基于单片机的函数发生器.docx
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基于单片机的函数发生器
中北大学信息商务学院
课程设计说明书
学生姓名：
王若妮学号：
10050644X11
学院：
信息商务学院
专业：
电子信息工程
题目：
专业综合实践之单片机部分：
基于单片机的函数发生器的设计
张权
指导教师：
职称:
副教授
2014年1月10日
中北大学信息商务学院
课程设计任务书
13/14学年第一学期
学院：
信息商务学院
专业：
电子信息工程
学生姓名：
王若妮学号：
10050644X11
课程设计题目：
专业综合实践之单片机部分：
基于单片机的函数发生器的设计
起迄日期：
2013年12月30日～2014年1月10日
课程设计地点：
201，503
指导教师：
张权
系主任：
王浩全
下达任务书日期:
2013年12月30日
课程设计任务书
1．设计目的：
利用单片机设计一个函数发生器对于提高学生的单片机应用能力，尤其是软件编程能力具有较强的意义。
通过该设计，可以巩固所学的单片机理论知识，培养学生硬件和软件的设计能力，从而促进学生所掌握的理论知识向实践应用的转变。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
使用单片机设计一个函数发生器，包括硬件设计和软件设计。
同组成员可按硬件
设计和软件设计来分工，协作完成。
具体功能要求：
（1）通过编程产生正弦波；
（2）频率、幅值可调；
（3）D/A输出。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
（1）查阅相关文献资料，了解函数发生器的相关知识；
（2）确定设计方案。
绘制电路原理图；
（3）编写软件程序并上机调试；
（4）撰写课程设计说明书。
课程设计任务书
4．主要参考文献：
1刘坤.51单片机C语言应用开发技术大全.北京：
人民邮电出版社，2008
2傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：
科学出版社，1985
3韩全立，王建明.单片机控制技术及应用.北京：
电子工业出版社，2004
4杨素行，模拟电子技术基础简明教程.北京：
高等教育出版社，2007
5蒋辉平，单片机原理与应用设计.北京：
北京航空航天大学出版社，2007
5．设计成果形式及要求：
提供课程设计说明书一份；
设计原理图及软件源程序；
6．工作计划及进度：
2013年12月30日~2014年1月1日：
查阅资料；
2014年:
1月2日~1月7日：
方案设计、实验验证；
1月8日~1月9日：
完成课程设计说明书；
1月10日：
答辩。
系主任审查意见：
签字：
年月日
目录
1系统设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1.1设计要求••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1.2方案设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1.3总体系统设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1.4硬件实现及单元电路设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2
1.5软件设计流程••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
1.6源程序•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
2输出波形的种类与频率•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
2.1测量仪器及测试说明••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
2.2测试过程•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
2.3测试结果•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14
3设计心得及体会•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14
4附录•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
4.1参考文献•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
4.2总体原理图••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
1系统设计
经过考虑，我们确定方案如下：
利用AT89S52单片机采用程序设计方法产生正弦波波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制波形的类型、频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。
1.1设计要求
（1）通过编程产生正弦波；
（2）频率、幅值可调；
（3）D/A输出。
1.2方案设计
1.2.1信号发生电路方案
通过单片机控制D/A，输出波形。
此方案输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。
但此方案电路简单、成本低。
1.2.2单片机的选择
AT89S52单片机是一种高性能8位单片微型计算机。
它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机、而且其价格便宜。
1.2.3显示方案
采用LCD液晶显示器1602。
其功率小，效果明显，显示编程容易控制，可以显示字母。
1.2.4键盘方案
矩阵式键盘。
矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处。
当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。
当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。
1.3总体系统设计
该系统采用单片机作为数据处理及控制核心，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和变换，采用按键输入，利用液晶显示电路输出数字显示的方案。
将设计任务分解为按键电路、液晶显示电路等模块。
图
（1）为系统的总体框图
图
（1）总体方框图
1.4硬件实现及单元电路设计
1.4.1单片机最小系统的设计
89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。
用80C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图
（2）89C51单片机最小系统所示。
由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。
其应用特点：
（1）有可供用户使用的大量I/O口线。
（2）内部存储器容量有限。
（3）应用系统开发具有特殊性。
图
（2）89C51单片机最小系统
1.4.2波形产生模块设计
由单片机采用编程方法产生波形、通过DA转换模块DAC0832在经过滤波放大之后输出。
其电路图如下：
图（3）波形产生电路
如上图所示，单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端，DAC0832的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。
1.4.3显示模块的设计
图（4）液晶显示
如上图所示，1602的八位数据端接单片机的P1口，其三个使能端RS、RW、E分别接单片机的P3.2—P3.4。
通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类以及波形的频率。
1.4.4键盘显示模块的设计
图（5）键盘
图中键盘独立键盘引出的八跟线分别接单片机的P2口，只用其第四列，因此在程序初始化时P2.7脚给低电平。
如图开关3用来切换输出波形、开关7和8用来调节频率的加减。
当按开关7时输出波形的频率增加，按开关8时输出波形的频率减小。
1.5软件设计流程
本系统采用AT89S52单片机，用编程的方法来产生波形，并通过编程来切换波形以及波形频率的改变。
具体功能有：
（1）各个波形的切换；
（2）各种参数的设定；（3）频率增减等。
软件调通后，通过编程器下载到AT89S52芯片中，然后插到系统中即可独立完成所有的控制。
软件的流程图如下：
图（6）程序流程图
1.6源程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitlcdrw=P3^3;
sbitlcdrs=P3^2;
sbitlcde=P3^4;
sbitd=P2^7;
sbits1=P2^0;
sbits2=P2^1;
sbits3=P2^2;
sbitcs=P3^5;
sbitwr=P3^6;
uchars1num,a,ys,j;
uintfre;
ucharcodetosin[256]={
0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,
0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,
0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,
0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,
0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,
0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,
0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,
0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,
0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,
0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,
0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,
0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,
0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,
0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,
0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,
0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,
0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15,
0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,
0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e,
0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6c,0x6f,0x72,
0x76,0x79,0x7c,0x80};/*正弦波码*/
voiddelay（uintz）//延时子程序
{
uchari,j;
for（i=z;i>0;i--）
for（j=110;j>0;j--）;
}
voiddelay1（uinty）
{
uinti;
for（i=y;i>0;i--）;
}
voidwrite_com（ucharcom）//1602写指令
{
lcdrs=0;
P1=com;
delay（5）;
lcde=1;
delay（5）;
lcde=0;
}
voidwrite_data（uchardate）//1602数据
{
lcdrs=1;
P1=date;
delay（5）;
lcde=1;
delay（5）;
lcde=0;
}
voidinit（）//初始化
{
lcdrw=0;
lcde=0;
wr=0;
cs=0;
write_com（0x38）;
write_com（0x0c）;
write_com（0x06）;
write_com（0x01）;
write_com（0x80+0x00）;
write_data（0x77）;//写wave:
write_data（0x61）;
write_data（0x76）;
write_data（0x65）;
write_data（0x3a）;
write_com（0x80+0x40）;//写f：
write_data（0x66）;
write_data（0x3a）;
}
voidwrite_f（uintdate）//写频率
{
ucharqian,bai,shi,ge;
qian=date/1000;
bai=date/100%10;
shi=date/10%10;
ge=date%10;
write_com（0x80+0x42）;
write_data（0x30+qian）;
write_data（0x30+bai）;
write_data（0x30+shi）;
write_data（0x30+ge）;
write_data（0x48）;
write_data（0x5a）;
}
voidxsf（）//显示频率
{
if（s1num==1）
{
fre=（1000/（9+3*ys））;
write_f（fre）;
}
if（s1num==2）
{
fre=（100000/（3*ys））;
write_f（fre）;
}
if（s1num==3）
{
fre=（1000/（15+3*ys））;
write_f（fre）;
}
}
voidkeyscanf（）
{
d=0;
if（s1==0）
{
delay（5）;
if（s1==0）
{
while（!
s1）;
s1num++;
if（s1num==1）
{
ys=0;
write_com（0x80+0x05）;
write_data（0x73）;//写sine:
write_data（0x69）;
write_data（0x6e）;
write_data（0x65）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
}
if（s1num==2）
{
ys=10;
write_com（0x80+0x05）;
write_data（0x73）;//写squrae
write_data（0x71）;
write_data（0x75）;
write_data（0x61）;
write_data（0x72）;
write_data（0x65）;
}
if（s1num==3）
{
ys=0;
write_com（0x80+0x05）;//train
write_data（0x74）;
write_data（0x72）;
write_data（0x61）;
write_data（0x69）;
write_data（0x6e）;
write_data（0x20）;
}
if（s1num==4）
{
s1num=0;
P1=0;
write_com（0x80+0x05）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
write_com（0x80+0x42）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
write_data（0x20）;
}
}
}
if（s2==0）
{
delay（5）;
if（s2==0）
{
while（!
s2）;
ys++;
}
}
if（s3==0）
{
delay（5）;
if（s3==0）
{
while（!
s3）;
ys--;
}
}
}
voidmain（）
{
init（）;
while
（1）
{
keyscanf（）;
if（s1num==1）//正弦波//
{
for（j=0;j<255;j++）
{
P0=tosin[j];
delay1（ys）;
}
}
2输出波形的种类与频率
2.1测量仪器及测试说明
测量仪器：
稳压电源、示波器。
测量说明：
正弦波输出，通过对独立键盘来实现其的波形的输出以及其频率的改变。
2.2测试过程
当程序下进去时经过初始化，液晶屏的上只显示“wave：
”和“f：
“，当开关三按一下是此时输出波形为正弦波。
另外两个开关可以调节频率，正弦波形的频率可调范围：
正弦波：
1—180HZ
根据示波器的波形频率的显示计算出波形的频率计算公式如下：
正弦波：
f=（1000/（9+3*ys））
其中ys为延时的变量。
波形的仿真波形图如下：
图（7）正弦波图形
2.3测试结果
各项指标均达到要求。
测试数据如下：
（1）产生正弦波基本实现
（2）波形的频率都可调
（3）显示部分基本实现
（4）键盘功能实现
3设计心得及体会
通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学三年的学习成果，进一步加深了我对专业知识的了解和认识以及动手的能力。
虽然在这次设计中对于所学知识的运用和衔接还不够熟练，作品完成的还不是很出色。
但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。
这个设计是对我们过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。
4附录
4.1参考文献
（1）刘坤.51单片机C语言应用开发技术大全.北京：
人民邮电出版社，2008
（2）傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：
科学出版社，1985
（3）韩全立，王建明.单片机控制技术及应用.北京：
电子工业出版社，2004
（4）杨素行，模拟电子技术基础简明教程.北京：
高等教育出版社，2007
（5）蒋辉平，单片机原理与应用设计.北京：
北京航空航天大学出版社，2007
4.2总体原理图
图（8）总体原理设计图
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