基于单片机的信号发生器的设计课程设计Word文档格式.docx
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3.2方案论证
经过比较，方案二采用软硬件结合，软件控制硬件的方法来实现，使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证，而且它使用的几种元器件都是常用的元器件，容易得到，且价格便宜，使得硬件的开销达到最省。
以STC89C51单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器。
信号发生器采用数字波形合成技术,由单片机，按键电路、数模转换电路、放大电路、时钟电路以及复位电路组成。
通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波、锯齿波等波形，波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。
波形和频率的改变通过软件控制，幅度的改变通过硬件实现。
该系统采用单片机作为数据处理及控制核心，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和变换，采用按键输入，利用液晶显示电路输出数字显示的方案。
总体电路框图如图3-1所示：
图3-1总体电路框图
4硬件电路设计
4.1单片机最小系统
MCS-51是INTEL公司在成功推广的MCS-48单片机基础上加以改进而成的8位单片机。
这种单片机大约是上世纪70年代末推出的，内部程序可重写的为8751，外扩程序的是8031，一次性生产，不可改变程序的是8051。
图4-1为STC89C51单片机最小系统功能图。
图4-1STC89C51单片机引脚图
STC89C51单处机内部设置两个16位可编程的定时器/计数器T0和T1，它们具有计数器方式和定时器方式两种工作方式及4种工作模式。
在波形发生器中，将其作定时器使用，用它来精确地确定波形的两个采样点输出之间的延迟时间。
模式1采用的是16位计数器，当T0或T1被允许计数后，从初值开始加计数，最高位产生溢出时向CPU请求中断。
中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。
当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。
在波形发生器中，只用到片内定时器／计数器溢出时产生的中断请求，即是在STC89C51输出一个波形采样点信号后，接着启动定时器，在定时器未产生中断之前，STC89C51等待，直到定时器计时结束，产生中断请求，STC89C51响应中断，接着输出下一个采样点信号，如此循环产生所需要的信号波形。
STC89C51单片机有两个引脚（XTAL1，XTAL2）用于外接石英晶体和微调电容，从而构成时钟电路，电容C1、C2对振荡频率有稳定作用，其容量的选择为30pf，振荡器选择频率为12MHz的石英晶体。
由于频率较大时，三角波、正弦波、锯齿波中每一点的延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间才能获得较大的频率波形。
为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分。
所以，在本设计中加入了复位电路来保证单片机的持续稳定工作。
4.2D/A数模转换电路
数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量。
DAC0832是双列直插式8位D/A转换器。
能完成数字量输入到模拟量（电流）输出的转换。
图4-2为DAC0832数模转换电路图。
图4-2数模转换电路图
图4-3为DAC0832为数模转换的最要元件引脚结构图。
图4-3DAC0832的引脚图
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，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。
图4-3为DAC0832的引脚图。
其主要参数如下：
分辨率为8位，转换时间为1μs，满量程误差为±
1LSB，参考电压（+10/span>
-10）V，供电电源为（+5～+15）V，逻辑电平输入与TTL兼容。
在DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的允许锁存信号为ILE，第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号也称为通道控制信号/XFER。
当ILE为高电平，片选信号/CS和写信号/WR1为低电平时，输入寄存器控制信号为1，这种情况下，输入寄存器的输出随输入而变化。
此后，当/WR1由低电平变高时，控制信号成为低电平，此时，数据被锁存到输入寄存器中，这样输入寄存器的输出端不再随外部数据DB的变化而变化。
对第二级锁存来说，传送控制信号/XFER和写信号/WR2同时为低电平时，二级锁存控制信号为高电平，8位的DAC寄存器的输出随输入而变化，此后，当/WR2由低电平变高时，控制信号变为低电平，于是将输入寄存器的信息锁存到DAC寄存器中。
图4-3中其余各引脚的功能定义如下：
DAC0832引脚功能说明：
DI0~DI7：
数据输入线，TLL电平。
ILE：
数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。
CS：
片选信号输入线，低电平有效。
WR1：
为输入寄存器的写选通信号。
XFER：
数据传送控制信号输入线，低电平有效。
WR2：
为DAC寄存器写选通输入线。
Iout1:
电流输出线。
当输入全为1时Iout1最大。
Iout2:
电流输出线。
其值与Iout1之和为一常数。
Rfb:
反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.
Vcc:
电源输入线
（+5v~+15v）
Vref:
基准电压输入线
（-10v~+10v）
AGND:
模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.
DGND:
数字地,两种地线在基准电源处共地
4.3按键电路
图4-4为键盘接口电路的电路图，本系统采用独立键盘开关，其中按键“KEY1”可以来调节切换波形的输出，按键“KEY4”用来调节调节波形频率的步进值。
按键“KEY2”；
“KEY3”可以调节波形频率的加和减。
图4-4按键电路
4.4放大电路
LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方。
电路图如图图4-5所示：
图4-5放大电路
如图4-6所示的LM358功能引脚图所示，LM358的5管脚与DAC0832的（IOUT2）12管脚相连，LM358的6管脚与DAC0832的（IOUT1）11管脚相连，LM324的7管脚与DAC0832的REF（9）管脚相连.
图4-6LM358功能引脚图
其中4引脚为正电源；
11引脚为负电源；
1，7，8，14引脚为输出；
3，5，10，12位正输出；
2，6，9，13引脚为负输出。
第一级运算放大器的作用是将DAC0832输出的电流信号转化为电压信号V1，第二级运算放大器的作用是将V1通过反向放大电路的（R2/R1）倍。
5系统软件设计
本文中设计是通过按键的选择来实现，在相应按键按下后，采用STC89C51单片机，用编程的方法来产生三种波形，并通过编程来切换三种波形以及波形频率的改变。
软件调通后，通过编程器下载到STC89C51芯片中，然后插到系统中即可独立完成所有的控制。
软件的流程图中通过选择K1是否有按下，如果没有则重新开始，如果有则通过K1来选择波形，第一次按下出现正弦波，第二次按下出现方波，第三次按下出现三角波，第四次按下出现锯齿波，依次循环。
按下K2、K3、K4依次进行频率加减和步进值的加减，最终输出波形。
如图5-1所示：
图5-1程序流程图
6系统调试
6.1硬件调试
为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序按照先硬件后软件，先局部后整体的顺序来完成。
首先介绍系统的硬件安装过程及针对各单元模块的硬件电路调试，检验其是否符合设计初衷，能否达到相应指标。
硬件调试主要包括电源系统的调试、单片机小系统的调试、D/A转换电路的调试、示波器的调试几部分。
为保证整个系统能够正常工作，首先要保证电源系统正常工作并且保证输出为+5V。
通过测量输出口的电压值不断修改电路设计，完成电源系统的调试。
6.2软件调试
主要进行了单片机STC89C51的软件调试过程，检验其是否符合设计初衷，能否达到相应的指标。
主要是示波器的调试，通过编写程序实现波形的显示，按键的不同，对应的示波器的显示波形一样。
正弦波波形如下图6-1所示：
图6-1正弦波
矩形波波形如下图6-2所示：
图6-2矩形波
三角波形如下图6-3所示：
图6-3三角波
锯齿波形如下图6-4所示：
图6-4锯齿波
7总结
通过这次课程设计使我对课程所学理论知识的深化和提高。
并且通过本次课程设计，使我了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，培养了我分析问题和解决问题的能力，为以后设计和实现更难的应用系统打下良好基础。
同时培养了我撰写设计说明书的能力。
在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多。
对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。
因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。
对理论在实践中应用的深刻理解，通过把波形在计算机上实现，知道和理解该理论在计算机中怎样执行的，对该理论在实践中的应用更深刻的理解，激发了我的学习积极性，在这次课程设计中，
参考文献
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清华大学出版社，2002
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北京航空航天大学出版社，2001
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高等教育出版社，2000
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复旦大学出版社，2004
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西安电子科技大学出版社，2006
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清华大学出版社，2004
、
总体电路原理图
元器件清单
序号
名称
规格
数量
1
单片机
STC89C51
2
运放芯片
LM358
3
数模转换芯片
DAC0832
4
电位器
103
5
电阻
10K
6
电解电容
10pf
7
瓷片电容
30pf
8
LED
5mm
9
晶振
12M
10
2.2K
11
100
12
220
13
1K
14
按键
实物图
源程序
#include<
reg52.h>
//包含头文件
intrins.h>
#defineucharunsignedchar//宏定义
#defineuintunsignedint
sbits1=P3^5;
//定义按键的接口
sbits2=P3^6;
sbits3=P3^7;
sbits4=P3^4;
sbitled0=P3^0;
sbitled1=P3^1;
sbitled2=P3^2;
sbitled3=P3^3;
sbitlcdrs=P2^7;
//液晶控制位
sbitlcden=P2^6;
charnum,boxing,u;
//定义全局变量
intpinlv=100,bujin=1,bujin1=1;
ucharcodetable[]="
0123456789"
;
//定义显示的数组
ucharcodetable1[]="
Fout=Waveform:
"
unsignedlongintm;
inta,b,h,num1;
//自定义字符
ucharcodezifu[]={
0x0e,0x11,0x11,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x11,0x11,0x0e,0x00,//正弦波01
0x00,0x07,0x04,0x04,0x04,0x04,0x1c,0x00,
0x00,0x1c,0x04,0x04,0x04,0x04,0x07,0x00,//矩形波23
0x00,0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x00,0x00,
0x00,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01,0x00,0x00,//三角波45
0x00,0x01,0x03,0x05,0x09,0x11,0x00,0x00,//锯齿波6
};
ucharcodesin[64]={
135,145,158,167,176,188,199,209,218,226,234,240,245,249,252,254,254,253,251,247,243,237,230,222,213,204,193,182,170,158,
146,133,121,108,96,84,72,61,50,41,32,24,17,11,7,3,1,0,0,2,5,9,14,20,28,36,45,55,66,78,90,102,114,128
//正弦波取码
ucharcodejuxing[64]={
255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,
255,255,255,255,255,255,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
//矩形波取码
ucharcodesanjiao[64]={
0,8,16,24,32,40,48,56,64,72,80,88,96,104,112,120,128,136,144,152,160,168,176,184,192,200,208,216,224,232,240,248,
248,240,232,224,216,208,200,192,184,176,168,160,152,144,136,128,120,112,104,96,88,80,72,64,56,48,40,32,24,16,8,0
//三角波取码
ucharcodejuchi[64]={
0,4,8,12,16,20,24,28,32,36,40,45,49,53,57,61,65,69,73,77,81,85,89,93,97,101,105,109,113,117,121,125,130,134,138,142,
146,150,154,158,162,166,170,174,178,182,186,190,194,198,202,206,210,215,219,223,227,231,235,239,243,247,251,255
//锯齿波取码
voiddelay（uintxms）//延时函数
{
inta,b;
for（a=xms;
a>
0;
a--）
for（b=110;
b>
b--）;
}
voidwrite_com（ucharcom）//写命令函数
lcdrs=0;
P0=com;
delay
（1）;
lcden=1;
lcden=0;
voidwrite_date（uchardate）//写数据函数
lcdrs=1;
P0=date;
//自定义字符集
voidLcd_ram（）
{
uinti,j,k=0,temp=0x40;
for（i=0;
i<
7;
i++）
{
for（j=0;
j<
8;
j++）
write_com（temp+j）;
write_date（zifu[k]）;
k++;
}
temp=temp+8;
voidinit_lcd（）//初始化函数
uchari;
//默认开始状态为关使能端，见时序图
Lcd_ram（）;
write_com（0x0f）;
write_com（0x38）;
//显示模式设置，默认为0x38,不用变。
write_com（0x01）;
//显示清屏，将上次的内容清除，默认为0x01.
write_com（0x0c）;
//显示功能设置0x0f为开显示，显示光标，光标闪烁；
0x0c为开显示，不显光标，光标不闪
write_com（0x06）;
//设置光标状态默认0x06,为读一个字符光标加1.
write_com（0x80）;
//设置初始化数据指针，是在读指令的操作里进行的
for（i=10;
20;
i++）//显示初始化
write_date（table1[i]）;
write_com（0x80+0x40）;
9;
write_com（0x80+10）;
write_date（0）;
write_date
（1）;
write_com（0x80+0x40+0x09）;
write_date（'
'
）;
1'
0'
.'
H'
z'
voidinitclock（）//时钟初始化
TMOD=0x01;
TH0=a;
TL0=b;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
voiddisplay（）//显示函数
ucharqian,bai,shi,ge;
qian=pinlv/1000;
bai=pinlv%1000/100;
shi=pinlv%1000%100/10;
ge=pinlv%1000%100%10;
if（qian==0）
else
write_date（table[qian]）;
if（qian==0&
&
bai==0）
write_date（table[bai]）;
write_date（table[shi]）;
write_date（table[ge]）;
if（boxing==0）
write_com（0x80+10）;
write_date（0）;
write_date
（1）;
led3=1;
led0=0;
if（boxing==1）
write_date
（2）;
write_date（3）;
led0=1;
led1=0;
if（boxing==2）
write_date（4）;
write_date（5）;
led1=1;
led2=0;
if（boxing==3）
write_date（6）;
led2=1;
led3=0;
voidkeyscan（）//键盘检测函数
if（s1==0）
{
EA=0;
delay
（2）;
if（s1==0）
{
while（!
s1）;
pinlv+=bujin;
if（pinlv>
1000）
{
pinlv=100;
}
display（）;
m=65536-（150000/pinlv）;
a=m/256;
b=m%256;
EA=1;
}
if（s2==0）
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