51单片机-波形发生器Word格式.doc
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3.1设计思路…………………………………………………………………-2-
3.2元件选型…………………………………………………………………-3-
3.3功能原理图………………………………………………………………-3-
四、方案论证……………………………………………………-3-
五、硬件电路设计………………………………………………-4-
5.1硬件连线图 ………………………………………………………………-4-
5.2主要芯片介绍……………………………………………………………-6-
六、软件设计………………………………………………………-8-
6.1正弦波的产生过程………………………………………………………-9-
6.2方波产生过程……………………………………………………………-9-
6.3锯齿波的产生过程……………………………………………………-9-
6.4三角波的产生过程……………………………………………………-9-
6.5通过开关实现波形切换和调频…………………………………………-9-
6.7附程序代码………………………………………………………………-10-
七、调试与仿真 ……………………………………………………-12-
八、总结……………………………………………………………-13-
九、参考文献……………………………………………………-14-
波形发生器
一、设计目的
(1)利用所学单片机机的理论知识进行软硬件整体设计,锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。
(2)我们这次的课程设计是以单片机为基础,设计并开发能输出多种波形(正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波等)且频率、幅度可变的波形发生器。
(3)掌握各个接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法,并能运用其实现一个简单的单片机应用系统功能器件。
(4)在平时的学习中,我们所学的知识大都是课本上的,在机房的练习大家也都是分散的对各个章节的内容进行练习。
因此,缺乏一种系统的设计锻炼。
在课程所学结束以后,这样的课程设计十分有助于学生的知识系统的总结到一起。
(5)通过这几个波形进行组合形成了一个波形发生器,使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。
这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目,更可以锻炼大家单片机知识的应用。
二、设计的主要内容和要求
1.1基本内容和要求
(1)设计一款能够产生3种波形的波形发生器;
(2)设计波形选择按钮;
(3)LED或LCD显示波形代号(如:
1为正弦波,2为方波,3为锯齿波,4为三角波);
(4)其他功能(创新部分)。
1.2创新部分
(1)波形频率调节;
(2)波形幅值调节;
(3)方波占空比调节;
(4)滤波。
三、整体设计思路
3.1设计思路
1、课设需要各个波形的基本输出。
如输出正弦波、方波、锯齿波、三角波。
这些波形的实现的具体步骤:
(1)正弦波:
通过手动的方法计算出输出各点的电压值,然后在编写程序时以数组的方式给出。
当需要时,只要按照顺序进行输出即可。
这种方法比在软件中计算速度快且曲线的形状修改灵活。
在本设计中将一个周期(360度)分为256个点,则每两个点之间的间隔为1.4度,然后计算出每个点电压对应的数字量,形成数组。
只要反复输出这组数据到DAC0832,就可以在系统输出端得到想要的正弦波。
(2)方波:
按照设定的周期值将输出的电压改变即可。
(3)锯齿波:
也使用查表法。
将三角波的一个周期(360度)分为256个点,相邻点等差,生成数组。
反复输出前128个数据到DAC0832,就可以在系统输出端得到想要的锯齿波。
(4)三角波:
将(3)中的数组256个数据全部输出到DAC0832,循环,就可以在系统输出端得到想要的三角波。
2、通过P1口和轻触开关S1-S4相连接来切换波形输出(如按S1键输出正弦波,按S2键产生方波,按S3键产生锯齿波,按S4键产生三角波)。
用P0口控制数码管静态显示波形代号。
用P2口向DAC0832发送数据,经DAC0832转换后,再把信号放大,最后接到示波器上显示。
3.2元件选型
单片机AT89S52系统,DAC0832一片,PC机一台,运算放大器。
3.3功能原理图
波形输出
P1
P2
P0
AT89S52
键盘控制
数码管显示
DAC0832
运放
图1
四、方案论证
波形发生器的实现方法通常有以下几种:
方案1:
用分立元件组成的波形发生器:
通常是单函数发生器且频率不高,其工作不很稳定,不易调试。
方案2:
可以由晶体管、运放IC等通用器件制作,更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。
早期的函数信号发生器IC,如L8038、BA205、XR2207/2209等,它们的功能较少,精度不高,频率上限只有300kHz,无法产生更高频率的信号,调节方式也不够灵活,频率和占空比不能独立调节,二者互相影响。
方案3:
利用专用直接数字合成DDS芯片的波形发生器:
能产生任意波形并达到很高的频率。
但成本较高。
方案4:
采用AT89S52单片机和DAC0832芯片,直接连接键盘和显示。
该种方案主要对AT89S52单片机的各个I/O口充分利用。
P1口是连接键盘,P0口接显示电路,P2口连接DAC0832输出波形。
这样总体来说,能对单片机各个接口都利用上,而不在多用其它芯片,从而减小了系统的成本。
也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成。
占用空间小,使用芯片少,低功耗。
综合考虑,方案4各项性能和指标都优于其他几种方案,能使输出频率有较好的稳定性,充分体现了模块化设计的要求,而且这些芯片及器件均为通用器件,在市场上较常见,价格也低廉,样品制作成功的可能性比较大,所以本设计采用方案4。
五、硬件电路设计
5.1电路连线图
通过P1.0-P1.3口和轻触开关S1-S4相连接来切换波形输出(如按S1键输出正弦波,按S2键产生方波,按S3键产生锯齿波,按S4键产生三角波),P1.4、P1.5接方波占空比调节开关,P1.6、P1.7接波形频率调节开关,如图2所示。
用P0口控制数码管静态显示波形代号,如图3所示。
用P2口向DAC0832发送数据,经DAC0832转换后,再把信号放大,最后接到示波器上显示如图4所示。
图2按键电路图3显示电路
图4DAC0832连接图和幅值调节电路
图5总电路图
图6滤波电路图
注:
波形的幅值调节,使用硬件方法实现,如图4中DAC0832的VREF口接一滑动变阻器,通过改变DA转换的参考电压来实现波形幅值的改变。
5.2主要芯片介绍
(1)51单片机的内部结构
基本组成部分:
1一个8位的CPU
2128B或256B单元内数据存储器(RAM)
34KB或8KB片内程序存储器(ROM或EPROM)
44个8位并行I/O接口P0~P3。
5两个定时/计数器。
65个中断源的中断管理控制系统。
7一个全双工串行I/O口UART(通用异步接收、发送器)
8一个片内振荡器和时钟产生电路。
图751单片机引脚
管脚说明:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
(2)DAC0832芯片
DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片,集成电路内有两级输入寄存器。
DAC0832输出的是电流,一般要求输出是电压,所以还必