基于51单片机的波形发生器设计本科毕业设计论文管理资料.docx
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基于51单片机的波形发生器设计本科毕业设计论文管理资料
本科毕业设计论文
基于51单片机的波形发生器设计
摘要
波形发生器作为信号源广泛应用于电子工业、自动控制和科学试验等领域。
目前国内市场上波形发生器种类匮乏，价格昂贵。
为了实验、研究以及工业需要，研制一种功能齐全、使用方便的波形发生器十分重要。
本文介绍了两种基于89C51单片机和数模转换器DAC0832产生所需波形的波形发生器设计方案，两种方案各有特色，可以满足不同领域对波形发生器的需求。
其中，程控波形发生器设计方案运用单片机执行程序产生波形数据，再由单片机通过定时器定时控制将波形数据送给DAC转换输出波形，本方案扩展有LED显示模块和键盘模块，具有良好的人机交互性。
硬件波形发生器设计中，单片机执行程序产生波形数据或从上位机接受波形数据写入外部RAM中，然后由外部电路控制从RAM中取出波形数据送于DAC转换输出波形，本方案可以产生高频波，且具有良好的可升级性。
本次设计的两种方案均能产生频率、幅值可调的正弦波、三角波、锯齿波和方波四种波形。
本次设计运用Keilc软件采用C语言进行软件设计，使用仿真软件Proteus进行系统功能校验，并使用Protel软件制作印刷电路板（PCB）。
本次设计的两种波形发生器具有精度高、误差小、功耗低、数据传输速度快、可靠性高等特点，且具有良好的经济性，具有一定的开发价值。
关键词：
波形发生器，单片机，DAC0832，程控波形发生器设计，硬件波形发生器设计
THEDESIGNOFWAVEFORMGENERATORBASEDON51MCU
ABSTRACT
Waveformgeneratorsarewidelyusedintheelectronicsindustry,automaticcontrolandscientificexperimentsandotherfields.Currently,waveformgenerators,indomesticmarket,areverylimit.Sothedevelopmentofawaveformgeneratorwhichisfullyfunctionalandeasytouseisveryimportantforexperimental,research,andindustrialneeds.
Thisarticledescribestwoschemesofthedesignofwaveformgenerator（WG）basedon51MCUandDAC0832chip.Andthetwoschemeshavetheirownadvantagestomeetdifferentareas’need.Amongthem,intheschemeofprogrammableWGdesign,weusetheMCUtogeneratewaveformdata,andthenusethetimertimingtocontrolDACconverterwhichtranslatethewaveformdataintotheoutputwaveform.ThisschemeexpandedwithLEDdisplaymoduleandkeyboardmodule,whichhasagoodhuman-machineinteraction.InhardwareWGdesignscheme,weusetheMCUtogeneratewaveformdataoracceptthedatafromPC,andthentransferthisdatatoexternalRAM.Specially,weuseanexternalcircuittocontroltheDACconversion.Thisdesigncangeneratehigh-frequencywaves,anditalsohasgoodscalability.What’smore,thesetwoschemescanproducefourkindsofwaveforms（sine,triangle,sawtoothandsquarewave）;theirfrequencyandamplitudecanadjustbyuser’sneed.
Inthisdesign,weusetheKeilcsoftwareforsoftwaredesigninClanguage.AndthenweusethesimulationsoftwareProteustochecksystemfunctions,Finally,weuseProtelsoftwaretoproduceprintedcircuitboards（PCB）.
Thisdesignofthetwokindsofwaveformgeneratorhasgoodprecision,lowpowerconsumption,highdatatransmissionspeed,greatreliability,andgoodeconomyvalue.Toacertainextent,itisworthyofbeingfurtherdeveloped.
KEYWORDS：
waveformgenerators,MCU,DAC0832,programmableWGdesign,hardwareWGdesign
目 录
§D/A转换器的选择11
§定时器中断子程序43
符号说明
Hz
赫兹，频率单位
KHz
千赫，1千赫（KHz）=1×103赫兹（Hz）
MHz
兆赫，1兆赫（MHz）=1×103千赫（KHz）
GHz
吉赫，1吉赫（GHz）=1×103兆赫（MHz）
V
伏特，电压单位
欧姆，电阻单位
K
千欧，1千欧（K）=1×103欧姆（）
F
法拉，电容单位
F
微法，1法拉（F）=1×106微法（F）
pF
皮法，1微法（F）=1×106皮法（pF）
s
秒，时间单位
ms
毫秒，1秒（s）=1×103毫秒（ms）
s
微秒，1毫秒（ms）=1×103毫秒（s）
R/RES
Resistance，电阻
C/CAP
Capacitance，电容
SW
拨码开关
RV
滑动变阻器
Crystal
石英晶振
ROM
Readonlymemory，只读存储器
RAM
Randomaccessmemory，随机存储器
SRAM
StaticRAM，静态随机存储器
CPU
CentralProcessingUnit，中央处理器
D/A
Digital/Analog，数/模转换
DAC
Digital/AnalogConverter，数模转换器
前 言
波形发生器作为信号源广泛应用于电子工业、自动控制和科学试验等领域。
雷达、通信、宇航、遥控遥测技术和电子系统等领域都随处可见波形发生器的应用。
从上世纪20年代起，世界上对于波形发生器的研究与改进从未间断过，到现今已经研制出了用于不同频域的各种高性能的波形发生器。
但是我国对波形发生器的研究起步较晚，国内市场上波形发生器种类匮乏，价格昂贵，且多用于航天军事等领域。
在这种情况下，在实际工业应用中往往需要设计人员自行设计出所需的波形发生器，带来不必要的工程开销。
所以说研制一种功能齐全、使用方便的波形发生器十分重要。
本文介绍了两种基于89C51单片机和数模转换器DAC0832产生所需波形的波形发生器设计方案，两种方案各有千秋，可以满足不同领域对波形发生器的需求。
其中，程控波形发生器设计方案运用单片机执行程序产生波形数据，再由单片机通过定时器定时控制将波形数据送给DAC转换输出波形，由于软件的限制产生波形的上限频率受到限制无法在本方案内寻求突破方法。
本方案扩展有LED显示模块和键盘模块，且可以实现频率和幅值的连续可调，具有良好的人机交互性，因此在低频需求的教学实验领域具有很好的应用前景。
硬件波形发生器设计中，单片机执行程序产生波形数据或从上位机接受波形数据写入外部RAM中，然后由外部电路控制从RAM中取出波形数据送于DAC转换输出波形，本方案虽然无法像程控方案那样方便的调节波形信息，但是可以产生高频波，且具有良好的可升级性，可以用于对高频信号需求的领域。
本次设计运用Keilc软件采用C语言进行软件设计，使用仿真软件Proteus进行系统功能校验，并使用Protel软件制作印刷电路板（PCB）。
本文着重介绍了在设计过程中的方案选择以及两种硬件和软件电路的设计，也对设计所使用的芯片及功能进行简要介绍，并对设计结果进行误差和经济性分析说明系统的可行性。
另外在文章中，还分散对两种设计方案的原理、特点、实现方式、性能比对和应用领域进行说明。
以便于读者能够通过本篇文章对本次设计全面理解。
第1章绪论
§1.1选题背景
波形发生器又名信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。
雷达、通信、宇航、遥控遥测技术和电子系统等领域都随处可见波形发生器的应用。
如今作为电子系统“心脏”的信号源的性能很大程度上决定了电子设备和系统的性能的提高。
因此随着电子技术的不断发展，现今对信号源的频率稳定度、频谱纯度和频率范围以及信号波形的形状提出越来越高的挑战。
§1.2波形发生器的发展状况
早在上世纪20年代就出现了作为测量仪器的波形发生器[1]。
随着电子技术的发展，波形发生器实现了从定性分析的测试仪器到用于测试接收机的标准波形发生器的转变。
早期的波形发生器的机构复杂，功率较大，因此发展缓慢。
伴随着晶体管的问世所带来的电子领域的巨大变革，于1964年研制出了第一台全晶体管的波形发生器。
自60年代以来波形发生器有了迅速的发展，这个时期的波形发生器运用模拟电子技术，由分立元件和模拟集成电路构成。
这种波形发生器电路尺寸大，价格贵，功耗高，结构复杂，功能单一，且由于模拟器件存在漂移输出波形的幅度稳定性差。
所以模拟技术的波形发生器的发展在后期也受到了一定的制约。
70年代随着微处理器的出现，波形发生器的设计开始往数字电子技术方面进军。
这时的波形发生器主要运用软硬件结合的方法从而可以实现更加复杂的功能。
但是由于这时期的设计主要采用软件去实现程控波形的功能，所以也就带来了一些问题，即由于CPU工作频率的制约使得设计产品只能输出低频波形。
当时专用于信号处理的微处理器时钟频率只有1-2MHz，A/D和D/A一般为8位，且内部存储容量也很小。
所以实际上能够产生波形的有效频宽不会超过1MHz，再去考虑波形的平滑度和失真度，重复频宽不会超过10KHz。
80年代后期才真正克服软件的问题出现了几种高性能的函数发生器。
其中最具代表性的是HP公司推出的HP70S信号模拟装置系统，它由HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。
传统的波形发生器产生的波形比较单一，如正弦波、方波、脉冲波、三角波等。
随着科学实验研究的需求的不断发展，对波形种类的需求也呈现出多样化的趋势。
如电子设备的性能指针测试中就需要能提供一些非常规的测试信号的信号源，即能产
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