基于单片机的波形发生器的设计文档格式.docx
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指导教师（签名）：
注：
1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。
目录
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
1课程设计的意义……………………………………………………………………1
2设计方案简介………………………………………………………………………1
2.1波形发生器原理…………………………………………………………………2
2.2总体设计方案……………………………………………………………………2
3硬件设计简介………………………………………………………………………2
3.1硬件电路…………………………………………………………………………2
3.2复位电路…………………………………………………………………………2
3.3晶振电路…………………………………………………………………………4
4软件设计简介………………………………………………………………………4
4.1主程序流程………………………………………………………………………4
4.2三角波流程………………………………………………………………………5
4.3方波流程…………………………………………………………………………6
4.4正弦波流程…………………………………………………………………………7
4.5程序清单……………………………………………………………………………8
5仿真调试……………………………………………………………………………15
5.1Proteus简介……………………………………………………………………15
5.2仿真结果…………………………………………………………………………15
6课程设计体会……………………………………………………………………17
参考文献………………………………………………………………………………20
摘要
本系统是基于AT89C51单片机的波形发生器。
采用AT89C51单片机作为控制核心，外围电路包括数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按钮和显示器等。
通过子程序设计产生方波、三角波、正弦波、锯齿波四种波形，通过扫描程序得到按钮信息从而选择输出波形，通过开关可以调节频率，调节滑动变阻器可以改变幅度，最终波形显示在显示器上。
其设计简单、性能良好，可用于多种需要低频波形信号的场所，具有一定的实用性。
关键词：
单片机；
按钮；
显示器
1课程设计的意义
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，做这样的课程设计其意义在于：
（1）利用所学单片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、幅度可变的函数发生器。
（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微机应用系统功能器件。
（5）通过这几个波形进行组合形成了一个函数发生器，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。
2设计方案简介
2.1波形发生器的原理
本文利用AT89C51单片机接数模转换器和运算放大电路，用用户通过按钮选择输出4种基本波形：
方波、锯齿波、正弦波和三角波。
方波由单片机将最大值和最小值输出给D/A转换器进行转换，并由用户通过按钮开关选择波形周期。
与微处理器兼容的8位数模转换器DAC8032进行转换为模拟电压信号，通过运放电路得到方波、锯齿波、正弦波和三角波，波形保证了它的精度、平滑、稳定。
以产生正弦波为例，采用定点法来产生波形，即将一个周期的正弦波按360度等分为若干点，计算出各点的正弦函数值，并转换相应的D/A转换器输入数值，这样得到一个正弦函数表。
通过程序将该表程序存储器中，利用单片机的定时器来产生定时，每当定时时间到，查表的该点对应的输出值，然后通过D/A转换器转换得到该点的对应电压值。
如此，反复的查表输出，就得到所谓的正弦波。
由于一个周期正弦波的点数固定，改变定时器的定时值，就可以改变正弦波的频率值。
锯齿波和三角波的产生类似于正弦波。
方波的产生较简单，只要交替地将最大值和最小值输出给D/A转换器进行转换即可，它们的延续时间为周期的一半。
2.2总体设计方案
根据设计需要，可采用单片机程序产生4种波形，并通过一片D/A转换器输出。
另外，采用一个滑动变阻器来改变参考电压，从而改变输出波形幅值，见图2.1所示。
通过按钮或开关来设定波形的类型、频率。
图2.1波形发生器原理框图
3硬件设计
3.1硬件电路
波形的产生是通过AT89S52单片机执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。
AT89S52单片机的最小系统有三种联接方式。
一种是两级缓冲器型，即输入数据经过两级缓冲器型，即输入数据经过两级缓冲器后，送D/A转换电路。
第二种是单级缓冲器型，输入数据经输入寄存器直接送入DAC寄存器，然后送D/A转换电路。
第三种是两个缓冲器直通，输入数据直接送D/A转换电路进行转换。
3.2复位电路
当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：
上电复位和上电或开关复位。
上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。
上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。
上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。
当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作，复位电路如图3.2所示，硬件电路如图3.1所示。
图3.1硬件电路
图3.2复位电路
3.3晶振电路
为什么要用晶振电路？
单片机工作，是一条一条的从ROM中取指令，然后一步一步的运行。
单片机访问一次存储器的时间，就是一个机器周期，这是一个时间基准。
一个机器周期包括12个时钟周期。
因为没有晶振，就没有时钟周期，没有时钟周期，就没有机器周期，没有机器周期，就无法运行程序代码，单片机就无法工作。
由此可见，必须要有晶振电路。
单片机的晶振电路是一种典型的电路，晶振频率一般选择在4MHZ-12MHZ之间，外接两个晶振电容，该电容的典型值为30pF，电路图如图3.3所示。
图3.3晶振电路
4软件设计
4.1主程序流程
系统软件由主程序和产生波形的子程序组成，软件设计重点是设计各种波形的子程序的程序，通过编程可得到各种波形，波形产生原理可参照2.1波形发生器原理一节。
波形周期的改变可采用插入延时子程序的方法来实现。
主程序开始后通过读取按钮状态，判别是哪种波形需求，然后调用相应的子程序，输出相应的波形。
利用8位D/A转换器DAC0832,可以将8位数字量转换成模拟量输出。
数字量输入的范围为0~255，对应的模拟量输出的范围在VREF-到VREF+之间。
根据这一特性，可以利用单片机的并行口输出的数字量，产生常用的波形。
波的幅度调节范围：
0.87v～9.54v。
主程序流程图如图4.1所示。
图4.1主程序流程图
4.2三角波流程
三角波的流程是设置一个初值，然后进行加数，同样是加到某个数之后再进行减数，减到初值之后就再返回到先前的操作，这个操作跟锯齿波的实现是相似的。
此程序输入的VREF的电压是＋5V，因此该波形输出的最大频率是初值为00H和最终值为0FFH，且步数为1，这样输出的波形是最大的。
程序流程图如图4.2所示：
图4.2程序流程图
4．3方波流程
此波形的实现更加简单，只需开始的时候设置一个初值然后直接输出这个值就行了，输出一段时间后，然后再重新置一个数据，然后再输出这个数据一段时间，但是此时的时间一定要等于前面那段时间。
这样才是一个方波，如果两个时间不相同，那就相当于一个脉冲波了。
流程图如图4.3所示：
图4.3方波流程图
4．4正弦波流程
正弦波的实现则相对比较复杂，因为正弦波的实现是输出各个点的值就行了，可是各个点值则要通过正弦函数来求出，不过这些值直接去网上下载下来使用就可以了。
输出的数据刚好是256个数据，这样则可以直接相加就行了。
流程图如4.4所示
图4.4正弦波流程图
4.5程序清单如下
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0100H
MAIN:
JNBP1.0,p10
JNBP1.1,P11
JNBP1.2,P12
JNBP1.3,P13
LJMPMAIN
p10:
MOVR7,#00H
LCALLSQU
LJMPMAIN
P11:
MOVR7,#01H
LCALLSAW
P12:
MOVR7,#02H
LCALLTRI
LJMPMAIN
P13:
MOVR7,#03H
LCALLSIN
SQU:
JNBP1.1,N1
JNBP1.2,N2
JNBP1.3,N3
LJMPSSQU
N1:
LJMPTC0
N2:
MOVR7,#02H
N3:
SSQU:
CJNER7,#00H,TC0
MOVR0,#00H
;
MOVDPTR,#7FFFH
K00:
MOVA,#0FFH
MOVX@DPTR,A
MOVP0,#0FFH
MOVP2,#0FFH
MOVA,P2
CPLA
MOVR3,A
L00:
DECR3
CJNER3,#255,L00
INCR0
CJNER0,#254,K00
MOVR0,#00H
K01:
MOVA,#00H
MOVP0,#00H
MOVP2,#0FFH
MOVA,P2
CPLA
L01:
CJNER3,#255,L01
CJNER0,#254,K01
LJMPSQU
TC0:
RET
SAW:
JNBP1.0,N4
JNBP1.2,N5
JNBP1.3,N6
LJMPSSAW
N4:
LJMPTC1
N5:
MOVR7,#02H
N6:
MOVR7,#03H
SSAW:
CJNER7,#01H,TC1
MOVR0,#0FFH
MOVDPTR,#7FFFH
K10:
MOVA,R0
MOVP0,R0
L10:
DECR3
CJNER3,#255,L10
CJNER0,#255,K10
LJMPSAW
TC1:
TRI:
JNBP1.0,N7
JNBP1.1,N8
JNBP1.3,N9
LJMPTTRI
N7:
MOVR7,#00H
LJMPTC2
N8:
N9:
TTRI:
CJNER7,#02H,TC2
K20:
L20:
CJNER3,#255,L20
CJNER0,#254,K20
K21:
L21:
CJNER3,#255,L21
DECR0
CJNER0,#0,K21
LJMPTRI
TC2:
RET
SIN:
JNBP1.0,N10
JNBP1.1,N11
JNBP1.2,N12
LJMPSSIN
N10:
LJMPTC3
N11:
N12:
SSIN:
CJNER7,#03H,TC3
K30:
MOVA,R0
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
L30:
CJNER3,#255,L30
CJNER0,#255,K30
LJMPSIN
TC3:
RET
TAB:
DB80H,82H,84H,86H,88H,8AH,8CH,8EH,90H,92H,94H,96H,98H,9AH,9CH,9EH
DB0A0H,0A2H,0A4H,0A6H,0A8H,0AAH,0ABH,0ADH,0AFH,0B1H,0B2H,0B4H,0B6H,0B7H,0B9H,0BAH
DB
0BCH,0BDH,0BFH,0C0H,0C1H,0C3H,0C4H,0C5H,0C6H,0C8H,0C9H,0CAH,0CBH,0CCH,0CDH,0CEH
0CEH,0CFH,0D0H,0D1H,0D1H,0D2H,0D2H,0D3H,0D3H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D5H,0D5H,0D5H
0D5H,0D5H,0D5H,0D5H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D3H,0D3H,0D2H,0D2H,0D1H,0D1H,0D0H,0CFH
0CEH,0CEH,0CDH,0CCH,0CBH,0CAH,0C9H,0C8H,0C6H,0C5H,0C4H,0C3H,0C1H,0C0H,0BFH,0BDH
DB0BCH,0BAH,0B9H,0B7H,0B6H,0B4H,0B2H,0B1H,0AFH,0ADH,0ABH,0AAH,0A8H,0A6H,0A4H,0A2H
DB0A0H,9EH,9CH,9AH,98H,96H,94H,92H,90H,8EH,8CH,8AH,88H,86H,84H,82H
DB80H,7DH,7BH,79H,77H,75H,73H,71H,6FH,6DH,6BH,69H,67H,65H,63H,61H
DB5FH,5DH,5BH,59H,57H,55H,54H,52H,50H,4EH,4DH,4BH,49H,48H,46H,45H
DB43H,42H,40H,3FH,3EH,3CH,3BH,3AH,39H,37H,36H,35H,34H,33H,32H,31H
DB31H,30H,2FH,2EH,2EH,2DH,2DH,2CH,2CH,2BH,2BH,2BH,2BH,2AH,2AH,2AH
DB2AH,2AH,2AH,2AH,2BH,2BH,2BH,2BH,2CH,2CH,2DH,2DH,2EH,2EH,2FH,30H
DB31H,31H,32H,33H,34H,35H,36H,37H,39H,3AH,3BH,3CH,3EH,3FH,40H,42H
DB43H,45H,46H,48H,49H,4BH,4DH,4EH,50H,52H,54H,55H,57H,59H,5BH,5DH
DB5FH,61H,63H,65H,67H,69H,6BH,6DH,6FH,71H,73H,75H,77H,79H,7BH,7DH
END
5.仿真调试
5.1Proteus简介
Proteus是一款仿真软件。
它能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持AT89系列单片机。
5.2仿真结果
四种波形仿真结果分别如图5.1，图5.2，图5.3，图5.4所示。
图5.1方波仿真结果
图5.2锯齿波仿真结果
图5.3三角波仿真结果
图5.4正弦波
6心得体会
经过将一周的单片机课程设计，终于完成了我的波形发生器的设计，基本达到设计要求！
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。
很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。
因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。
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