DAC0832波形发生器.docx
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DAC0832波形发生器
目录
1．概述2
1.1DAC0832设计波形发生器的历史背景和意义2
1.2DAC0832设计波形发生器的发展和现状2
2．课题方案设计3
2.1系统功能概述3
2.2方案的提出及论证3
方案一3
方案二3
方案三4
方案四4
3．系统硬件设计4
3.1系统硬件总体设计概述4
3.2系统各个模块的设计5
3.2.1单片机系统模块5
3.2.2晶振时钟模块8
3.2.3复位电路模块8
3.2.3数模转换模块9
3.2.4运放模块10
4．软件设计流程11
4.1系统总体控制功能图11
4.2各波形的产生11
4.2.1锯齿波的实现11
4.2.2方波的实现12
4.2.3三角波的实现12
4.2.4正弦波的实现13
5.软硬件联调及调试结果13
5.1硬件电路调试13
5.2各功能模块软件调试13
5.2.1矩形波软件调试14
5.2.2锯齿波软件调试14
5.2.3正弦波软件调试15
5.2.4三角波软件调试15
5.2.5阶梯波软件调试16
5.3实物图16
结束语19
参考文献19
附录21
附录1原理图21
附录2PCB图22
附录3C语言程序清单22
附录4元器件清单26
1．概述
1.1DAC0832设计波形发生器的历史背景和意义
自20世纪90年代以来，单片机已进入了一个高速发展的阶段，世界上著名的半导体厂商都注重新型单片机的研制、生产和推广。
单片机的应用已经深入到国民经济的各个领域中，由单片机控制的微型电脑产品比比皆是。
单片机正朝着面向多层次用户的多品种多规格方向发展。
基于单片机和DAC0832的函数信号发生器的设计，本课题是充分运用大学期间对所学专业知识，结合现在使用的信号发生器的基本功能，完成一个系统的设计的全过程，通过单片机和模数转换芯片以及放大器产生多种波形的函数信号发生器在控制领域有着相当广泛的应用。
应用单片机控制的信号发生器的设计，整个系统控制简单，能够全方位的掌握在校期间所学的大部分知识，对单片机的学习是必不可少的，数模转换也是一个非常重要的知识，在对于数字电子和模拟电子的掌握上有非常大的应用，运算放大器的使用更加增强了对模拟模拟电路得理解，整个系统体积小，成本低廉，功能齐全，通过不同的按键，系统输出相应的波形，从而对所学的知识做了全面的深入的学习和掌握。
1.2DAC0832设计波形发生器的发展和现状
信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
例如在通信、广播、电视系统中都需要射频发射，这就需要信号发生器，在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振图像等，都需要功率或大或小、频率或高过低的信号。
在现代社会中，自动化技术早已渗透到社会生产的各个领域中，高精度、宽频率、高稳定性的信号发生器对于所属整体系统的性能改善和提高起着至关重要的作用。
多波形的函数信号发生器是电子实验室的基础设备之一，目前各类学校广泛使用的是标准产品，虽然功能齐全，性能指标高，但是价格昂贵，本文所研究的信号发生器采用单片机和DAC0832结合起来，通过数字电子电路向模拟电路转化，该系统虽然性能指标不如标准产品，但是它体积小，成本低，便于携带等特点，亦可作为电子随身设备之一。
系统通过单片机产生数字信号通过DAC0832转换为模拟信号，再通过放大器就可以得到各种波形，通过几个按键切换想要的波形。
2．课题方案设计
2.1系统功能概述
本系统中所应用的控制芯片为STC89C51,这个单片机用于产生最初的信号源，通过单片机循环产生数据，再将数据传给数模转换芯片。
单片机通过内部程序控制给出数据的频率，从而控制整个系统的信号输出频率。
单片机送给数模转换芯片DAC0832的数据通过内部器件转换成模拟信号输出，这是输出的是数字信号，需要通过运算放大器转化为模拟信号，如果要得到双极性的信号，那么就要通过两级运放转化。
系统中有五个按键与单片机的P1口相连，每个按键对应不同的波形，分别为方波、锯齿波、三角波、梯形波和正弦波，当P1.0按键按下时，P1.0引脚为低电平，系统的输出波形为方波，同样的道理，以后的每个按键分别按下时则系统的输出为相应的波形，当没有按键按下时，没有任何波形的输出，从而整个系统的输入设备为与P1口相连的五个按键，输出为与按键相应的波形。
在不同的实验要求中，有不同的波形需求，本系统的设计基本能够满足实验室的各种实验，节约了成本，减小了体积，降低了功耗。
2.2方案的提出及论证
方案一
用分立元件组成的函数信号发生器通常是单函数信号发生器，且频率不高，工作不是很稳定，而且不易调试，虽然结构很简单，制作容易，但是输出的信号频率线性度差、频率稳定度低、频率稳定度低、频率分辨率低、频率变换时间比较长，相位的噪声大以及人机界面不友好等缺点。
方案二
可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更过的则是应用专门的函数信号发生器IC，如8038等，它们功能较少而且精度不高，频率上限不高，调节方式也不够灵活，频率和占空比也不能独立调节，二者相互影响。
方案三
利用专用直接数字合成DDS芯片的函数信号发生器，能产生任意波形并能达到很高的频率，但是成本较高，从成本上考虑，不适合选择这么昂贵的芯片。
方案四
利用常用的单片机STC89C51和常用的数模转换芯片DAC0832结合，在利用运放转化为模拟电压，通过按键输入给单片机控制不同波形的输出，其体积小，成本低，功率小，又达到学习的目的，如图2.2所示，因为我选择此方案。
图2.2方案四原理框图
3．系统硬件设计
3.1系统硬件总体设计概述
本系统主要是应用在实验室的信号的地要求，对于不同的实验需要有不同的波形需求，在实验条件要求不高的情况下，比如一定的脉宽调制，需要一定频率的方波进行调节，这时需要一个简单的方波，而本系统正好能够提供这样一种波形，还有其他一些条件下都可以通过本系统的控制来调节。
本系统提供了五种不同的波形输出，通过五个按键控制相应的方波，锯齿波，梯形波，三角波和正弦波。
每次只能有一个键按下，没有按键按下时没有波形产生，按键输入信号给单片机，单片机对按键的情况进行处理，例如第一个按键按下时，系统需要产生一个方波，那么单片机循环输出0和1，那么通过DAC0832就通过运放循环输出高低电平，这样系统就能够输出方波，同样的道理，锯齿波、三角波、正弦波的产生也可以采用相似的道理。
本设计的硬件系统分为三个模块：
单片机系统模块，DA转换模块，放大器模块。
3.2系统各个模块的设计
3.2.1单片机系统模块
本系统采用的单片机芯片是STC89C52，此芯片是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
STC89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
主要特性：
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器，
寿命：
1000写/擦循环，数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路图3.2.1-1STC89C52单片机管脚图
管脚图如图3.2.1-1所示
51单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器（SBUF），这两个在物理上独立的接收发送器，既可以接收数据也可以发送数据。
但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出，它们的地址为99H。
这个通信口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。
如果在传行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可方便地构成标准的RS-232接口。
串行数据通信两种形式
异步通信
在这种通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：
一个起始位，仅接着是若干个数据位。
同步通信格式中，发送器和接收器由同一个时钟源控制，为了克服在异步通信中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就慢得多。
同步传输方式去掉了这些起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。
同步传输方式比异步传输方式速度快，这是它的优势。
但同步传输方式也有其缺点，即它必须要用一个时钟来协调收发器的工作，所以它的设备也较复杂。
串行数据通信的传输速率
串行数据传输速率有两个概念，即每秒转送的位数bps（Bitpersecond）和每秒符号数—波特率（Bandrate），在具有调制解调器的通信中，波特率与调制速率有关。
串行口和控制寄存器
单片机串行口寄存器结构如图3.2.1-2所示。
SBUF为串行口的收发缓冲器，它是一个可寻址的专用寄存器，其中包含了接收器和发送器寄存器，可以实现全双工通信。
但这两个寄存器具有同一地址（99H）。
MCS-51的串行数据传输很简单，只要向发送缓冲器写入数据即可发送数据。
而从接收缓冲器读出数据即可接收数据。
图3.2.1-2串行口寄存器结构图
串行口控制寄存器:
SCON控制寄存器，它是一个可寻址的专用寄存器，用于串行数据的通信控制，单元地址是98H，其结构格式如表3.2.1-1所示。
表3.2.1-1SCON寄存器结构
SCON寄存器结构
SCON
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
TI
RI
位地址
9FH
9EH
8DH
9CH
9BH
9AH
99H
98H
SM0、SM1：
串行口工作方式控制位。
SM0，SM1 工作方式
00 方式0
01 方式1
10 方式2
11 方式3
SM2：
多机通信控制位。
多机通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3。
接收状态，当串行口工作于方式2或3，以及SM2=1时，只有当接收到第9位数据（RB8）为1时，才把接收到的前8位数据送入SBUF，且置位RI发出中断申请，否则会将接受到的数据放弃。
[11]当SM2=0时，就不管第位数据是0还是1，都难得数据送入SBUF，并发出中断申请。
工作于方式0时，SM2必须为0。
REN：
允许接收位。
REN用于控制数据接收的允许和禁止，REN=1时，允许接收，REN=0时，禁止接收。
TB8：
发送接收数据位8。
在方式2和方式3中，TB8是要发送的——即第9位数据位。
在多机通信中同样亦要传输这一位，并且它代表传输的地址还是数据，TB8=0为数据，TB8=1时为地址。
。
TI：
发送中断标志位。
可寻址标志位。
方式0时，发送完第8位数据后，由硬件置位，其它方式
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