生产实习报告2.docx
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生产实习报告2
基于单片机的信号发生器设计
1方案设计
实习目的
掌握PWM和低通滤波器工作原理，实现一个函数信号发生器。
功能要求
结合键盘和数码管，设计信号发生器。
键盘的功能键用来切换波形类型，包括方波、锯齿波、三角波和正弦波。
数字键用来设置对应波形的频率，要求波形重复频率大于500Hz。
数码管显示当前输出波形的频率。
系统方案
以单片机为核心，结合键盘和数码管，利用I/O口产生PWM波，通过二阶有源低通滤波器输出波形信号。
二阶有源低通滤波采用OP07，为一款低噪声高精度运算放大器。
数码管显示信号频率
数字键：
调整信号频率
选择键A：
方波、锯齿波、三角波、正弦波
功能键B：
修改信号频率
2系统的硬件设计
2.1主控制器
本设计采用89S52及其外围扩展系统，软件方面主要是应用C语言设计程序。
系统以89S52单片机为核心，配置相应的外设及接口电路，用C语言开发，组成一个多功能信号发生系统。
该系统的软件可运行于WindowsXP环境下，硬件电路设计具有典型性。
同时，本系统中任何一部分电路模块均可移植于实用开发系统的设计中，电路设计具有实用性。
2.2复位电路设计
单片机的复位是靠外电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。
为了保证应用系统可靠地复位，通常是RST引脚保持10ms以上的高电平。
复位电路连接如图3-2所示。
此电路仅用一个电容及一个电阻。
系统上电时，在RC电路充电过程中，由于电容两端电压不能跳变，故使RESET端电平呈高电位，系统复位。
经过一段时间，电容充电，使RESET端呈低电位，复位结束[2]。
图3-2复位电路
2.3时钟电路设计
8XX51系列单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：
内部振荡方式和外部振荡方式。
在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振），就构成了内部振荡方式。
由于单片机内部有一个高增益反向放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器，并产生振荡时钟脉冲。
晶振通常选用6MHZ、12MHZ或24MHZ。
内部振荡方式如图3-3所示。
图中电容C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用。
电容值一般为5～30pF。
内部振荡方式所得时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多。
外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。
这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持一致。
外部振荡方式电路如图3-4所示。
对HMOS的单片机（8031，8031AH等），外部时钟信号由XTAL2引入；对于CHMOS的单片机（8XCXX），外部时钟信号由XTAL1引入。
图3-3内部振荡
图3-4外部振荡
2.4信号产生电路
DAC0808简介：
DAC0808是八位电流输出型D/A转换器件，由4脚输出转换电流，其简化电路图及引脚结构如图3-7所示。
VREF为参考电源，VEE负电压供电；D0是高数据位（MSB），D7才是地数据位（LSB）。
DAC0808的电源极性：
VCC=+5V，VEE=-15V，VREF=+15V。
D0～D7是数据输入端，I0是电流输出端，COMP是接电容进行补偿。
在单片机应用系统中通常需要的是电压信号，电流信号与电压信号之间的转换可由运算放大器实现。
DAC0808不带锁存器，所以在使用时必须加一个74LS373进行数据锁存。
图3-7DAC0808简化电路框图和管脚排列
工作原理：
本系统由VREF提供参考电压，相应参考电流为I=VREF/R1。
电容C4提供补偿，OUT输出电流，经过LM324运算放大器转换成电压。
所以输出电压：
=5K
（3—5）
根据DAC0808的特性设计出本系统的D/A转换电路如图3-8所示。
图3-8系统D/A实现
2.3显示电路
本机显示采用软件译码动态显示，系统显示电路如图3-1所示。
采用软件译码动态显示的理由如下：
1）如果用静态显示，单片机的接口资源肯定不够用，那么还要进行接口的扩展，增加了系统的复杂度；2）如果要制成印刷线路板，得占相当大一块面积；3）另外，采用动态显示，可以明显的降低功耗，因为每一时刻只有一个LED发光，其功耗为静态显示的1／8。
一个LED最大电流为120mA，如用静态显示，8个LED就耗电流960mA综上分析，采用动态显示才是最经济的方案。
在显示的时候，只要把显示的字码输送到P2口，再经过74LS373进行数据锁存，P3口作为位选控制信号。
由于采用的是共阴极数码管，当需要显示哪一位的时候，只要在相应的位选控制信号输出低电平就行。
例如，要在第一个数码管显示P，那么在P2口就要输出73H字段码，同时P3口输出FEH位选码。
2.4键盘电路
工作原理如下：
1．检测键盘上是否有键按下：
将行线送入低电平，列线送入高电平。
读入P1口的状态来判别。
其具体过程如下：
P1口输出0FH，即所有行线置成高电平，所有列线置成低电平，然后将P1口状态读入与0FH比较。
如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入状态不全为1。
2．识别键盘中哪一个键按下：
确认有键按下后，保存行扫描时有键按下时的状态X。
P1口输出F0H，进行列扫描，保存列扫描状态Y，取出键值Z=X|Y.例如第一行第一列有键按下，那么行扫描读入的状态为00001110，列扫描读入的状态为11100000，最后键值Z=11101110=EEH，然后转去执行相应的服务程序。
3系统的软件设计
3.1主程序（见附录2）
3.2信号产生
3.2.1方波产生
方波发生程序运用延时的方法实现，只用一个主程序即可，因为产生一个方波只需要高低两个数，所以程序比较简单。
要给一个频率，再计算所需的延时即可。
实现方波的程序如下：
elseif（wave_choice==3）//方波
{
k=zk*256/100;
d++;
if（d<=k）
{
P0=0x00;
}
else
P0=0xff;
}
3.2.2锯齿波产生
锯齿波中的斜线用一个个小台阶来逼近，在一个周期内从最小值开始逐步递增，当达到最大值后又回到最小值，如此循环，当台阶间隔很小时，波形基本上近似于直线。
适当选择循环的时间，可以得到不同周期的锯齿波。
锯齿波发生原理与方波类似，只是高低两个延时的常数不同，所以用延时法，来产生锯齿波。
elseif（wave_choice==4）//锯齿波
{
if（e<=255）
{
P0=255-e;
}
else
{
P0=0;
}
e++;
}
3.2.3三角波产生
可直接通过如下程序段实现。
elseif（wave_choice==2）//三角波
{
if（c<=128）
{
P0=c;
}
else
{
P0=255-c;
}
c++;
}
3.2.4正弦波产生
#include
main（）
{
intn，i=0，j，k；
floaty=0，a=3.1415926，b=0，c=2.5000，d=0；
for（n=0；n<=64；n++）
{
y=2.5*sin（a*n/128）+2.5；
b=y；//b，y为当前幅度值
d=b-c；//d为递增率
j=d/0.0196；//j为数字递增率,0.0196为δ
k=128+j；//k为数字量
printf（“%d，%f，%f，%d，%d\n”，i，y，d，j，k）；
i++；
}
}
3.3键盘扫描
键盘扫描流程图如下：
键盘扫描源程序如下：
voidjudge（void）
{
unsignedcharX,Y,Z;
P1=0xff;
P1=0x0f;//先对P1置数行扫描
if（P1!
=0x0f）//判断是否有键按下
{
delay10ms（）;//延时,软件去干扰
if（P1!
=0x0f）//确认按键按下X=P1;
{
X=P1;//保存行扫描时有键按下时状态
P1=0xf0;//列扫描
Y=P1;//保存列扫描时有键按下时状态
Z=X|Y;//取出键值
switch（Z）//判断键值（那一个键按下）
{
case0x7d:
key1（）;break;
case0xee:
key2（）;break;//对键值赋值
case0xde:
key3（）;break;
case0xbe:
key4（）;break;
case0x7e:
key5（）;break;
case0xed:
key6（）;break;
case0xdd:
key7（）;break;
case0xbd:
key8（）;break;
}
}
}
}
3.5键盘处理
/*１键选择发波类型,1为正弦波,2为三角波,3为方波*/
voidkey1（void）
{
if（wave_choice<4）
{
wave_choice=wave_choice+1;
}
else
{
wave_choice=1;
}
}
4系统的测试
在调试过程中，会有各种各样的问题，出现问题是，可以从两方面入手，一个是硬件方面，看原件是否焊接正确，是否存在虚焊；另一个方面就是从软件入手，看程序中是否从在错误。
5总结
单片机控制多功能信号发生器可以用于“单片机技术”的教学实践，也可以用于实验信号的产生。
其比较典型的接口电路设计也为实际应用提供参考。
该仪器的研制既解决了实验教学的需求，也节约了实验设备投资，降低了实验成本。
经过进一步完善后，可由学生利用课程设计的机会，亲自动手制作，这样还可以进一步降低成本，同时极大地提高了学生的动手能力，是一件一举多得的好事。
随着科学技术的不断发展，以及实验教学要求的不断更新，要求我们开发的应用系统具有良好的可扩充性和更新能力，作为一名技术人员，应时刻跟踪科技发展的步伐，不断丰富专业知识，不断完善我们开发的系统。
参考文献
[1]周润景等编著.Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例：
电子工业出版社，2006
[2]杨宁编著.单片机与控制技术.北京：
北京航空航天大学出版社，2005
[3]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2005
附录1原理图
1、系统总体结构框图设计：
2、初始化流程图：
3、信号发生器电路图：
附录2源程序清单
#include
#defineucharunsignedchar
ucharcodenumber_tab[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,
0x07,0x7f,0x6f};//0---9数字共阴极
ucharcodeinit_tab[8]={0X73,0x73,0x73,0x76,0x79,0x38,0x38,
0x3f};//PPP.HELLO共阴极
ucharcodeto_sin[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};//正弦波数据
ucharb=0,c=0,d=0,e=0,i,k,tl,th;
intww=0,qw=0,bw=9,sw=8,gw=3,zkgw=0,zksw=5;//ww为万位数字,qw为千位数字,bw为百位数字,
//sw为十位数字,gw为个位数字,zkgw为占空比个位数字,zksw为占空比十位数字
intt,f,m,wave_choice=1,zk=50;//t为时间变量，f为频率变量，choice为波形类型选择变量，zk为占空比变量，默认占空比为50%
voiddelay10ms（）//延时10ms程序
{
unsignedchari,j;
for（i=10;i>0;i--）
for（j=120;j>0;j--）;
}
voidchushihua（void）//初始化显示PPP.HELLO
{
P3=0xfe;
P2=init_tab[0];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xfd;
P2=init_tab[1];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xfb;
P2=init_tab[2];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xfb;//小数点显示
P2=0x80;
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xf7;
P2=init_tab[3];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xef;
P2=init_tab[4];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xdf;
P2=init_tab[5];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xbf;
P2=init_tab[6];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0x7f;
P2=init_tab[7];
for（i=0;i<=60;i++）;
}
/*１键选择发波类型,1为正弦波,2为三角波,3为方波*/
voidkey1（void）
{
if（wave_choice<4）
{
wave_choice=wave_choice+1;
}
else
{
wave_choice=1;
}
}
/*频率个位调整*/
voidkey2（void）
{
if（gw<9）
{
gw=gw+1;
}
else
gw=0;
}
/*频率十位调整*/
voidkey3（void）
{
if（sw<9）
{
sw=sw+1;
}
else
sw=0;
}
/*频率百位调整*/
voidkey4（void）
{
if（bw<9）
{
bw=bw+1;
}
else
bw=0;
}
/*频率千位调整*/
voidkey5（void）
{
if（qw<9）
{
qw=qw+1;
}
else
qw=0;
}
/*频率万位调整*/
voidkey6（void）
{
if（ww<5）
{
ww=ww+1;
}
else
ww=0;
}
/*方波占空比加大*/
voidkey7（void）
{
if（zk<100）
{
zk=zk+1;
}
else
zk=0;
}
/*方波占空比减小*/
voidkey8（void）
{
if（zk>=1）
{
zk=zk-1;
}
else
zk=0;
}
/*计算显示数字*/
voidjisuan（void）
{
TR0=0;//关闭定时器
f=100000*ww+1000*qw+100*bw+10*sw+gw;
t=1000000/f;
th=-t/256;
tl=-t%256;
ww=f/10000;
f=f%10000;
qw=f/1000;
f=f%1000;
bw=f/100;
f=f%100;
sw=f/10;
gw=f%10;
zkgw=zk%10;
zksw=zk/10;
TR0=1;
}
/*显示*/
voiddisplay（void）
{
P3=0xfb;
P2=number_tab[wave_choice];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xfb;
P2=0x80;//小数点显示
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xf7;
P2=number_tab[ww];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xef;
P2=number_tab[qw];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xdf;
P2=number_tab[bw];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xbf;
P2=number_tab[sw];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0x7f;
P2=number_tab[gw];
for（i=0;i<=60;i++）;
if（wave_choice==3）
{
P3=0xfd;
P2=number_tab[zkgw];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xfe;
P2=number_tab[zksw];
for（i=0;i<=60;i++）;
P3=0xfd;
P2=0x80;//小数点显示
for（i=0;i<=60;i++）;
}
}
/*键盘扫描*/
voidjudge（void）
{
unsignedcharX,Y,Z;
P1=0xff;
P1=0x0f;//先对P1置数行扫描
if（P1!
=0x0f）//判断是否有键按下
{
delay10ms（）;//延时,软件去干扰
if（P1!
=0x0f）//确认按键按下X=P1;
{
X=P1;//保存行扫描时有键按下时状态
P1=0xf0;//列扫描
Y=P1;//保存列扫描时有键按下时状态
Z=X|Y;//取出键值
switch（Z）//判断键值（那一个键按下）
{
case0x7d:
key1（）;break;
case0xee:
key2（）;break;//对键值赋值
case0xde:
key3（）;break;
case0xbe:
key4（）;break;
case0x7e:
key5（）;break;
case0xed:
key6（）;break;
case0xdd:
key7（）;break;
case0xbd:
key8（）;break;
}
}
}
}
voidmain（void）//主函数
{
intn;
for（n=0;n<500;n++）
{
chushihua（）;
}
TMOD=0X01;
TR0=1;
th=-t/256;
tl=-t%156;
TH0=th;
TL0=tl;
ET0=1;
EA=1;
while
（1）
{
jisuan（）;
for（i=0;i<=50;i++）;
display（）;
judge（）;//键盘扫描
}
}
voidtime0_int（void）interrupt1//
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