51单片机-波形发生器.doc

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单片机课程设计报告

题目波形发生器

专业电子信息科学与技术

班级2008级1班

学生姓名*****

学号3080422***

指导老师*****

2011年7月8日

目录

一、设计目的……………………………………………………-2-

二、设计的主要内容和要求……………………………………-2-

2.1基本内容和要求…………………………………………………………-2-

2.2创新部分…………………………………………………………………-2-

三、整体设计思路………………………………………………-2-

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