单片机实现简易波形发生器Word格式.docx
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显示段码如表1.1所示。
表1.1共阴极数码管显示段码
显示字符
1
2
3
4
5
6
7
8
显示段码
3FH
06H
5BH
4FH
66H
6DH
7DH
07H
7FH
9
A
b
C
D
E
F
灭
6FH
77H
7CH
39H
5EH
79H
71H
00H
1.1.2键盘电路原理
如图1.2所示为4×
4的矩阵式键盘和单片机的P3口相连，行连接P3.0-P3.3，列连接P3.4-P3.5。
用扫描法对按键进行扫描，先将所有行置0，所有列置1，当有按键按下时，通过对P3口的状态查询则按下的按键所在列将为0，其余仍未1，通过延时去抖动判断是否真有按键按下，若有，则逐行扫描，判断按键所在行，最后返回按键键码，并去执行相应按键的程序。
返回键码如表1.2所示。
按键
返回键码
EEH
DEH
BEH
7EH
EDH
DDH
BDH
B
EBH
DBH
BBH
7BH
E7H
D7H
B7H
表1.2键盘扫描返回键码
1.1.3D/A转换电路原理
如图1.3所示为AD/DA转换芯片PCF8591和单片机相连的电路，其中4路D/A，一路A/D，简易波形发生器用到的为D/A转换，单片机的P2.0及P2.1口和PCF8591的时钟线SCL、数据线SDA相连，通过I2C串行总线向PCF8591发送数据并进行数字量转换成模拟量后输出。
1.2元器件选择及说明
简易波形发生器是由单片机向D/A转换器中输入数字量，通过D/A转换成模拟量从而输出波形，因此用到的器件主要有单片机STC89C51，AD/DA转换芯片PCF8591，四位共阴极数码管，4×
4的矩阵式键盘。
下面对两种芯片进行说明。
1.2.1单片机STC89C51
单片机的引脚可分为电源、外接晶振、控制和可编程输入/输出引脚。
（1）电源引脚（2根）
VCC：
电源输入，接＋5V电源
GND：
接地线
（2）外接晶振引脚（2根）
XTAL1：
片内振荡电路的输入端
XTAL2：
片内振荡电路的输出端
（3）控制引脚（4根）
RST：
复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG：
地址锁存允许信号/片内EPROM编程脉冲
PSEN：
外部存储器读选通信号
EA/VPP：
程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
（4）可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。
P0口（P0.0～P0.7）：
8位双向I/O口线；
P1口（P1.0～P1.7）：
8位准双向I/O口线；
P2口（P2.0～P2.7）：
P3口（P3.0～P3.7）：
8位准双向I/O口线。
1.2.2AD/DA转换芯片PCF8951
PCF8591是单片、单电源低功耗8位CMOS数据采集器件，具有4个模拟输入、一个输出和一个串行I2C总线接口。
3个地址引脚A0、A1和A2用于编程硬件地址，允许将最多8个器件连接至I2C总线而不需要额外硬件。
器件的地址、控制和数据通过两线双向I2C总线传输。
其引脚如下：
AIN0～AIN3：
模拟信号输入端。
A0～A3：
引脚地址端。
VDD、VSS：
电源端（2.5～6V）。
SDA、SCL：
I2C
总线的数据线、时钟线。
OSC：
外部时钟输入端，内部时钟输出端。
EXT：
内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时EXT
接地。
AGND：
模拟信号地。
器件功能包括多路复用模拟输入、片上跟踪和保持功能、8位模数转换和8位数模转换。
最大转换速率取决于I2C总线的最高速率。
具体功能描述如下：
（1）地址
I2C总线系统中的每一片PCF8591通过发送有效地址到该器件来激活。
该地址包括固定部分和可编程部分。
可编程部分必须根据地址引脚A0、A1和A2来设置。
在I2C总线协议中地址必须是起始条件后作为第一个字节发送。
地址字节的最后一位是用于设置以后数据传输方向的读/写位。
地址如图1.4所示。
（2）控制字
发送到PCF8591的第二个字节将被存储在控制寄存器，用于控制器件功能。
控制寄存器的高半字节用于允许模拟输出，和将模拟输入编程为单端或差分输入。
低半字节选择一个由高半字节定义的模拟输入通道。
控制字如图1.4所示。
（3）D/A转换
发送给PCF8591的第三个字节被存储到DAC数据寄存器，并使用片上D/A转换器转换成对应的模拟电压。
这个D/A转换器由连接至外部参考电压的具有256个接头的电阻分压电路和选择开关组成。
接头译码器切换一个接头至DAC输出线。
D/A转换顺序的波形如图1.5。
1.3程序设计及流程图
本次优秀的设计为当输入任意频率，数码管显示出频率并输出相应频率的方波，此次设计是由定时时间决定，频率范围为30Hz—500Hz，当由按键输入次频率范围内任意频率
时，对应数码管显示出来并在示波器上输出方波，流程图如图1.6所示。
程序见附录。
2课程设计工作记录
2.1设计步骤和时间安排
6月17日至6月18日，选课题，查阅资料。
6月19日至6月21日，研究电路图。
6月22日至7月1日，根据课题要求，编写程序，从及格开始，然后中，良，优秀依次展开。
并进行仿真，纠正程序的功能错误，不断完善程序。
7月2日，进行答辩。
7月4日，交实习报告。
2.2课题完成结果说明
（1）此次简易波形发生器实现了以下功能：
及格：
上电之后，数码管最后四位将显示1234，当按键1按下时，显示1234灭亮闪烁一次，时间间隔为0.5s；
当按键2按下时，显示1234灭亮闪烁两次，当按键3按下时，显示1234灭亮闪烁三次；
当按键4按下时，显示1234灭亮闪烁四次。
中等：
上电之后，示波器显示100Hz方波，数码管显示频率100。
当有“频率加”按键按下时，频率加100Hz；
当有“频率减”按键按下时，频率减100Hz；
当有“幅值加”按键按下时，幅值加0.1V；
当由“幅值减”按键按下时，幅值减0.1V。
良好：
上电之后，数码管无显示，示波器无波形。
当有按键1按下时，示波器出现方波，数码管显示对应频率，此时若有频率加减按键按下，方波频率加减100Hz,若有幅值加减按键按下时，方波幅值加减0.1V；
当有按键2按下时，示波器出现三角波，数码管显示对应频率，此时若有频率加减按键按下，三角波频率加减100Hz；
当有按键3按下时，示波器出现正弦波，数码管显示对应频率，此时若有频率加减按键按下，正弦波频率加减100Hz。
优秀：
上电之后示波器无波形，数码无显示，当输入030Hz—500Hz内的任意频率后，数码管显示所输频率，示波器显示相应频率的波形。
、
（2）实验中遇到的问题：
1.由于是用I2C总线串行输入数据，延时时间较长，定时时间不准确，方波频率显示只能到700Hz，三角波和正弦波频率只能显示到400Hz。
2.由于显示部分占用了延时时间，为了增大频率，将显示部分的延时减小里许多，导致了数码管后两位显示较暗。
3.由于定时不是很准确，优秀中的各个频率所输出的波形也不是特别精确。
（3）总结
通过这三周的实习，感觉时间很紧迫，我认为想要真正做好一次设计三周的时间真的不够用，觉得还有很多不足的地方需要改进，但却已经没有时间。
在之前学习单片机感觉还能驾驭，即使在平时实验中也还能凑合应付。
但当自己真正做一个模块时，有种无从下手的感觉。
并且这次设计我们用的是C语言编程，对于单片机的C语言编程我们还不太了解，后来通过去图书馆借书和查阅资料慢慢的了解了许多C语言程序，之后便开始研究电路图并开始编程，刚开始比较困难，问题很多，但在不断的失败和解决问题的过程中，我一点点进步，最终完成了这次设计任务。
这次课程实习是我受益匪浅，让我对单片机的原理和功能有了进一步的了解，学到了更多的电路知识，在对单片机编程过程中，认识了解了IIC总线输入方式，了解了PCF8591类芯片的使用方法。
从这次实习，我也发现了自己的许多不足，并更加完善了自我，锻炼了动手能力，而且学会了将理论知识和实际相结合。
课程设计验收
指导教师评语及成绩：
成绩
指导教师签字
年月日
教研室主任意见
教研室主任签字
附录
简易波形发生器优秀设计程序：
#include<
reg52.h>
stdio.h>
string.h>
intrins.h>
#defineuintunsignedint//宏定义
#defineucharunsignedchar
sbitSCL=P2^0;
//时钟位
sbitSDA=P2^1;
//数据位
sbitdula=P2^6;
//数码管段选锁存端
sbitwela=P2^7;
//数码管位选锁存端
ucharcodeduanma[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//数码管段码
ucharcodeweima[]={0xdf,0xbf,0x7f};
ucharcodeplth_tab[]={0xc4,0xc6,0xc8,0xca,0xcc,0xce,0xcf,0xd1,0xd2,0xd3,0xd4,0xd6,0xd7,
0xd8,0xd9,0xda,0xdb,0xdb,0xdc,0xdd,0xde,0xdf,0xdf,0xe0,0xe0,0xe1,0xe2,0xe3,0xe3,0xe4,0xe4,0xe5,0xe5,0xe6,0xe6,0xe7,0xe7,0xe7,0xe8,0xe8,0xe9,0xe9,0xe9,0xea,0xea,0xea,0xeb,0xeb,0xeb,0xeb,0xec,0xec,0xec,0xed,0xed,0xed,0xee,0xee,0xee,0xee,0xee,0xef,0xef,0xef,0xef,0xf0,0xf0,0xf0,0xf0,0xf0,0xf1,0xf1,0xf1,0xf1,0xf1,0xf1,0xf2,0xf2,0xf2,0xf2,0xf2,0xf2,0xf3,0xf3,0xf3,0xf3,0xf3,0xf3,0xf4,0xf4,0xf4,0xf4,0xf4,0xf4,0xf4,0xf4,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};
ucharcodepltl_tab[]={0xf0,0xf0,0xf0,0xf0,0xe0,0x20,0xf0,0x00,0x20,0x40,0xf0,0x50,0x50,
0x60,0x30,0x20,0x00,0xf0,0x90,0x40,0x20,0x00,0xa0,0x1a,0x50,0xd0,0x60,0x20,0xb0,0x05,0x95,0x25,0xb5,0x15,0xa5,0x05,0x95,0xf5,0x4a,0xaa,0x0a,0x6a,0xca,0x20,0x80,0xe0,0x0a,0x6a,0xca,0xfa,0x5a,0xba,0xea,0x4a,0x7a,0xaa,0x0a,0x3a,0x6a,0xca,0xfa,0x2a,0x5a,0x8a,0xea,0x1a,0x4a,0x7a,0xaa,0xda,0x0a,0x3a,0x60,0x90,0xc0,0xf0,0x20,0x55,0x7f,0x9f,0xcf,0xf0,0x3f,0x6f,0x87,0x9f,0xcf,0xed,0x0b,0x2a,0x5a,0x72,0x8a,0xba,0xd2,0xea,0x15,0x2d,0x45,0x5d,0x75,0xa5,0xbd,0xd5,0xeb,0x00,0x18,0x30,0x48,0x60,0x78,0x90,0xa8,0xc0,0xd8,0xf0,0x04,0x18,0x30,0x48,0x60,0x78,0x88,0x98,0xa8,0xc0,0xd8,0xe8,0xf8,0x08,0x20,0x38,0x45,0x52,0x60,0x78,0x90,0xa0,0xb0,0xc0,0xd0,0xe0,0xf0,0x00,0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x5c,0x69,0x75,0x80,0x90,0xa0,0xb0,0xbc,0xc9,0xd5,0xe0,0xf0,0x00,0x10,0x1c,0x29,0x35,0x40,0x4c,0x59,0x65,0x70,0x7c,0x89,0x95,0xa0,0xac,0xb9,0xc5,0xd0,0xda,0xe3,0xed,0xf6,0x00,0x0d,0x1a,0x27,0x35,0x40,0x4a,0x55,0x5f,0x6a,0x74,0x7d,0x87,0x90,0x9a,0xa4,0xad,0xb7,0xc0,0xca,0xd2,0xda,0xe2,0xea,0xf2,0xfa,0x02,0x0a,0x12,0x1a,0x22,0x2a,0x32,0x3a,0x42,0x4a,0x52,0x5a,0x62,0x6a,0x72,0x7a,0x82,0x8a,0x91,0x98,0x9e,0xa5,0xac,0xb3,0xba,0xc1,0xc8,0xce,0xd5,0xdc,0xd3,0xea,0xf0,0xf6,0xfc,0x02,0x08,0x0e,0x14,0x1a,0x20,0x26,0x2c,0x32,0x38,0x3e,0x44,0x4a,0x50,0x56,0x5c,0x62,0x68,0x6e,0x74,0x7a,0x80,0x85,0x8a,0x8f,0x94,0x9a,0x9f,0xa4,0xaa,0xb0,0xb5,0xba,0xc0,0xc5,0xca,0xcf,0xd4,0xda,0xdf,0xe4,0xe8,0xed,0xf2,0xf6,0xfb,0x00,0x05,0x0a,0x0f,0x13,0x17,0x1b,0x20,0x24,0x28,0x2c,0x30,0x35,0x3a,0x3e,0x41,0x44,0x48,0x4b,0x4e,0x52,0x56,0x5a,0x5d,0x61,0x65,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7d,0x80,0x83,0x86,0x8a,0x8e,0x93,0x97,0x9b,0x9f,0xa3,0xa8,0xac,0xb0,0xb4,0xb8,0xbc,0xc0,0xc5,0xc9,0xcc,0xcf,0xd2,0xd5,0xd8,0xdc,0xdf,0xe2,0xe5,0xe8,0xeb,0xee,0xf1,0xf5,0xf8,0xfb,0xfe,0x01,0x03,0x06,0x08,0x0b,0x0e,
0x10,0x13,0x15,0x18,0x1b,0x20,0x23,0x25,0x28,0x2b,0x2d,0x30,0x32,0x35,0x37,0x3a,0x3d,
0x3f,0x42,0x44,0x47,0x4a,0x4f,0x52,0x55,0x58,0x5b,0x5f,0x62,0x64,0x68,0x6a,0x6d,0x70,0x73,0x76,0x79,0x7b,0x7d,0x80,0x82,0x85,0x88,0x8a,0x8c,0x8e,0x91,0x93,0x96,0x99,0x9b,0x9d,0x9f,0xa3,0xa6,0xa8,0xaa,0xad,0xae,0xb0,0xb2,0xb4,0xb6,0xb8,0xba,0xbc,0xbe,0xbf,0xc1,0xc3,0xc5,0xc6,0xc8,0xca,0xcc,0xce,0xd0,0xd2,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdc,0xdd,0xdf,0xe0,0xe2,0xe3,0xe4,0xe6,0xe8,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xf0,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf8,0xfa,0xfb,0xfc,0xfe,
0xff};
ucharcodefz_tab[]={0x05,0x0a,0x0f,0x14,0x1a,0x1f,0x24,0x29,0x2e,0x33,0x38,0x3d,0x43,
0x48,0x4d,0x52,0x57,0x5c,0x61,0x66,0x6c,0x71,0x76,0x7b,0x80,0x85,0x8a,0x8f,0x94,0x9a,0x9f,0xa4,0xa9,0xae,0xb3,0xb8,0xbd,0xc3,0xc8,0xcd,0xd2,0xd7,0xdc,0xe1,0xe6,0xeb,0xf0,0xf5,0xfa,0xff};
//方波幅值
voiddelay（uchari）;
voiddelayNOP（）;
voiddisplay（）;
voidiic_start（）;
voidiic_Init（）;
voidcheck_ack（）;
voidiic_sendbyte（ucharindata）;
voidDAC_fang
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