壓進而可以控制峰峰值。利用單片機的選通方式對2片DA分別進行時分復(fù)用，達(dá)到介紹IO口的資源作用。為了實現(xiàn)完整的正弦波信號輸出，這里采取256個點，末級采用高精度放大器OP07并通過低通濾波器實現(xiàn)完美的波形輸出。加LCD1602對其頻率和幅度進行實時顯示，通過控制系統(tǒng)預(yù)置幅度步進可以達(dá)到0.1V.頻率初始化為50HZ。完全滿足系統(tǒng)的要求，并且擴展了發(fā)揮部分。關(guān)鍵詞：AT89C52；DAC0832；低通濾波；op07一、總體設(shè)計原理本系統(tǒng)采用AT89C52做控制系統(tǒng)，利用2片DAC0832輸出正弦波信號（用示波器觀察輸出波形），系統(tǒng)初始頻率為50Hz，變頻采用“＋”、“－”鍵控制，當(dāng)按下“+”鍵是正弦波的頻率自動加1輸出，當(dāng)按下“—”時，正弦波頻率自動減一輸出，實時測量輸出信號的頻率值，通過LCD1602動態(tài)顯示，利用另一片DAC0832輸出控制幅值的大小，改變正弦波的參考電壓，步進值設(shè)定為0.1V。實時監(jiān)控正弦波型號達(dá)到幅度和頻率。圖1二、系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1、DAC0832模塊DAC轉(zhuǎn)換器是一種將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件，其特點是接收、保持和轉(zhuǎn)換的是數(shù)字信息，不存在隨溫度和時間的漂移問題，因此電路的抗干擾性能較好。DAC0832是8位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，它具有價格低廉、接口簡單及轉(zhuǎn)換控制容易等特點。它由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位DIA轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路組成，能和CPU數(shù)據(jù)總線直接相連，屬中速轉(zhuǎn)換器，大約在1us內(nèi)將一個數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。DAC0832的結(jié)構(gòu)和引腳如圖2.1：D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)；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（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR1、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V～+15V；VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V～+10V；AGND：模擬信號地DGND：數(shù)字信號地圖21．直通方式直通方式就是使DAC0832內(nèi)部的兩個寄存器（輸入寄存器和DAC寄存器）處于不鎖存狀態(tài)，數(shù)據(jù)一旦到達(dá)輸入端DI7～DI0,就直接送入D/A轉(zhuǎn)換器，被轉(zhuǎn)換成模擬量。當(dāng)ILE為高電平，CS和WR1﹑WR2和XFER端都接數(shù)字地，這時鎖存信號LE1﹑LE2均為高電平，輸入寄存器和DAC寄存器均處于不鎖存狀態(tài)，即直通方式。2．單緩沖方式單緩沖方式就是使兩個寄存器中的一個處于緩沖方式，另一個處于鎖存方式，數(shù)據(jù)只通過一級緩沖器送入D/A轉(zhuǎn)換器。通常的做法是將和XFER均接地，使DAC寄存器處于直通方式，而把ILE接高電平，接端口地址譯碼信號，WR1接CPU系統(tǒng)總線的IOW信號，使輸入寄存器處于鎖存方式。單緩沖方式只需執(zhí)行一次寫操作即可完成D/A轉(zhuǎn)換。一般不需要多個模擬量同時輸出時，可采用單緩沖方式。3．單緩沖方式單緩沖方式就是使兩個寄存器均處于鎖存方式，數(shù)據(jù)要經(jīng)過兩級鎖存（即兩級緩沖）后再送入D/A轉(zhuǎn)換器，這就是說，要執(zhí)行兩次寫操作才能完成一次D/A轉(zhuǎn)換。只要將ILE接高電平，WR1和WR2接CPU的IOW，CS和XFER分別接兩個不同的I/O地址譯碼信號即可。圖中的Rfb是內(nèi)部電阻，是為外部運算放大器提供的反饋電阻，用以提供適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷海琕ref端是由外電路為芯片提供的參考電源，電壓范圍在-10V～+10V。另外，DAC0832為電流輸出型DAC，使用時需外接運算放大器，芯片的電源電壓最好工作在+15V。圖3本設(shè)計采用DAC0832實現(xiàn)電流輸出滿足I1+I2是一定值。為將電流轉(zhuǎn)換成電壓，這里采用具有極低的輸入失調(diào)電壓OP07。通過在晶圓階段執(zhí)行調(diào)整而獲得，而且這種低失調(diào)電壓一般不需要進行任何外部零點校準(zhǔn)。此外還具有低輸入偏置電流（OP07E為±4nA）和高開環(huán)增益（OP07E為200V/mV）特性。低失調(diào)電壓和高開環(huán)增益使之特別適合高增益儀器儀表應(yīng)用。2.2、控制系統(tǒng)模塊這里控制系統(tǒng)采用AT89C52。采用12M晶振，整體控制液晶顯示和DAC0832的電壓輸出，并且實時進行正弦波輸出。圖4AT89C52結(jié)構(gòu)介紹：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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，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(dāng)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(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)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(dāng)/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時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/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。2.3、顯示模塊顯示模塊這里采用LCD1602。進行實時掃描按鍵的值并顯示DAC0832的電壓值，并且根據(jù)正弦波的函數(shù)輸出表以及延時的關(guān)系控制頻率的輸出并且顯示在液晶上，LCD1602指令如表格1所示。序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容表1三、軟件部分正弦波的實現(xiàn)相對方波和三角波相對比較復(fù)雜，因為正弦波的實現(xiàn)是輸出各個點的值就行了，可是各個點值則要通過正弦函數(shù)來求出。輸出的數(shù)據(jù)剛好是256個數(shù)據(jù)，需要先將數(shù)存入數(shù)組中在大循環(huán)中取出數(shù)組，組成正弦波。本設(shè)計采用按鍵掃面算法實現(xiàn)實時對頻率和幅度的顯示，并“+”、“-”按鍵實現(xiàn)調(diào)節(jié)，并且更新數(shù)據(jù)顯示在液晶LCD1602上面。圖5四、源程序#include<reg52.h>#defineuintunsignedint #defineucharunsignedchar#defineucharunsignedcharsbitwr2=P3^7;sbitrs=P2^6;sbitrw=P2^5;sbitep=P2^7;sbitgn=P2^4;sbitup=P2^3;sbitdown=P2^2;sbitS1=P2^0;sbitS2=P2^1;sbitwr1=P3^0;sbitdir1=P3^1;sbitdir2=P3^4;ucharj,k=39,flag,amp=0xfa;uintfreq;codeucharv[]="amplitude:";ucharvv[5];codeucharf[]="freqency:";codeuintfj[40]={999,744,591,490,419,366,325,292,265,243, 224,208,194,181,171,161,153,145,138,132, 126,121,116,111,107,104,100,97,94,91,85, 81,74,71,67,64,60,57,53,50};codeucharsj[]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,31,33,36,38,40,42,45,48,51,55}; ucharfv[6];codeucharsin[]={0x7F,0x84,0x88,0x8D,0x91,0x96,0x9B,0x9F,0xA4,0xA8,0xAC,0xB1,0xB5,0xB9,0xBD,0xC1,0xC5,0xC9,0xCD,0xD0,0xD4,0xD7,0xDA,0xDE,0xE1,0xE4,0xE6,0xE9,0xEB,0xEE,0xF0,0xF2,0xF4,0xF6,0xF7,0xF9,0xFA,0xFB,0xFC,0xFD,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFD,0xFD,0xFC,0xFB,0xF9,0xF8,0xF7,0xF5,0xF3,0xF1,0xEF,0xED,0xEA,0xE8,0xE5,0xE2,0xDF,0xDC,0xD9,0xD5,0xD2,0xCE,0xCB,0xC7,0xC3,0xBF,0xBB,0xB7,0xB3,0xAE,0xAA,0xA6,0xA1,0x9D,0x98,0x94,0x8F,0x8B,0x86,0x81,0x7D,0x78,0x73,0x6F,0x6A,0x66,0x61,0x5D,0x58,0x54,0x50,0x4B,0x47,0x43,0x3F,0x3B,0x37,0x33,0x30,0x2C,0x29,0x25,0x22,0x1F,0x1C,0x19,0x16,0x14,0x11,0x0F,0x0D,0x0B,0x09,0x07,0x06,0x05,0x03,0x02,0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x07,0x08,0x0A,0x0C,0x0E,0x10,0x13,0x15,0x18,0x1A,0x1D,0x20,0x24,0x27,0x2A,0x2E,0x31,0x35,0x39,0x3D,0x41,0x45,0x49,0x4D,0x52,0x56,0x5A,0x5F,0x63,0x68,0x6D,0x71,0x76,0x7A,0x7F};voiddelay(ucharz){ ucharx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voidwrite_com(ucharcom){ rs=0; P0=com; delay(5);//用nop語句可以替代嗎？ ep=1; delay(5); ep=0; }voidwrite_data(uchardate){ rs=1; P0=date; delay(5);//用nop語句可以替代嗎？ ep=1; delay(5); ep=0; }voidinit_1602(){ rw=0; write_com(0x38); delay(1); write_com(0x0c); delay(1); write_com(0x06); delay(1); write_com(0x01); delay(1);}voiddisplay_1602(uchar*v){ uchari=0; while(v[i]!='\0') { write_data(v[i]); i++; delay(1); }}voiddealv(ucharamp){ inti; i=amp*10; i=i/50; vv[0]=i/10+48; vv[1]='.'; vv[2]=i%10+48; vv[3]='V'; vv[4]='\0';}voiddealf(){ freq=fj[k]; fv[0]=freq/100+48; fv[1]=freq%100/10+48; fv[2]=freq%10+48; fv[3]='H'; fv[4]='z'; fv[5]='\0'; freq=0; //頻率處理}voidfudu(ucharamp){ P1=amp; wr1=0;delay(1); wr1=1;}voidkeyscan1(){ if(gn==0) { delay(20); if(gn==0); { while(!gn); flag^=0x01; } } if(flag) { dir1=0; if(up==0) { delay(10); if(up==0); { while(!up); dir2^=1; amp+=5; if(amp>250)amp=0; //這是循環(huán)顯示 fudu(amp); dealv(amp); write_com(0x80+10); display_1602(vv); } } if(down==0) { delay(100); if(down==0); { while(!down); dir2^=1; amp-=5; 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}}五、性能分析本系統(tǒng)經(jīng)實物測試以及液晶顯示數(shù)據(jù)處理，能達(dá)到幅值步進0.1V，初始頻率50HZ開始。測試表格如下，誤差能達(dá)到很好的穩(wěn)定度。表一：頻率測量表預(yù)置頻率/HZ5060718191100126145161測試頻率/HZ49.860.184.681.391.2100.1126.6145.1162.1誤差/HZ0.20.10.40.30.20.10.60.11.1測試頻率/HZ181208265325419490591744999測試頻率/HZ181.0207.8265.2325.7419.6489.7591.27444.41000誤差/HZ00.20.20.70.60.30.20.41表二：幅度測量表預(yù)置幅度/mv100500800120015001800200023002500實測幅度/mv98502803120514981807201223092511誤差/mv22352712911預(yù)置幅度/mv270029003300350038004100440046005000預(yù)置幅度/mv171229203312350537904009440345894970誤差/mv122012510131130由表格數(shù)據(jù)可以看出，在預(yù)置的頻率和幅度下，可以步進0.1V。并且可以看到實測數(shù)據(jù)和顯示的數(shù)