数字信号发生器毕业设计Word格式.docx
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通过按键控制切换产生正弦波,锯齿波,三角波,方波,各类型信号的频率统一为100HZ,而幅值在-5V~+5V范围内可调。
本设计电路原理简单,性能较好,具有一定的实用性和参考价值。
【关键词】单片机,波形发生器,D/A电路
DIGITALSIGNALGENERATORDESIGNBASEDONAT89S51
【ABSTRACT】
Theemergenceofintelligentmachines,whichgreatlyexpandedthescopeofapplicationoftraditionalinstruments.Intelligentinstrument,withitssmallsize,powerful,low-poweradvantagesofhomeappliancesquickly,researchinstitutesandindustrialenterpriseshasbeenwidelyused.
Thesystemisadigitalwaveformgeneratorbasedonsinglechipcomputer.AT89S51isusedasacontrolcore.Thesystemiscomposedbydigital/analogconversion(DAC0832),implycircuit(MC1458),buttonISPinferfaceandLEDlights.Itcangeneratesquaretriangleandsinewave,withLEDdisplay.Thefrequencyofvarioustypesofsignalunityof100HZ,buttheamplitudeinthe-5V~+5Vrangeadjustable.Thecircuitdesignissimple,betterperformance,hassomepracticalandreferencevalue.
【KEYWORDS】thesinglechipcomputer,thesignalgenerator,D/Aconversion
绪论…………………………………………………………………………………9
1.波形发生器现状………………………………………………………9
2.单片机在波形发生器中的运用………………………………………9
第一章系统设计………………………………………………………………10
1.系统要求………………………………………………………………11
2.系统方案选择与论证…………………………………………………11
3.系统设计原理与思路…………………………………………………11
第二章硬件电路的设计………………………………………………………12
1.AT89S51的介绍………………………………………………………12
2.资源分配………………………………………………………………15
3.最小单片机系统的设计………………………………………………15
4.各模块电路的设计……………………………………………………17
5.ISP接口………………………………………………………………23
第三章软件设计…………………………………………………………24
1.主程序的设计…………………………………………………………25
2.锯齿波程序的设计……………………………………………………25
3.三角波程序的设计……………………………………………………26
4.正弦波程序的设计……………………………………………………27
5.方波程序的设计………………………………………………………28
第四章测试仿真…………………………………………………………29
1.软件仿真……………………………………………………………29
2.仿真结论分析……………………………………………………………30
3.硬件测试结论分析………………………………………………………31
绪论
1.波形发生器现状
波形发生器作为一种常用的应用电子仪器设备,传统的波形发生器可以完全用硬件电路搭建,如应用555振荡电路可以产生正弦波,三角波,方波等波形,传统的波形发生器多采用这种方式设计,这种方式不应用单片机,但是这种方式存在波形质量差,控制难,可调范围小,电路复杂和体积大等缺点,在科学研究和生产实践中,如工业过程控制,生物医学,地震模拟震动等领域往往需要低频信号源,而由硬件搭建的波形发生器效果往往达不到好的效果,而且低频信号源所需要的RC很大,大电阻,大电容在制作上有困难,参数的精度也难以保证,而且体积大,漏电,体积大是该类波形发生器的显著缺点。
2.单片机在波形发生器中的应用
随着电子技术的飞快发展,单片机的应用不断的深入,基于单片机的智能仪器的设计技术不断成熟。
单片机构成的仪器具有高可靠性,高性价比,单片机技术在智能仪表和自动化等诸多领域有了极为广泛的应用,并应用到各种家庭电器,单片机技术的广泛应用推动了社会的进步。
一块单片机芯片就是一台计算机,单片机的这种特殊的结构形式,使得其在某些应用领域,它承担了大中型计算机和通用微机无法完成的一些工作。
单片机有很多优点和特点,归纳有以下几个方面:
(1)具有优异的性价比
单片机尽可能的把应用所需要的存储器,各种功能的I/O接口集成在一块芯片内,因而其性能优越,而价格性对低廉
(2)集成度搞,体积小,可靠性高
单片机把各种功能部件集成在一块芯片上,因而集成度高,为大规模集成电路或超大规模集成电路,又内部采用总线结构,因而大大减少了芯片内部之间的连线,这大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力,同时,体积小,对于强磁场环境易于采用屏蔽措施,适合于在恶劣环境下工作。
(3)低电压和低功耗
单片机大量用于携带式产品和家用消费类产品,低电压和低功耗尤为重要。
目前,许多单片机已可在2.2V电压下运行,有的已能在1.2V或0.9V下工作,功耗降至μA级,一粒钮扣电池就可长期使用。
利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号,其下限频率很低。
具有线路相对简单,结构紧凑,价格低廉,频率稳定度高,抗干扰能力强,用途广泛等优点,并且能够对波形进行细微调整,改良波形,使其满足系统的要求。
只要对电路稍加修改,调整程序,即可完成功能升级。
这里介绍一种采用AT89S51单片机和一片DAC0832数模转换器做成的数字式低频信号发生器,它的特点是价格低、性能高,在低频范围稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等。
信号发生器与其它相比还具有如下优点:
①较分立元件信号发生器而言,具有频率高,工作稳定,容易调试等特性;
②较专用DDS芯片的信号发生器而言,具有结构简单,成本低等特性。
(4)控制功能强
单片机体积虽小,但“五脏俱全”,它非常适用于专门的控制用途。
为了满足工业控制要求,一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令,I/O口的逻辑操作指令以及位操作指令。
其逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
结论:
利用单片机采用程序设计方法来产生波形,线路相对简单,结构紧凑,价格低廉,频率稳定度高,抗干扰能力强等优点,而且还能对波形进行细微的调整,改良波形,易于通过程序控制,只要对电路稍加修改,调整程序,就能实现功能的升级。
一.系统设计
1.系统设计要求
(1)采用AT89S51及DAC0832设计信号发生器
(2)输出信号为正弦波或三角波或阶梯波
(3)输出信号频率为100Hz,幅度-5V—+5V可调
(4)必须具有信号输出及外接电源、公共地线接口,程序在线下载接口
2.总体方案选择与论证
方案一:
采用模拟分立元件或单片压控函数发生器(8038)可产生三角波,正弦波等。
通过调整外部元件的参数实现频率,幅值,占空比的调整,但是由于元件太过分散,即使使用单片压控函数发生器,参数与外部条件有关。
因而产生的波形稳定性差,精度低,抗干扰能力差,价格高,且灵活性差
方案二:
采用单片机(AT89S51)和数模转换芯片(DAC0832)实现波形的产生,波形的产生由程序控制,向D/A的输入端按一定的规律发送数据,经过D/A和MC1458产生100HZ频率波形,通过查询键盘或中断控制不同波形的产生。
此方案通过编程简化了外部电路,原理简单,容易实现。
方案选择:
经比较,方案二明显更容易实现课程设计题目的要求。
通过编程实现不同波型的产生,并且可以通过按键实现波形的切换。
该方案线路简单,结构紧凑,系统稳定,易控制,容易调试等优点,综上分析,选择方案二实现课题要求
3.系统设计基本原理和思路
(1)系统原理框图如图1
图1波形发生器系统框图
(2)原理框图分析:
该波形发生器主要由单片机(AT89S51),数模转换电路(DAC0832),电流/电压转换电路(MC1458),按键和波形指示灯电路,ISP接口等组成。
其工作原理为当按下四个按键当中的任何一个按键,就会产生相对应的波形,并且四个LED灯作为不同波形的指示。
二.硬件电路的设计
1.AT89S51的介绍
(1)AT89S51的介绍
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4K的可编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。
它集Flash程序存储器既可在线编程(ISP)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中,ATMEL公司的功能强大,低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。
主要性能参数如下:
●与MCS-51产品指令系统完全兼容
●4K字节在系统编程(ISP)Flash闪速存储器
●1000次擦写周期
●4.0-5.5V的工作电压范围
●全静态工作模式:
0HZ-33MHZ
●三级程序加密锁
●128*8字节内部RAM
●32个可编程I/O口线
●2个16位定时/计数器
●6个中断源
●全双工串行UART通道
●低功耗空闲和掉电模式
●中断可从空闲模式唤醒系统
●看门狗(WDT)及双数据指针
●掉电标示和快速编程特性
●灵活的在系统编程(ISP-字节或页写模式)
(2)AT89S51的引脚图
图2AT89S51引脚图实物图
(3)主要管脚说明
P0口:
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
P1口:
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”,