专业课程设计基于DAC的波形发生器设计.docx
《专业课程设计基于DAC的波形发生器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专业课程设计基于DAC的波形发生器设计.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
专业课程设计基于DAC的波形发生器设计
波形发生器设计
摘要
本设计使用AT89C51单片机做控制，选择8位D/A转换器DAC0832作D/A转换。
硬件方面，首先51熟悉单片机结构和工作原理，连接单片机最小系统。
以后熟悉D/A转换器工作方法，经过分析后选择DAC0832单缓冲开启控制方法，完成电路框图。
深入依据设计要求完成经过独立按键控制D/A输出，作出电路框图和电路原理图。
软件方面：
设计思绪关键表现在两点上。
一是控制，经过程序控制DAC转换和输出，按键消抖，选择对应立即输出波形。
二是产生波形，依据波形特点编写程序以产生对应波形数字信号。
分别经过C语言和汇编语言实现简易波形发生器，输出方波、正弦波、三角波、梯形波和锯齿波，经过独立按键控制分别输出不一样波形。
以KILL和Proteus为设计平台，仿真测试设计结果正确性。
关键字:
51单片机，DAC0832，单缓冲开启控制方法，波形发生器，C语言设计，汇编语言设计
第一章绪论
单片微型计算机简称单片机，是经典嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常见英文字母缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功效芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
单片机由运算器，控制器，存放器，输入输出设备组成，相当于一个微型计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺乏了外围设备等。
概括讲：
一块芯片就成了一台计算机。
它体积小、质量轻、价格廉价、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理和结构最好选择。
它最早是被用在工业控制领域。
51单片机是现在最流行8位单片机。
51单片机是对全部兼容Intel8031指令系统单片机统称。
该系列单片机始祖是Intel8031单片机，以后伴随Flashrom技术发展，8031单片机取得了长足进展，成为应用最广泛8位单片机之一，其代表型号是ATMEL企业AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。
很多企业全部有51系列兼容机型推出，以后很长一段时间内将占有大量市场。
51单片机是基础入门一个单片机，还是应用最广泛一个。
需要注意是52系列单片机通常不含有自编程能力。
第二章DAC0832及其特征
2.1D/A转换器和单片机接口探究
D/A转换器和单片机接口含有软硬相依性。
在连接过程中要考虑到数据线、地址线、控制线连接。
2.1.1数据线连接
D/A转换器和单片机接口要考虑到两个问题：
一个是位数，当高于8位D/A转换器和8位数据总线51单片机接口时，51单片机数据必需分时输出，这时就必需考虑数据分时传送格式和输出电压“毛刺”问题；二是D/A转化器内部结构，当D/A转换器内部结构没有输入锁存器时，必需在单片机和D/A转换器之间增设锁存器或I/O口。
最常见是8位带锁存端D/A转换器和8位单片机接口，这时只需要将单片机数据总线和D/A转换器8位数据输入端一一对应即可。
2.1.2地址线连接
通常D/A转换器只有片选信号，而没有地址线。
这时单片机地址线采取全译码或部分译码，经译码器输出控制片选信号，也能够用某一位I/O线来控制片选信号。
也有少数D/A转换器有少许地址线，用于选中片内独立寄存器或选择输出通道，这时单片机实施地址线和D/A转换器地址线对应连接。
2.1.3控制线连接
D/A转换器关键有片选信号、写信号、及开启转换信号等，通常由单片机相关引脚或译码器提供。
通常来说，写信号多由单片机
信号控制；开启信号常常由片选信号和写信号组合形式（LE1、LE2）形成，当单片机实施一条输出指令时，传送地址使转换器片选信号有效，由
实现开启。
（具体实现原理见1.2节）
2.2DAC0832认识
图1.1DAC0832管脚结构
2.2.1DAC0832结构
DAC0832结构图1.1所表示，关键由控制逻辑电路、输入寄存器、DAC寄存器和D/A转换器组成。
由上图逻辑控制电路可知：
LE1=（
+
）ILE
LE2=
+
由LE1控制输入寄存器读入数据，由LE2控制输入寄存器向DAC寄存器传输数据，同时开始D/A转换。
2.2.2DAC0832引脚
DAC0832引脚图1.1所表示：
DI0~DI7：
8位数据输入线，高电平有效。
ILE：
数据锁存许可控制输入线，高电平有效。
：
片选信号输入线，低电平有效。
：
输入锁存器写选通输入线，负脉冲有效。
输入锁存器信号就是LE1。
LE1负跳变有效。
：
数据传送控制信号输入线，低电平有效。
：
DAC寄存器写选通信号输入线，负脉冲有效。
DAC锁存信号就是LE2，LE2负跳变有效。
：
模拟电流输出线。
：
模拟电流输出线，采取单极性输出时，
通常接地。
：
反馈信号输入线。
反馈电阻
被制作在芯片里，用作外接运放反馈电阻，为D/A转换器提供电压输出。
：
参考电压输入端。
要求外接一精密电压源，电压范围在-10V~+10V之间选定。
经过
符号来改变输出极性。
:
电源接口。
AGND：
模拟地。
DGND：
数字地。
注：
数字信号高频噪声很大，假如模拟信地和数字地混合话，就会把数字噪声传到模拟部分，造成干扰。
假如分开话，高频噪声能够在电源处经过滤波来消除掉。
2.2.3DAC0832开启控制方法
DAC0832有三种开启控制方法：
（1）直通方法：
将
、
、
、
信号全部接地，ILE信号引脚接高电平，只要数据传送到数据线上，两级锁存器同时开始工作，并开启D/A转换，即转换器处于非受控状态。
在这种工作方法下，转换器数据线不能直接和单片机数据线（P0.0~P0.7）相连接。
因为P0口分时复用为低8位地址总线和数据总线，对输出无锁存能力，会使转换器输出不确定。
不过能够将ADC数据线连接到某个I/O口上，实施端口输出指令（MOVPxA）即可开启一次D/A转换。
这种方法极少采取。
（2）单缓冲方法:
两级锁存器接收同一个控制，比如将
和
直接接地，8位ADC锁存器处于非受控状态，只有8位输入锁存器处于受控状态，即此时仅有LE1控制ADC。
这种方法在不要求多个模拟同时输出时采取。
（3）双缓冲方法：
俩个锁存器全部处于受控状态，单片机要对转换器进行两步写操作：
第一次实施指令使LE1有效，称作第一级缓冲，第二次实施指令使LE2有效，称作第二级缓冲。
这种方法优点是数据接收和开启转换能够异步进行，可在D/A转换同时接收下一个转换数据，以提升转换速度，还能够实现多个转换器同时开启转换，同时输出。
第三章硬件设计
3.1开启方法选择
因为本设计要求设计一个波形发生器，要求能产生正弦波、方波、三角波、梯形波、锯齿波，而且由按键控制输出波形。
故各个波形输出并非同时输出，而是由按键控制，单个输出，而且本例只需要一个DAC，假如选择双缓冲方法就会加大无须要难度；直通方法不能有效控制DAC转换，转换时可能会出现数据流失。
故选择单缓冲开启控制方法来驱动DAC0832。
3.2框图设计
依据2.1节判定，选择AT89c51单片机作控制，实现电路框
以下：
图2.1硬件设计框图
3.3电路图设计
依据以上框图，选择+12V基准电压，选择一级集成运放作放大电路，连接A/D转换电路图以下：
图2.2单片机和ADC连接方法
另外加上单片机最小系统，用P1口控制输出波形，电路连接以下：
图2.3电路原理图
第四章程序设计
4.1程序步骤图
4.1.1程序设计思绪
（1）因为要使用到按钮（本例中选择独立按键），必需使用到键盘扫描，首先要进行键盘消抖，然后经过扫描确定是哪个按键被按下，经过I/O口（本例中为P1口）数据判定选择五种波形中哪一个；
（2）依据
（1）中结果，经过编程产生各个波形数字信号；
（3）控制DAC转换数字信号为模拟信号。
程序框图以下：
图3.1程序设计思绪
4.1.2步骤图
在本步骤图中分别以k1、k2、k3、k4、k5代表单片机I/O口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4；设置flag1、flag2、flag3、flag4、flag5为1时分别代表方波、正弦波、三角波、梯形波、锯齿波。
当确定按键按下时，令相对应flagx=1，然后用连续判定程序来选择将要输出波形。
程序实现了只需按一下按钮便可连续输出对应波形。
步骤图以下：
图3.2程序步骤图
4.2用C语言实现
依据程序步骤图用C语言编程，得C语言实现代码为：
#include
#include
#defineDAC0832XBYTE[0x7fff]
sbitk1=P1^0;
sbitk2=P1^1;
sbitk3=P1^2;
sbitk4=P1^3;
sbitk5=P1^4;
intflag1=0;
intflag2=0;
intflag3=0;
intflag4=0;
intflag5=0;
unsignedcharcodezhengxian[256]={此处省略为正弦波数字信号};
voiddelay（）//延时程序
{
inti;
for（i=0;i<1000;i++）;
}
voidpanduan（void）//函数panduan用于扫描按键状态，判定输出波形
{
if（k1==1）{//按键消抖
delay（）;
if（k1==1）//经过赋值flag选择波形
flag1=1;
flag2=0;
flag3=0;
flag4=0;
flag5=0;
}
if（k2==1）{
delay（）;
if（k2==1）
flag1=0;
flag2=1;
flag3=0;
flag4=0;
flag5=0;
}
if（k3==1）{
delay（）;
if（k3==1）
flag1=0;
flag2=0;
flag3=1;
flag4=0;
flag5=0;
}
if（k4==1）{
delay（）;
if（k4==1）
flag1=0;
flag2=0;
flag3=0;
flag4=1;
flag5=0;
}
if（k5==1）{
delay（）;
if（k5==1）
flag1=0;
flag2=0;
flag3=0;
flag4=0;
flag5=1;
}
}
voidboxing（void）//函数boxing用于产生选择好波形
{
if（flag1==1）//产生方波
{
DAC0832=0x00;
delay（）;
DAC0832=0xff;
delay（）;
}
elseif（flag2==1）//产生正弦波
{
inti;
for（i=0;i<256;i++）{
DAC0832=zhengxian[i];
}
}
elseif（flag3==1）//三角波
{
inti;
for（i=0;i<255;i++）
DAC0832=i;
for（i=255;i>0;i--）
DAC0832=i;
}
elseif（flag4==1）//梯形波
{
inti;
for（i=0;i<255;i++）
DAC0832=0;
for（i=0;i<255;i++）
DAC0832=i;
for（i=255;i>0;i--）
DAC0832=0XFF;
for（i=255;i>0;i--）
DAC0832=i;
}
elseif（flag5==1）//锯齿波
{
inti;
for（i=0;i<255;i++）
DAC0832=i;
}
}
voidmain（）{//主函数
P1=0x00;
while
（1）
{
panduan（）;
boxing（）;
}
}
4.3用汇编语言实现
在用C语言实现设计以后，我又尝试使用汇编语言完成任务，因为对汇编语言还不够熟悉，只做到了以开关控制矩形波、三角波、梯形波和锯齿波。
程序为：
START:
MOVDPTR,#7FFFH
MOVA,#00
LOOP:
MOVR0,#00
MOVP1,R0
MOVR0,P1
JBP1.0,K0
JBP1.1,K1
JBP1.2,K2
JBP1.3,K3
K0:
AJMPLOOP1
K1:
AJMPLOOP2
K2:
AJMPLOOP3
K3:
AJMPLOOP4
LOOP1:
MOVA,#00;LOOP1:
方波
MOVX@DPTR,A
MOVR1,#255
MOVR4,#255
DEL1:
DJNZR1,$
DJNZR4,DEL1
MOVA,#255
MOVX@DPTR,A
MOVR1,#255
MOVR4,#255
DEL2:
DJNZR1,$
DJNZR4,DEL2
LJMPLOOP
LOOP2:
;LOOP3：
三角波形
UP:
MOVX@DPTR,A
INCA
CJNEA,#0FFH,UP
DOWN:
MOVX@DPTR,A
DECA
CJNEA,#00H,DOWN
LJMPLOOP
LOOP3:
;LOOP4:
梯形波
UP1:
MOVX@DPTR,A;上升阶段
INCA
CJNEA,#0FFH,UP1
MOVX@DPTR,A;上底
MOVR1,#255
DJNZR1,$
DOWN1:
MOVX@DPTR,A;下降阶段
DECA
CJNEA,#00H,DOWN1
MOVX@DPTR,A；下底
MOVR1,#255
DJNZR1,$
LJMPLOOP
LOOP4:
MOVX@DPTR,A;LOOP5：
锯齿波
INCA
MOVR1,#10
DJNZR1,$
LJMPLOOP
END
第五章Proteus仿真及结果
将程序代码在Kill中编译输出.HEX文件，烧写进单片机中，用Proteus仿真软件仿真，得到输出波形为：
5.1方波：
图5.1输出方波波形
5.2正弦波：
图5.2输出正弦波形
5.3三角波：
图5.3输出三角波形
5.4梯形波：
图5.4输出梯形波形
5.5锯齿波：
图5.5输出锯齿波形
设计心得：
经过这次课程设计，让我对单片机结构和功效愈加熟悉了，同时也加强了我对KILL、Proteus熟悉度，让我在实践中利用所学知识，加强了我对单片机相关知识和数电模电知识掌握。
单片机设计是一个复杂过程，需要经历硬件设计和软件设计，硬件设计首先需要依据设计目标画出框图，依据设计需要选择元件连接成电路图。
软件设计则需要依据电路原理图考虑到三条线：
控制线、地址线、数据线，依据所要实现结果画出程序步骤图，依据步骤图编写程序代码。
在KILL中调试排错。
在硬件和软件设计完成后，还需将二者结合，也就是说将程序产生.HEX文件烧写进单片机，硬件和软件必需衔接合适，不然就不能正常运行，必需改变电路结构或改变程序。
比如在这次设计中，针对DAC0832单缓冲开启控制方法程序就不能直接考入直通方法电路中，反之亦然。
电路有很多个连法，程序也是灵活多变，只有正真了解它们原理，才能利用自如。
我在单片机课程中学习了汇编语言，于是在此次设计尝试使用汇编实现目标，发觉自己对汇编代码还不熟悉，对汇编设计思绪还不明确，经验还不足，还需努力，多用多练。
我深知此次在仿真层面设计和真正焊接制作实物还有很大差距，以后日子里还要愈加上进，认真学习知识，熟练利用知识，让自己更上一层楼！
参考文件：
[1]李建忠《单片机原理及应用第三版》西安电子科技大学出版社
[2]谭浩强《C语言程序设计第四版》清华大学出版社
[3]阎石《数字电子技术基础第五版》高等教育出版社
升级会员 