基于单片机的低频信号发生器设计.docx

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基于单片机的低频信号发生器设计

基于单片机的低频信号发生器设计

摘要

本文设计低频信号发生器，以AT89C52单片机为核心，通过键盘输入控制信号类型和频率的选择，采用DA转换芯片输出相应的波形，同时以示波器进行实时显示信号相关信息，采用汇编语言进行编程，可实现方波，三角波。

锯齿波，正弦波四中波形的产生，且波形的频率可调。

经测试该设计方案线路优化，结构紧凑，性能优越，满足设计要求。

关键词：

单片机，DA转换，信号发生器

ABSTRACT

Lowfrequencysignalgeneratordesign,thispaperUSESAT89C52single-chipmicrocomputerasthecore,throughthekeyboardinputcontrolsignaltypeandfrequencyofchoice,withDAconversionchipoutputcorrespondingwaveform,atthesametime,theLEDdisplayinformationreal-timedisplaysignal,usingassemblylanguageprogramming,whichcanrealizesquarewave,trianglewave.Productionofsawtooth,sinewave4waveform,andthefrequencyofthewaveformisadjustable.Bytestingthedesignschemeofcircuitoptimization,compactstructure,superiorperformance,meetthedesignrequirements.

KeyWords:

Singlechipmicrocomputer,DAconversion,signalgenerator

目　录

摘要II

ABSTRACTII

1设计要求及方案选择3

1.1设计要求3

1.2方案选择2

2理论分析与设计3

2.1按键电路的分析与设计4

2.2D/A转换模块的分析与设计5

3　电路设计3

3.1硬件电路的设计3

3.2软件的设计3

4系统测试4

4.1调试所用的基本仪器清单4

4.2调试结果4

4.3测试结果分析4

5总结4

参考文献5

1设计要求及方案选择

1.1设计要求

（一）任务

利用单片机与D/A转换器件DAC0832设计一个低频信号发生器，能产生正弦波、方波、锯齿波、三角波等波形。

（二）要求

1．基本要求

（1）输出波形可用按键选择。

（2）设计电路

（3）在KEIL中编辑、编译、调试程序，并在protuse中仿真。

2．扩展部分（选作）

（1）输出正弦波幅度：

Vppm≥20V.

（2）输出负载能力：

≥250Ma。

3.写出设计报告（报告有规定格式要求）

1.2方案选择

依据应用场合.需要实现的波形种类，波形发生器的具体指标要求会有所不同。

依据不间的设计要求选取不同的设计方案。

通常，波形发生器需要实现的波形有正弦波、方波、三角波和锯齿波。

有些场合可能还需要任意波形的产生。

各种波形共有的指标有：

波形的频率、幅度要求，频率稳定度，准确度等。

对于不同波形，具体的指标要求也会有所差异。

其具体的实现方法具体有以下几种：

方案一：

采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它足一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成屯路。

但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施虽可滤除-些，但不能完全滤除掉。

方案二：

釆用単片函数发生器（如8038）.8038可以同时产生方波，三角波和正弦波等，而且方法简单易行,用D/A转换器的输出来调制电H压也可以实现数控调整频率,但是产生的信号频率的稳定性差。

方案二：

可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则采用专门的函数倍号发生器1C产生。

早期的函数倍号发生器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，无法产生史高频率的信号，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。

方案四：

釆用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器的输出频率锁定在所需要的频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，而且电路复杂不容易实现。

方案五：

釆用单片机编程的方法来实现。

该方法可以通过编程来控制波箱的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下可以通过改变程序来实现频率的改变。

该种方案要对AT89C52中片机的各个I/O口允分利用。

这样总体来说，能对中片机各个接口都利用上,而不多用其它芯片，从而减小了系统的成本。

比较几种方案，方案一波形不理想，方案二所产生的频率信号不够稳定，方案二不能更好的体现所学知识而且效果不佳，方案四电路复杂不容易实现，方案五在低频范围内稳定性好、操作方便、功耗小、耗电少，而且方案更加满足设计的要求，在完成设计的同时能够更好的发挥间学们的各种各样的想法。

综合考虑，方案五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，所以本设计采用方案五。

2理论分析与设计

2.1按键电路的分析与设计

键盘电路是整个电路的控制部分。

通过K1控制产生方波，K2控制产生三角波，K3控制产生正弦波，K4控制产生锯齿波。

调幅与调频本应采用另连个键控制，但在分析DAC0832的输出，U=（Vref/2n）*D，由此公式可知,输出波形的幅度与Vref的大小有关，所以我们通过控制Vref的大小来改变波形的幅度，以简化我们的程序。

频率我们采用P2口控制，通过控制P2口的大小来改变程序中循环次数，来达到控制延时的目的，继而控制了频率。

键盘接口如下图

图2.1键盘接口电路

2.2D／A转换模块的电路分析与设计

数模转换电路采用的是DAC0832芯片。

它是一种使用较多的8位D/A转换器，其转换时间lus，工作电压为+5V到+15V,基准电压-10V到+10V。

由于其内部有两个8位寄存器和一个8位D/A转换器，故可进行两级缓冲操作，使操作有很大的灵活性，本设计采用单缓冲方式。

DAC0832与AT89C52的连接。

单机P0口与数模转换器的数据口连接，为保证单片机P0口的驱动能力，在P0口加上上拉电阻。

数模转换电路的连接如下图：

图2.2数模转换电路的连接图

3　电路设计

3.1硬件电路的设计

3.1.1硬件电路连接图

图3.1硬件电路连接图

3.1.2芯片说明

（1）AT89C52单片机

图3.2为AT89C52单片机引脚图

图3.2单片机引脚图

AT89C51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/地址的笫八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH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。

PI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，PI口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为个内部上拉电阻的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，耍保持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:

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指令足ALE才起作用。

此外，该引脚被略微拉髙。

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VEA持低电平时，则在:

此期间外部程储器（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；/EA端保持髙电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加I2V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转换器

图3.3为DAC0832引脚图

图3.3DAC0832引脚图

由于单片机产生的是数字信号，要想得到所需要的波形，就要把数字信号转换成模拟信号，所以该文选用价格低廉、接口简单、转换控制容易并具有8位分辨率的数模转换器DAC0832。

DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。

但实际上，DAC0832输出的电量也不是真正能连续可调，而是以其绝对分辨率为单位增减，是准模拟量的输出。

DAC0832是电流型输出，在应用时外接运放使之成为电压型输出。

根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：

直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。

本设计选用直通方式。

DAC0832的数据口和单片机的P0口相连。

CSDA：

片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；

WR：

数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存

3.2　软件的设计

Keil是德国Keil公司出的目前世界上最好的51单片机的C语言开发工具[2]，与汇编相比，C语言在功能、结构、可读性、可移植性上有明显优势，因此常用C语言开发符合实际工程需要的单片机系统，应用TCP/IP协议，Pro-teus与Keil的联调很好地解决了Proteus自带的编译系统无法对C语言进行编译的问题。

程序设计采用汇编语言编程，应用Keil软件编译程序段。

在汇编语言设计中，采用实时扫描按键，检查是否有按键被按下，检测到按键按下单片机才去执行相关程序。

程序设计代码如下：

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0100H

MAIN:

JNBP1.0,PFB；定义按键

JNBP1.1,PSJ

JNBP1.2,PZX

JNBP1.3,PJC

LJMPMAIN

PFB:

MOVR7,#00H;方波

LCALLSQU

LJMPMAIN

PSJ:

MOVR7,#01H;三角

LCALLTRI

LJMPMAIN

PZX:

MOVR7,#02H;正弦

LCALLSIN

LJMPMAIN

PJC:

MOVR7,#03H;锯齿波

LCALLJCB

LJMPMAIN

SQU:

JNBP1.1,N1

JNBP1.2,N2

JNBP1.3,N7

LJMPSSQU

N1:

MOVR7,#01H

LJMPTC0

N2:

MOVR7,#02H

LJMPTC0

SSQU:

CJNER7,#00H,TC0

MOVR0,#00H

K00:

MOVP0,#0FFH

MOVP2,#0FFH

MOVA,P2

CPLA

MOVR3,A

L00:

DECR3

CJNER3,#255,L00

INCR0

INCR0

CJNER0,#254,K00

MOVR0,#00H

K01:

MOVP0,#00H

MOVP2,#0FFH

MOVA,P2

CPLA

MOVR3,A

L01:

DECR3

CJNER3,#255,L01

INCR0

INCR0

CJNER0,#254,K01

LJMPSQU

TC0:

RET

TRI:

JNBP1.0,N3

JNBP1.2,N4

JNBP1.3,N8

LJMPTTRI

JCB:

JNBP1.0,N3

JNBP1.2,N4

JNBP1.1,N1

LJMPJJCB

N3:

MOVR7,#00H

LJMPTC2

N4:

MOVR7,#02H

LJMPTC2

N7:

MOVR7,#03H

LJMPTC4

TTRI:

CJNER7,#01H,TC2

MOVR0,#00H

K20:

MOVP0,R0

MOVP2,#0FFH

MOVA,P2

CPLA

MOVR3,A

L20:

DECR3

CJNER3,#255,L20

INCR0

INCR0

CJNER0,#254,K20

K21:

MOVP0,R0

MOVP2,#0FFH

MOVA,P2

CPLA

MOVR3,A

L21:

DECR3

CJNER3,#255,L21

DECR0

DECR0

CJNER0,#0,K21

LJMPTRI

TC2:

RET

JJCB:

CJNER7,#03H,TC4

MOVR0,#00H

K22:

MOVP0,R0

MOVP2,#0FFH

MOVA,P2

CPLA

MOVR3,A

L22:

DECR3

CJNER3,#255,L22

INCR0

INCR0

CJNER0,#254,K22

LJMPJCB

TC4:

RET

SIN:

JNBP1.0,N5

JNBP1.1,N6

JNBP1.3,N8

LJMPSSIN

N5:

MOVR7,#00H

LJMPTC3

N6:

MOVR7,#01H

LJMPTC3

N8:

MOVR7,#03H

LJMPTC4

SSIN:

CJNER7,#02H,TC3

MOVR0,#00H

K30:

MOVA,R0

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

INCR0

MOVP2,#0FFH

MOVA,P2

CPLA

MOVR3,A

L30:

DECR3

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

DB0BCH,0BDH,0BFH,0C0H,0C1H,0C3H,0C4H,0C5H,0C6H,0C8H,0C9H,0CAH,0CBH,0CCH,0CDH,0CEH

DB0CEH,0CFH,0D0H,0D1H,0D1H,0D2H,0D2H,0D3H,0D3H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D5H,0D5H,0D5H

DB0D5H,0D5H,0D5H,0D5H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D3H,0D3H,0D2H,0D2H,0D1H,0D1H,0D0H,0CFH

DB0CEH,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

改变程序中有关递增变量大小，即可改变输出波形的频率。

4系统测试

4.1调试所用的基本仪器清单

（1）AT89C52单片机

（2）DAC0832转换器

（3）OP1P集成运算放大器

（4）虚拟示波器

4.2调试结果

4.3　测试结果分析

5总结

参考文献

（5个左右参考文献，要按照严格标准写）

[1]张肃文.高频电子线路北京[M].北京：

高等教育出版社，2000.

[2]江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计[M].机械工业出版社，2007.

参考文献、注释的表述及编排格式说明（仅供参考）

一、参考文献表述和编排格式：

参考文献指的是写作论文时研究过、阅读查找过并且对形成本文有借鉴、参考作用的所有文献资料。

从理论上说，参考文献可以是引用过的文献，也可以是仅仅潜在性地启发了作者的思路而并没有直接引用的文献。

参考文献的类型标识：

M-专著，C-论文集，N-报纸文章，J-期刊文章，D-学位论文，R-报告，S-标准，P-专利，A-专著、论文集中的析出文献，EB/OL-电子文献，Z-其他未说明的文献类型。

如下表：

参考文献

类　　型

期刊

文章

专

著

论

文

集

学位

论文

报告

报纸

文章

标准

专利

专著、析出文献

电子文献

其他

文献类型

标　　示

J

M

C

D

R

N

S

P

A

EB/OL

Z

（一）参考文献的常用的表述格式：

1．专著、论文集、研究报告：

[序号]主要责任者（注：

两个责任者之间用逗号隔开）．文献题名[文献类型标识]．出版地：

出版者，出版年.

举例：

[1]　刘小龙．电视艺术美学[M]．北京：

中国广播电视出版社，1999.

[2]　吴海霞，沈剑平．电视论坛[C].北京：

人民教育出版社，2003．

（2）．

[3]　中国教育与人力资源问题报告课题组.从人口大国迈向人力资源强国[R].北京：

高等教育出版社，2003.

2.学位论文：

[序号]主要责任者．文献题名[D]．保管地：

保管单位，完成年.

举例：

[1]　邓友.论电视艺术的美学性[D].北京：

北京广播学院，2004.

3.析出文献：

[序号]析出文献主要责任者（注：

两个责任者之间用逗号隔开）．析出文献题名[A]．原文献主要责任者.原文献题名[C].出版地：

出版者，出版年．析出文献起止页码（如文内已列明，则省略）.

举例：

[1]　[英]穆尔.电影理论的结构[A].瞿涛.电影学文集[C].北京：

人民出版社，1993.

4.期刊文章：

[序号]主要责任者．文献题名[J].刊名，出版年，卷（期）.起止页码.

举例：

[9]　李海．音乐传播的文化思考[J]．当代传播，2004，（10）：

26-27．

5.报纸文章：

[序号]主要责任者．文献题名[N]．报纸名，出版日期（版次）．

举例：

[1]　周济.情系教育办好教育[N].中国教育报，2004－1－29

（1）．

6.网络文献：

[序号]主要责任者．网络文献题名[文献类型标识]．网络文献的出处或可获得地址.

举例：

[1]　吴霓.教育科学大家谈[J/OL].

[14]　方锦柔.中国人民大学学报论文文摘（1983—1993）.英文版（DB/CD）.北京：

中国百科全书出版社，1996.

7.外文期刊文献编排格式及示例

①作者姓名采用“姓在前名在后”原则，具体格式是：

姓，名字的首字母.如：

MalcolmRichardCowley应为：

Cowley,M.R.，如果有两位作者，第一位作者方式不变，&之后第二位作者名字的首字母放在前面，姓放在后面，如：

FrankNorris与IrvingGordon应为：

Norris,F.&I.Gordon.；

②书名、报刊名使用斜体字，如：

MasteringEnglishLiterature，EnglishWeekly。

其它与中文格式相同。

举例：

[1]　JONESRM..MechanicsofCompositeMaterials[M].NewYork:

McGrawHillBookCompany,1975.

[2]　DOWLERL.TheResearchUniversity'sDilemma:

ResourceSharingandResearchinaTransinstitutionalEnvironment[J].JournalLibraryAdministration,1995,21（1/2）:

5－26.

[3]　GUOAi-bing.