多种波形发生器设计论文Word文档下载推荐.docx

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1）以单片机为核心，利用数摸转换芯片0832完成数模转换。

2）以按键来选择要产生的波形

3）用示波器观察波形。

设计步骤：

1）按照任务书的要求完成系统需求分析及功能定义。

2）使用proteus进行原理性设计与仿真。

3）完成代码编写，给出软件流程图。

4）撰写设计报告。

详见《西安建筑科技大学本科课程设计（论文）管理规定（试行）的规定》。

4、应收集的资料及主要参考文献：

单片机系统教材及相关元器件的数据手册

5、审核批准意见

教研室主任（签字）

摘要

随着电子技术的飞快发展，单片机也应用得越来越广泛，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。

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。

本系统利用单片机AT89C52采用程序设计方法产生锯齿波、三角波、正弦波、梯形波四种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，并通过按键来控制四种波形的类型选择。

本次设计主要由信号发生模块、数模转换模块和仿真模块。

关键词AT89C52单片机，DAC0832，独立式键盘,Proteus，Keil

目录

1绪论4

1.1波形发生器的概述4

1.2各种设计方案的比较5

1.2.1纯硬件设计法5

1.2.2纯软件设计法6

1.2.3软硬件结合设计法6

2硬件电路设计7

2.1主要芯片介绍7

2.1.1单片机AT89C527

2.1.2DAC0832数模转换器9

2.1.3其他器件11

2.2硬件连接图11

2.2.1主控电路11

2.2.2独立式键盘12

2.2.3数模转换电路13

2.2.4驱动电路14

2.3总电路图14

3程序设计15

3.1主流程图的设计15

3.2子程序的设计16

3.2.1锯齿波的产生16

3.2.2三角波的产生17

3.2.3梯形波的产生17

3.2.4正弦波的产生18

3.2.5主程序20

4应用软件20

4.1Proteus20

4.2KeilC5122

5调试与仿真结果23

6总结26

参考文献27

附录28

1绪论

1.1波形发生器的概述

在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。

随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。

用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。

波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。

函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。

1.2各种设计方案的比较

依据应用场合．需要实现的波形种类，波形发生器的具体指标要求会有所不同。

依据不同的设计要求选取不同的设计方案。

通常，波形发生器需要实现的波形有正弦波、方波、三角波和锯齿波。

有些场合可能还需要任意波形的产生。

各种波形共有的指标有：

波形的频率、幅度要求，频率稳定度，准确度等。

对于不同波形，具体的指标要求也会有所差异，例如，占空比是脉冲波形特有的指标。

波形发生器的设计方案多种多样，大致可以分为三大类：

纯硬件设计法、纯软件设计法和软硬件结合设计法。

1.2.1纯硬件设计法

波形发生器设计的纯硬件法早期，波形发生器的设计主要是采用运算放大器加分立元件来实现。

实现的波形比较单一，主要为正弦波、方波和三角波。

工作原理嗍也相对简单：

首先是产生正弦波，然后通过波形变换（正弦波通过比较器产生方波，方波经过积分器变为三角波）实现方波和三角波。

在各种波形后加上一级放大电路，可以使输出波形的幅度达到要求，通过开关电路实现不同输出波形的切换，改变电路的具体参数可以实现频率、幅度和占空比的改变。

通过对电路结构的优化及所用元器件的严格选取可以提高电路的频率稳定性和准确度。

纯硬件法中，正弦波的设计是基础，实现方法也比较多，电路形式一般有LC、RC和石英晶体振荡器三类。

LC振荡器适宜于产生几Hz至几百MHz的高频信号；

石英晶体振荡器能产生几百kHz至几十MHz的高频信号且稳定度高；

对于频率低于几MHz，特别是在几百Hz时，常采用RC振荡电路。

RC振荡电路又分为文氏桥振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等类型。

其中，以文氏桥振荡电路最为常用。

目前，实现波形发生器最简单的方法是采用单片集成的函数信号发生器。

它是将产生各种波形的功能电路集成优化到一个集成电路芯片里，外加少量的电阻、电容元件来实现。

采用这种方法的突出优势是电路简单，实现方便，精度高，性能优越；

缺点是功能较全的集成芯片价格较贵。

实际中应用较多的单片函数信号发生器有MAX038（最高频率可达40MHz）和ICL8038（最高频率为300kHz）。

1.2.2纯软件设计法

波形发生器设计的纯软件法波形发生器的设计还可以采用纯软件的方法来实现。

虚拟仪器鞠使传统仪器发生了革命性的变化，是21世纪测试仪器领域技术发展的重要方向。

它以计算机为基础，软件为核心，没有传统仪器那样具体的物理结构．在计算机上实现仪器的虚拟面板，通过软件设计实现和改变仪器的功能。

例如用图形化编程工具LabVIEW来实现任意波形发生器的功能：

在LabVIEW软件的前面板通过拖放控件，设计仪器的功能面板（如波形显示窗口，波形选择按键，波形存储回放等工作界面），在软件的后面板直接拖放相应的波形函数并进行参数设置或直接调用编程函数来设计任意波形以实现波形产生功能；

完成的软件打包后，可脱离编程环境独立运行。

实现任意波形发生器的功能。

采用纯软件的虚拟仪器设计思路可以使设计简单、高效，仅改变软件程序就可以轻松实现波形功能的改变或升级。

从长远角度来看，纯软件法成本较低。

软件法的缺点是波形的响应速度和精度逊色于硬件法。

1.2.3软硬件结合设计法

（1）软硬件结合法软硬件结合的波形发生器设计方法同时兼具软硬件设计的优势：

既具有纯硬件设计的快速、高性能，同时又具有软件控制的灵活性、智能性。

如以单片机和单片集成函数发生器为核心，辅以键盘控制、液晶显示等电路，设计出智能型函数波形发生器，采用软硬件结合的方法可以实现功能较全、性能更优的波形发生器，同时还可以扩展波形发生器的功能，比如通过软件编程控制实现波形的存储、运算、打印等功能，采用USB接口设计。

使波形发生器具有远程通信功能等。

目前，实验、科研和工业生产中使用的信号源大多采用此方法来实现。

（2）纯硬件设计法功能较单一，波形改变困难、控制的灵活性不够，不具备智能性，其中由运算放大器加分立元件组成的波形发生器，除在学生实验训练中使用外。

基本不被采用。

纯软件设计法实现简单，程序改变及功能升级灵活，但实现的波形精度及响应速度不如硬件法高。

纯软件法主要适用于对波形精度、响应速度要求不是很高的场合。

相比之下，软硬件结合的方法可以设计出性能最优、功能扩展灵活、控制智能化的新一代的波形发生器，可以满足教学、科研、工业生产等各方面对波形发生器性能有较高要求的应用场合。

综合以上几种设计方案，本设计采用软硬件结合的方案的方法进行设计。

其方案能够产生很好的波形，也易实现。

2硬件电路设计

本方案是基于AT89C52与DAC0832的单缓冲方式接口电路来设计。

单缓冲式接口电路具有过程简单，容易实现。

由于本设计运用汇编的编程语言，导致用独立式键盘来实现简单控制。

本方案所产生的信号频率稳定性高，精确度高。

而且在硬件方面它所选的元器件比较常见。

其主要流程图和模块如图1所示。

图1软硬件结合设计框图

2.1主要芯片介绍

2.1.1单片机AT89C52

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

图2为AD89C52单片机的管脚图。

图2AT89C52管脚图

其各管脚功能为：

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。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，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。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

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”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入。

P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2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P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流个TTL逻辑）4门电路。

对P3口写入“1”