课程设计基于DAC0832的波形发生器设计.docx
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课程设计基于DAC0832的波形发生器设计
波形发生器设计
摘要
本设计使用AT89C51单片机做控制,选择8位D/A转换器DAC0832作D/A转换。
硬件方面,首先51熟悉单片机的结构和工作原理,连接单片机的最小系统。
之后熟悉D/A转换器工作方式,经过分析后选择DAC0832的单缓冲启动控制方式,完成电路框图。
进一步根据设计要求完成通过独立按键控制D/A输出,作出电路框图和电路原理图。
软件方面:
设计思路主要体现在两点上。
一是控制,通过程序控制DAC转换与输出,按键消抖,选择相应的即将输出的波形。
二是产生波形,根据波形的特点编写程序以产生相应波形的数字信号。
分别通过C语言和汇编语言实现简易的波形发生器,输出方波、正弦波、三角波、梯形波和锯齿波,通过独立按键控制分别输出不同的波形。
以KILL与Proteus为设计平台,仿真测试设计结果的正确性。
关键字:
51单片机,DAC0832,单缓冲启动控制方式,波形发生器,C语言设计,汇编语言设计
第一章绪论
单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
单片机由运算器,控制器,存储器,输入输出设备构成,相当于一个微型的计算机(最小系统),和计算机相比,单片机缺少了外围设备等。
概括的讲:
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
它最早是被用在工业控制领域。
51单片机是目前最流行的8位单片机。
51单片机是对所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。
该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机,后来随着Flashrom技术的发展,8031单片机取得了长足的进展,成为应用最广泛的8位单片机之一,其代表型号是ATMEL公司的AT89系列,它广泛应用于工业测控系统之中。
很多公司都有51系列的兼容机型推出,今后很长的一段时间内将占有大量市场。
51单片机是基础入门的一个单片机,还是应用最广泛的一种。
需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。
第二章DAC0832及其特性
2.1D/A转换器与单片机接口探究
D/A转换器与单片机接口具有软硬相依性。
在连接过程中要考虑到数据线、地址线、控制线的连接。
2.1.1数据线连接
D/A转换器与单片机接口要考虑到两个问题:
一个是位数,当高于8位的D/A转换器与8位数据总线的51单片机接口时,51单片机的数据必须分时输出,这时就必须考虑数据分时传送的格式和输出电压“毛刺”问题;二是D/A转化器的内部结构,当D/A转换器的内部结构没有输入锁存器时,必须在单片机与D/A转换器之间增设锁存器或者I/O口。
最常用的是8位带锁存端的D/A转换器与8位单片机的接口,这时只需要将单片机的数据总线和D/A转换器的8位数据输入端一一对应即可。
2.1.2地址线连接
一般的D/A转换器只有片选信号,而没有地址线。
这时单片机的地址线采用全译码或者部分译码,经译码器输出控制片选信号,也可以用某一位I/O线来控制片选信号。
也有少数D/A转换器有少量的地址线,用于选中片内独立的寄存器或者选择输出通道,这时单片机执行的地址线与D/A转换器的地址线对应连接。
2.1.3控制线连接
D/A转换器主要有片选信号、写信号、及启动转换信号等,一般由单片机的有关引脚或译码器提供。
一般来说,写信号多由单片机的
信号控制;启动信号常常由片选信号与写信号的组合形式(LE1、LE2)形成,当单片机执行一条输出指令时,传送的地址使转换器的片选信号有效,由
实现启动。
(具体实现原理见1.2节)
2.2DAC0832的认识
图1.1DAC0832的管脚结构
2.2.1DAC0832的结构
DAC0832的结构如图1.1所示,主要由控制逻辑电路、输入寄存器、DAC寄存器和D/A转换器构成。
由上图逻辑控制电路可知:
LE1=(
+
)ILE
LE2=
+
由LE1控制输入寄存器读入数据,由LE2控制输入寄存器向DAC寄存器传输数据,同时开始D/A转换。
2.2.2DAC0832的引脚
DAC0832的引脚如图1.1所示:
DI0~DI7:
8位数据输入线,高电平有效。
ILE:
数据锁存允许控制输入线,高电平有效。
:
片选信号输入线,低电平有效。
:
输入锁存器写选通输入线,负脉冲有效。
输入锁存器的信号就是LE1。
LE1负跳变有效。
:
数据传送控制信号输入线,低电平有效。
:
DAC寄存器写选通信号输入线,负脉冲有效。
DAC锁存信号就是LE2,LE2的负跳变有效。
:
模拟电流输出线。
:
模拟电流输出线,采用单极性输出时,
通常接地。
:
反馈信号输入线。
反馈电阻
被制作在芯片里,用作外接运放的反馈电阻,为D/A转换器提供电压输出。
:
参考电压输入端。
要求外接一精密电压源,电压范围在-10V~+10V之间选定。
通过
的符号来改变输出极性。
:
电源接口。
AGND:
模拟地。
DGND:
数字地。
注:
数字信号的高频噪声很大,如果模拟信地和数字地混合的话,就会把数字的噪声传到模拟部分,造成干扰。
如果分开的话,高频噪声可以在电源处通过滤波来消除掉。
2.2.3DAC0832的启动控制方式
DAC0832有三种启动控制方式:
(1)直通方式:
将
、
、
、
信号都接地,ILE信号引脚接高电平,只要数据传送到数据线上,两级锁存器同时开始工作,并启动D/A转换,即转换器处于非受控状态。
在这种工作方式下,转换器的数据线不能直接和单片机的数据线(P0.0~P0.7)相连接。
因为P0口分时复用为低8位的地址总线和数据总线,对输出无锁存能力,会使转换器的输出不确定。
但是可以将ADC的数据线连接到某个I/O口上,执行端口输出指令(MOVPxA)即可启动一次D/A转换。
这种方式很少采用。
(2)单缓冲方式:
两级锁存器接受同一种控制,例如将
和
直接接地,8位ADC锁存器处于非受控状态,只有8位输入锁存器处于受控状态,即此时仅有LE1控制ADC。
这种方式在不要求多个模拟同步输出时采用。
(3)双缓冲方式:
俩个锁存器都处于受控状态,单片机要对转换器进行两步写操作:
第一次执行指令使LE1有效,称作第一级缓冲,第二次执行指令使LE2有效,称作第二级缓冲。
这种方式的优点是数据接收和启动转换可以异步进行,可在D/A转换的同时接收下一个转换数据,以提高转换速度,还可以实现多个转换器同时启动转换,同步输出。
第三章硬件设计
3.1启动方式选择
因为本设计要求设计一个波形发生器,要求能产生正弦波、方波、三角波、梯形波、锯齿波,而且由按键控制输出的波形。
故各个波形输出并非同步输出,而是由按键控制,单个输出,并且本例只需要一个DAC,如果选择双缓冲方式就会加大不必要的难度;直通方式不能有效的控制DAC转换,转换时可能会出现数据流失。
故选择单缓冲启动控制方式来驱动DAC0832。
3.2框图设计
根据2.1节的判断,选择AT89c51单片机作控制,实现电路框
如下:
图2.1硬件设计框图
3.3电路图设计
根据以上框图,选择+12V的基准电压,选择一级集成运放作放大电路,连接A/D转换电路图如下:
图2.2单片机与ADC的连接方式
此外加上单片机最小系统,用P1口控制输出的波形,电路连接如下:
图2.3电路原理图
第四章程序设计
4.1程序流程图
4.1.1程序设计思路
(1)因为要使用到按钮(本例中选择独立按键),必须使用到键盘扫描,首先要进行键盘消抖,然后通过扫描确定是哪个按键被按下,通过I/O口(本例中为P1口)的数据判断选择五种波形中的哪一个;
(2)根据
(1)中的结果,通过编程产生各个波形的数字信号;
(3)控制DAC转换数字信号为模拟信号。
程序框图如下:
图3.1程序设计思路
4.1.2流程图
在本流程图中分别以k1、k2、k3、k4、k5代表单片机的I/O口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4;设置flag1、flag2、flag3、flag4、flag5为1时分别代表方波、正弦波、三角波、梯形波、锯齿波。
当确认按键按下时,令相对应的flagx=1,然后用连续的判断程序来选择将要输出的波形。
程序实现了只需按一下按钮便可持续输出对应的波形。
流程图如下:
图3.2程序流程图
4.2用C语言实现
根据程序流程图用C语言编程,得C语言实现的代码为:
#include
#include
#defineDAC0832XBYTE[0x7fff]
sbitk1=P1^0;
sbitk2=P1^1;
sbitk3=P1^2;
sbitk4=P1^3;
sbitk5=P1^4;
intflag1=0;
intflag2=0;
intflag3=0;
intflag4=0;
intflag5=0;
unsignedcharcodezhengxian[256]={此处省略为正弦波数字信号};
voiddelay()//延时程序
{
inti;
for(i=0;i<1000;i++);
}
voidpanduan(void)//函数panduan用于扫描按键状态,判断输出波形
{
if(k1==1){//按键消抖
delay();
if(k1==1)//通过赋值flag选择波形
flag1=1;
flag2=0;
flag3=0;
flag4=0;
flag5=0;
}
if(k2==1){
delay();
if(k2==1)
flag1=0;
flag2=1;
flag3=0;
flag4=0;
flag5=0;
}
if(k3==1){
delay();
if(k3==1)
flag1=0;
flag2=0;
flag3=1;
flag4=0;
flag5=0;
}
if(k4==1){
delay();
if(k4==1)
flag1=0;
flag2=0;
flag3=0;
flag4=1;
flag5=0;
}
if(k5==1){
delay();
if(k5==1)
flag1=0;
flag2=0;
flag3=0;
flag4=0;
flag5=1;
}
}
voidboxing(void)//函数boxing用于产生选择好的波形
{
if(flag1==1)//产生方波
{
DAC0832=0x00;
delay();
DAC0832=0xff;
delay();
}
elseif(flag2==1)//产生正弦波
{
inti;
for(i=0;i<256;i++){
DAC0832=zhengxian[i];
}
}
elseif(flag3==1)//三角波
{
inti;
for(i=0;i<255;i++)
DAC0832=i;
for(i=255;i>0;i--)
DAC0832=i;
}
elseif(flag4==1)//梯形波
{
inti;
for(i=0;i<255;i++)
DAC0832=0;
for(i=0;i<255;i++)
DAC0832=i;
for(i=255;i>0;i--)
DAC0832=0XFF;
for(i=255;i>0;i--)
DAC0832=i;
}
elseif(flag5==1)//锯齿波
{
inti;
for(i=0;i<255;i++)
DAC0832=i;
}
}
voidmain(){//主函数
P1=0x00;
while
(1)
{
panduan();
boxing();
}
}
4.3用汇编语言实现
在用C语言实现设计之后,我又尝试使用汇编语言完成任务,由于对汇编语言还不够熟悉,只做到了以开关控制的矩形波、三角波、梯形波和锯齿波。
程序为:
START:
MOVDPTR,#7FFFH
MOVA,#00
LOOP:
MOVR0,#00
MOVP1,R0
MOVR0,P1
JBP1.0,K0
JBP1.1,K1
JBP1.2,K2
JBP1.3,K3
K0:
AJMPLOOP1
K1:
AJMPLOOP2
K2:
AJMPLOOP3
K3:
AJMPLOOP4
LOOP1:
MOVA,#00;LOOP1:
方波
MOVX@DPTR,A
MOVR1,#255
MOVR4,#255
DEL1:
DJNZR1,$
DJNZR4,DEL1
MOVA,#255
MOVX@DPTR,A
MOVR1,#255
MOVR4,#255
DEL2:
DJNZR1,$
DJNZR4,DEL2
LJMPLOOP
LOOP2:
;LOOP3:
三角波形
UP:
MOVX@DPTR,A
INCA
CJNEA,#0FFH,UP
DOWN:
MOVX@DPTR,A
DECA
CJNEA,#00H,DOWN
LJMPLOOP
LOOP3:
;LOOP4:
梯形波
UP1:
MOVX@DPTR,A;上升阶段
INCA
CJNEA,#0FFH,UP1
MOVX@DPTR,A;上底
MOVR1,#255
DJNZR1,$
DOWN1:
MOVX@DPTR,A;下降阶段
DECA
CJNEA,#00H,DOWN1
MOVX@DPTR,A;下底
MOVR1,#255
DJNZR1,$
LJMPLOOP
LOOP4:
MOVX@DPTR,A;LOOP5:
锯齿波
INCA
MOVR1,#10
DJNZR1,$
LJMPLOOP
END
第五章Proteus仿真及结果
将程序代码在Kill中编译输出.HEX文件,烧写进单片机中,用Proteus仿真软件仿真,得到的输出波形为:
5.1方波:
图5.1输出方波波形
5.2正弦波:
图5.2输出正弦波形
5.3三角波:
图5.3输出三角波形
5.4梯形波:
图5.4输出梯形波形
5.5锯齿波:
图5.5输出锯齿波形
设计心得:
通过这次课程设计,让我对单片机的结构和功能更加熟悉了,同时也加强了我对KILL、Proteus的熟悉度,让我在实践中运用所学的知识,加强了我对单片机相关知识以及数电模电知识的掌握。
单片机设计是一个复杂的过程,需要经历硬件设计和软件设计,硬件设计首先需要根据设计目标画出框图,根据设计的需要选择元件连接成电路图。
软件设计则需要根据电路原理图考虑到三条线:
控制线、地址线、数据线,根据所要实现的结果画出程序流程图,根据流程图编写程序代码。
在KILL中调试排错。
在硬件和软件设计完成后,还需将两者结合,也就是说将程序产生的.HEX文件烧写进单片机,硬件与软件必须衔接恰当,否则就不能正常运行,必须改变电路结构或者改变程序。
比如在这次设计中,针对DAC0832单缓冲启动控制方式的程序就不能直接考入直通方式的电路中,反之亦然。
电路有很多种连法,程序也是灵活多变,只有正真了解它们的原理,才能运用的自如。
我在单片机课程中学习了汇编语言,于是在本次设计尝试使用汇编实现目标,发现自己对汇编的代码还不熟悉,对汇编的设计思路还不明确,经验还不足,还需努力,多用多练。
我深知此次在仿真层面的设计与真正焊接制作实物还有很大的差距,今后的日子里还要更加上进,认真学习知识,熟练运用知识,让自己更上一层楼!
参考文献:
[1]李建忠《单片机原理及应用第三版》西安电子科技大学出版社
[2]谭浩强《C语言程序设计第四版》清华大学出版社
[3]阎石《数字电子技术基础第五版》高等教育出版社