波形发生器综合电子课设.docx
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波形发生器综合电子课设
自动化学院
综合电子课设报告
课程名称 综合电子设计
实验名称波形发生器设计、制作
实验仪器C51单片机、proteus软件
LED显示屏、D\A转换等
专业
班级/学号
学生姓名
实验日期
实验地点
成绩
指导教师
目录
第1章概述1
第2章系统设计2
2.1方案论证和比较2
2.2总体设计2
第3章硬件电路设计4
3.1主控制器4
3.2数模转换电路4
第4章软件设计9
第5章系统总结和分析10
参考文献11
附录1系统原理图12
附录2主要源代码13
第1章概述
在科学研究、工程教育及生产实践中，常常要用到波形发生器。
如工业过程控制、教学实验、机械振动、生物医学领域。
目前，长期使用的信号发生器绝大部分都是由模拟电路构成的，这类仪器作为信号源，频率达百兆赫兹，在高频范围内其频率稳定性高、可调性好。
而用于低频信号输出时，其需要RC值很大，参数准确度难以保证，而且体积大，损耗也大。
目前，有人研究制造了由数字电路构成的波形发生器，其低频性能好，但是体积较大，价格较贵。
本设计采用一片AT89C51和一片DAC0832数模转换器做成的低频信号波形发生器，它的特点是价格低、性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等。
第2章系统设计
2.1方案论证和比较
方案一：
采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。
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一些，但不能完全滤除掉。
方案二：
采用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器生成波形，由于是软件滤波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。
它的特点是价格低、性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。
经比较，方案二既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比高，所以采用该方案。
2.2总体设计
本设计采用键盘操作控制输出方波、正弦波、三角波，可用键盘方便地控制频率和幅值的变化，并将幅值和频率用六位十进制数通过LED数码管显示出来，硬件原理方框图如图2.1所示。
图2.1硬件原理方框图
波形发生器的技术指标：
（1）波形：
方波、正弦波、三角波；
（2）幅值电压：
1V、2V、3V、4V、5V；
（3）频率：
10Hz、20Hz、50Hz、100Hz、200Hz、500Hz、1000Hz；
（4）输出极性：
双极；
第3章硬件电路设计
3.1主控制器设计
设计中主要采用的AT89C52型单片机，它具有如下优点：
（1）拥有完善的外部扩展总线，通过这些总线可方便地扩展外围单元、外围接口等。
（2）该单片机内部拥有4K字节的FLASHROM程序存储器空间和256字节的RAM数据存储空间，完全可以满足程序的要求。
由于该芯片可电擦写，故可重复使用。
如果更改程序内容，可将芯片拿下重新烧写。
（3）该单片机与工业标准的MCS－51型机的指令集和输出引脚兼容。
3.2数模转换电路设计
设计中采用的是DAC0832型芯片。
其优点是功耗低，泄漏电流误差小，温度低。
它是一种使用较多的8位D/A转换器，其转换时间为1us，工作电压为+5V到+15V，基准电压为-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，故可进行两极缓冲操作，使操作有很大的灵活性（本设计采用的是单缓冲方式）。
硬件连接电路是将两极寄存器的控制信号并接输入数据，在控制信号作用下直接送入DAC寄存器中。
DAC0832引脚图
DAC0832内部结构
硬件连接图如图3.1所示。
图3.1DAC0832的双极性输出
DAC0832的双极性输出，DAC转换器的输出电压U0与输入的数字量D之间的关系为U0=（Vref/2n）*D,输出电压的极性完全取决于基准电压Vref的极性。
当Vref的极性不变时，只能获得单极性的模拟电压输出。
DAC0832在Vref=+5V时，单极性输出为0到-5V。
在单极性电路的基础上再接一个反相比例加法器电路，可实现双极性输出
U0=-（15/7.5）*U1-（15/15）*Vref
=-（2*U1+5）
当U1=0～-5V时，U0=-5～+5V。
由于实际输出范围比单极性时扩大一倍，因此双极性输出时灵敏度下降为单极性时的一半。
单极性输出时
1LSB=5/28V
双极性输出时
1LSB=2*5/28=5/27
在双极性输出时，输入的二进制数00000000～01111111表示负数，对应输出电压为负值；10000000～11111111表示正数，对应输出电压为正值。
DAC0832是电流型输出，在应用时外接集成运算放大器使之成为电压型输出。
本设计中采用的集成运算放大器是LM358，其内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。
本设计采用的是双电源工作模式，构成电流/电压转换电路和反相比例加法器电路。
第4章软件设计
主程序框图如图4.1所示。
图4.1程序框图
主程序和子程序都存放在AT89C52单片机中。
主程序的功能是：
开机以后负责查键，即做键盘扫描及显示工作，然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理。
子程序的功能有：
幅值输入处理、频率输入处理、正弦波输出、三角波输出、方波输出、显示等。
根据上述波形数据表的生成，可知本系统可实现频率、幅值的调整并且可以通过设置参数进行很好的改变。
信号的类型、幅度、频率的步进值可以实现显示。
主程序流程图
通过主程序流程图我们可以清晰的知道怎么样生成相应的波形。
通过利用89C52单片机对P1口进行扫面，得到相对应的数值后，将其数值存放在累加器Ａ中，再根据对幅值的变化要求，利用乘法指令，实现对幅值的调整。
利用中断方式我们可以实现频率的改变。
子程序的功能有：
幅值输入处理、频率输入处理、正弦波输出、锯齿波输出、方波输出、显示等。
子程序流程图
第5章系统分析和总结
我们的硬件分为电源板、低通滤波板、单片机最小系统板、液晶显示板、DDS板和加法器板共六个部分。
制作时，我们采用各电路板依次制作，依次调试的方法。
下面依次叙述各电路板的制作过程。
电源板：
根据题目的要求，波形发生器需要三路+5V电压和±9V电压。
使用50W
单片机最小系统板：
由89C52，锁存器74LS373，与非门74LS00构成，板上设置排线跟其他电路板相连。
把程序写入89C52，经过仿真测试，程序通过，各功能正常。
调试方法和过程：
采用分别调试各个单元模块,调通后再进行各单元电路联机统调的方法,提高调试效率。
（1）软件部分调试
本机的软件主要功能是完成人机接口，因此编程的时候把界面的友好性放在首位，采用主从菜单式的操作方法。
由于对51系列单片机编程比较熟悉，在软件的仿真调试过程中没有遇到太大的问题。
各软件功能均正常实现。
（2）硬件部分调试
整个硬件调试过程基本顺利，由于采用了工艺精良的双面孔化PCB板，各单元电路工作稳定，给调试工作带来很大的方便。
各单元调试通过以后，进行整机调试，调试结果显示，整个系统能够正常工作。
开始的时候没有经验，不知如何下手，所以就去图书管查询，有许多的设计方案。
经过他的解释分析各方案之后，决定用查表的方法来做。
这样可以降低一些硬件设计的难度，初次设计应切合自己的水平。
用8031需要扩展ROM，这样还要进行存储器扩展。
而且现在8031实际中已经基本上不再使用，实际用的AT89S52芯片有ROM，这样把经过采样得到的数值制成表，利用查表来做就简单了。
我认为程序应该不大，片内ROM应该够用的。
应该说这次课程设计还是基本达到了设计的要求，但是也存在着未能解决的问题。
比如说波形的输出精度。
这次波形发生器的设计，使我学到了数模转换芯片DAC0832、数码管、键盘、集成运算放大器LM324，更重要的是学会了程序出问题时调试的方法，并养成了调试的习惯，学到了程序出问题后怎样去解决的基本方法。
最后要感谢杨老师的指导，以及同组陈峰同学的帮助。
参考文献
[1]陈莘城.实用电子电路设计与调试［M］.北京：
中国电力出版社，1993.670-697.
[2]曹巧暖.单片机原理及应用［M］.北京：
电子工业出版社，2002-7-2.
[3]曾兴雯，刘乃安，陈健.高频电路原理与分析［M］.西安：
西安电子科技大学
出版社，2001.281-295.
[4]童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.北京:
高等教育出版社，2003.345-362
[5]潘永雄，沙河，刘向阳.电子线路CAD实用教程［M］.西安：
西安电子科技大学出版社，2001.13-118.
[6]张毅刚，彭喜源，谭晓昀，曲春波.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：
哈
尔滨工业大学出版社，1997.53-61.
[7]杨欣.电子设计从零开始[C/OL].北京：
清华大学出版社，2004.1-4.
[8]zhiweihzx.TEC6122芯片资料.中国软硬件结合技术网.2005-10-31.
[9]A.J.Viterbi:
”AcquistionandTrackingBehaviorofPhase-LockedLoops”,JPLExternalPublicationNo.673,July14,1959
[10]JamesK.HardyHighFrequencyCircuitDesign[M].Washington：
PrestonPubli-shingCommpany,1979.
附录1系统原理图及仿真波形
附录2主要源代码
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
LJMPMAIN
P12:
MOVR7,#02H
LCALLTRI
LJMPMAIN
P13:
MOVR7,#03H
LCALLSIN
LJMPMAIN
SQU:
JNBP1.1,N1
JNBP1.2,N2
JNBP1.3,N3
LJMPSSQU
N1:
MOVR7,#01H
LJMPTC0
N2:
MOVR7,#02H
LJMPTC0
N3:
MOVR7,#03H
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
SAW:
JNBP1.0,N4
JNBP1.2,N5
JNBP1.3,N6
LJMPSSAW
N4:
MOVR7,#00H
LJMPTC1
N5:
MOVR7,#02H
LJMPTC1
N6:
MOVR7,#03H
LJMPTC1
SSAW:
CJNER7,#01H,TC1
MOVR0,#0FFH
K10:
MOVP0,R0
MOVP2,#0FFH
MOVA,P2
CPLA
MOVR3,A
L10:
DECR3
CJNER3,#255,L10
INCR0
CJNER0,#255,K10
LJMPSAW
TC1:
RET
TRI:
JNBP1.0,N7
JNBP1.1,N8
JNBP1.3,N9
LJMPTTRI
N7:
MOVR7,#00H
LJMPTC2
N8:
MOVR7,#01H
LJMPTC2
N9:
MOVR7,#03H
LJMPTC2
TTRI:
CJNER7,#02H,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
SIN:
JNBP1.0,N10
JNBP1.1,N11
JNBP1.2,N12
LJMPSSIN
N10:
MOVR7,#00H
LJMPTC3
N11:
MOVR7,#01H
LJMPTC3
N12:
MOVR7,#02H
LJMPTC3
SSIN:
CJNER7,#03H,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
END
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