单片机波形发生器.docx
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单片机波形发生器
单片机课程设计报告书
课题名称
波形发生器设计
姓 名
段永乐
学 号
20106475
院、系、部
电气工程系
专 业
电子信息工程
指导教师
高迎霞、孙秀婷
2０１3年7月8日
波形发生器设计
20１0647５段永乐
一、设计目的ﻫ 本次设计是以单片机为基础,设计输出多种波形的波形发生器。
联系使用各个接口芯片（如SＴC8９C52、DAC0８32等）的功能特性及接口方法,并能运用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。
二、设计要求
１、设计一个能产生方波、三角波、梯形波、锯齿波、正弦波的波形发生器。
2、产生指定波形可以通过ＤAＣ来实现，不同波形产生实质上是对输出的二进制数字量进行相应改变来实现的。
方波信号可以利用定时器中断产生的,每次中断时,将输出的信号按位反即可;三角波信号是将输出的二进制数字信号依次加1,达到０ｘｆf时依次减1,并实时将数字信号经D/A转换得到；锯齿波信号是将输出的二进制数字信号依次加1,达到0xff时置为０x0０，并实时将数字信号经D/Ａ转换得到的；梯形波是将输出的二进制数字信号依次加１，达到0xff时保持一段时间,然后依次减1直至０x00，并实时将数字信号经D/A转换得到的;正弦波可以预先写出正弦波表，通过读出表中的值然后经D/A转换后输出。
3、用按键来控制输出的波形,如课设计5个按键Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2、S3、S4,按一次S1键不断输出三角波等。
4、用一位数码管显示波形代码:
如输出方波，显示代码“１”。
三、硬件电路设计
3.1系统结构框图
波形发生器系统主要由主单片机芯片、按键数码管显示以及D/A转换几部分组成。
系统结构框图如图3-1所示。
波形选择按键模块：
通过外部中断０计数来选择波形的种类。
频率选择按键模块:
通过外部中断1计数来选择波形的延时时间来实现。
数码管显示模块:
采用共阴极数码管,段码高电平有效，位码低电平有效。
Ｄ/A转换模块:
将查表的到的数字信号转换为模拟信号输出，再将模拟信号通过运算放大器,转换为电压输出。
波形输出模块：
将D／A转换完后的结果接上示波器观察波形，还可以通过改变频率来观测不同频率的波形。
单片机模块：
存放本实验用到的各种波形子程序、外部中断子程序、主程序、
段码表、波形转换数表。
图３-１系统结构框图
3.2STＣ８9Ｃ52单片机介绍
图3－２ＳTC89Ｃ52引脚图
其工作频率范围：
0~40ＭＨz，相当于普通8051的0~８0MＨｚ，实际工作频率可达4８ＭＨz。
用户应用程序空间4KＲOＭ。
片上集成51２字节RAＭ。
它利用IＳP技术写入程序,开发方便。
内部RSM用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；RＯM用以存放程序、一些原始数据和表格；I/O口为四个8位并行I／O口，既可以做输入，也可以做输出。
总共40个引脚，电源用2个（VCC和GND）,晶振用２个,复位1个,EA／Vpp用１个,29引脚PSEN和３0引脚AＬE位外扩数据/程序存储器时才有特定用处,还有四个Ｐ端口,每个端口各有８个引脚。
其引脚如图3-２所示。
3.3数码管显示电路
数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示数字，因此根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。
在本次设计中使用的是动态显示驱动,采用共阴极数码管，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/Ｏ线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,哪个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通COM端电路的控制，由于此次设计只选择一个数码管点亮,给定位码一个固定值,将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮，再选通段码使其显示代表波形的数字。
数码管显示电路图如图3-3所示。
图3－3数码管显示电路
3.4 D/A转换及I/Ｖ转换电路
Ｄ／Ａ转换器将数字信息转换成与数值成正比的电压/电流。
本设计采用Ｔ型解码网络Ｄ/A转换。
选用DAC0８３2作为单元器件。
使用DＡC0８３2的单缓冲方式。
DAC0832是电流输出型的转换器,要通过示波器来显示波形,必须接入运算放大电路。
D／Ａ转换及I/V转换电路如图3－4所示。
3-４D/A转换及I／V转换电路
3.5系统电路原理图
元件选择:
5V电源,主单片机芯片STC89Ｃ５2,DＡＣ0832一片，锁存器７4HC7５3两个，八位数码管六个，按键两个,运算放大器三个，反相器及电阻若干。
系统电路原理图如图3-６所示。
3-５系统电路原理图
四、程序流程图设计
4．1主程序流程图
主程序流程图如图４-1所示。
图4－１主程序流程图
通过独立按键产生下降沿，使外部中断IＮT0，ＩNT1有效。
IＮT０控制波形的种类,IＮＴ1控制频率的选择。
波形种类的显示通过LED灯显示，因为只使用一位二极管，则只需将位码赋固定值，通过查表显示段码值。
本实验开始就使ＬＥＤ灯显示０,调用波形子程序,通过示波器显示方波的波形。
通过对波形种类按键的计数,即中断子程序中ｓｉｚe计数，来实现在主程序中对波形种类的选择，从而调用相应的波形产生程序,通过示波器显示波形,波形的频率可以通过频率改变按键改变,来实现不同频率波形的产生。
４.2波形产生及频率变化流程图
波形产生及频率变化流程图如图４-２所示。
ﻫ图4-2波形产生及频率变化流程图
本框图实现了显示不同频率波形和波形种类的数码管显示。
数码管和不同波形的显示,通过外部中断0计数来实现，数码管的显示,将位码赋一固定值,段码通过调用段码表的值来实现。
波形的显示，通过查表，将表的内容赋给８0３2转换器的地址，进行数模转换得到模拟值，再进行延时、循环,从而的到几个周期的波形。
波形的频率,通过外部中断1计数来实现，通过改变波形的显示时间，从而达到了改变频率的目的。
五、程序设计
#ｉnclｕｄｅ"reg52.ｈ"
#ｄefｉｎｅ uｃhａruｎsigned cｈａr
#ｄｅfｉne uinｔ uｎsｉgｎed int
#ｄefｉneLEDLｅn6
xdａtａunsiｇned cｈarOUTBIT _at＿０x8002; //位控制口
xdａtａunsiｇｎedchａｒ ＯＵTSEG＿aｔ_ 0x8０0４； ／／段控制口
xｄatauｎsiｇnedcｈaｒ CS083２_aｔ_0xa000；
ucｈａｒ code dｏｆly[]={0x3f,0x06，０x５b，0ｘ4f,０x66,０x6ｄ,0x7ｄ,0x0７,0x7ｆ,0x６f｝;／/显示段码值０１234５67
uchar ｓize=0;////波形选择
ｕcｈarff1=0;/／／/频率
uｉnt ｆf=１;
uｉｎtcoｄesintaｂ[６4]=｛0x8０,０x8c,0x98,0xa5,0xb0,０xｂｃ,0ｘｃ7,0xd1,０xda，０xe2，0xｅa，0xf0,0xf6,０xｆａ，0xfd,０xfｆ,０ｘff,０ｘff，0xfd,０xｆa,０xｆ6,0xf0，0xea，0xe3,0ｘda,0xd1,0xc7,０ｘbc，０xb１，0ｘａ5,0x9９,0ｘ8ｃ,0x８0,０x７3,0x67，0x5b,0x４f,0ｘ43，0x39,0x2ｅ，0x２５,0x１d,0ｘ1５,0ｘf,0x9,0x5,０x２,0x0,0ｘ0，０x０,0ｘ2，0x5,０x9，0xe,０ｘ15,0x1c，0x25,0x2e,０ｘ38,０x４3，０ｘ4e,０x5a,0x6６,0x７３｝;
uiｎt ｃode trｉ[6４]={０x80,0x88，0x90,0x９8,0xA0，0xA8,0xB０,0xB８,0xC0,0xＣ8,０xD0，0xD８,0xＥ0,0xE8，０xF0,０xF8,０xFＦ，０xF8,0xＦ０,0ｘE8,０ｘE0,０xD8,０ｘD０,0xC８，0ｘC0,0xB８,０xB0,0xA8,0ｘＡ０,0x98,0x9０，0x8８，0ｘ80,0x7８,0x7０,0x68,0x60,０x58，0x５0,0x48，０x40,0x3８,0x３0,0x2８,0x20,0x18，0x10,０x08,0x００，0x08，０ｘ10,0x１8,0x20,０ｘ28,0x３０,0ｘ38，0x40,0x４8，0x5０,0x５8，0ｘ60,０x68,0ｘ70，0x78};
ｕint coｄeｆanｇ[64]＝{0xFF,0xFＦ,0xＦF,０ｘFF,0xFF,0xFF,０xFF,0ｘFF,0xFF,０xＦF,０xFF,0xFＦ，0xFF,0xFF，０ｘFF，0ｘFＦ,0ｘ00,０x00,０x00,0x00,０x０0,0x０0,0ｘ00,0x００,0x00,0ｘ00，０x00,０x０0,0x00,0x00，0x０0,0x00,0ｘＦF,0xFＦ,０ｘFF,0ｘFF,０xFF，0xFＦ,0xFF,0ｘFＦ,0xFF，０ｘFF，0xFＦ，０xＦF,0xFＦ,０ｘFＦ，0xＦF,0ｘFF，0x00,０ｘ00,0x0０,０ｘ00,０ｘ00,0x０0,0x0０,0x００，0ｘ0０,0ｘ0０,0ｘ00,0ｘ00，0ｘ０0,0ｘ０0,0x00,0x0０};
uｉnｔｃode saｗ[64]={0ｘ0４,０x０８,0x0B,0x1０，0x1４,0x１８，0x1B,0ｘ20,0x２4,0x28,0x2B，0x３0,0x34，0x38，0x3B,0ｘ40,
0x44,0ｘ4８，０ｘ４Ｂ，0x50,0x5４，0ｘ58,0ｘ５Ｂ,０x6０，0x64，0x６8,0x6Ｂ,0x70，0x74,0x78,０x７B,0ｘ80，0ｘ84，0ｘ88,0ｘ8B,０x9０，0ｘ94，０ｘ９8,0x9B,0xA０,0ｘA4,０ｘA8,0ｘAB，0ｘＢ０，０xB4,0xB８，0xBB,0xC0，0xC4,０xC8,０xCＢ,0ｘD0,0xＤ4，0xＤ8,0xDB，０xE0,0xＥ4,０xＥ8，0xEＢ,0xＦ0，0xＦ4，0ｘＦ8,0xＦＢ,0xFF};
ｕiｎｔcoｄeti[64]={0ｘ８0，0x8８,0x90,0x98,0xA0,０xA8，０xB0,０xＢ８，0xＢＤ，0xＢD,０xＢD,０xBD,0xＢD,0xBD,0ｘBD，0ｘBD，0xＢD，0ｘBD,０ｘＢＤ,0xBD，０xBD,0xBD,０ｘBD,0ｘBD,0xＢD,0ｘB8,0xB0,0ｘA8,０ｘＡ0，0ｘ9８，0x90,0ｘ8８,0x８0，０x７8,0x70，0x68,０x６0,0ｘ58,0x5０,0ｘ48,0ｘ４０,0x38,0ｘ３0,０ｘ28,0x20，0x18，０x10,０ｘ08,０ｘ００,0ｘ08,0ｘ10，０x18,0x20,0ｘ28,0x30,０x３8，0x40,0x48,0x5０,0x5８,0x60,0ｘ６8,0ｘ70,0x７８｝;
///／////／延时函数/／//／//／//
voｉd ｄelay（uｃhart）
{
uｉｎtｉ;
foｒ（ｉ＝t;i>0;i--）;
}
////////正弦波／///////／／／/
vｏidｓin（）
{
uchara；
foｒ（a=０;a＜６4;a++）
{
CＳ0８32=ｓintab[a];
delａy（ff）;
｝
｝
//////////三角波////／///////／
voiｄsanｊｉaｏ（）
{
ｕchara;
for（a=0；ａ＜６４；a＋＋）
{
CS０83２=tｒi［a];
ｄelay（ｆf）;
}
｝
/／///／/方波／/／//／/／/////
voidfanｇbo（）
{
ｕcｈａｒa;
fｏr（a＝0；a<６4;a++）
{
CS0832＝faｎg[ａ］;
delaｙ（ff）;
｝
}
////／／／///／锯齿波////／/////
vｏiｄjuchｉbo（）
{
uｃhara;
for（a=０;ａ<64;a++）
｛
ＣS０83２=saw[a];
dｅｌay（ff）;
}
}
/／/／/／/梯形波/／／/／////／///
voidtixiｎg（）
{
uchａr a；
ｆor（a=0;ａ<6４;ａ+＋）
{
ＣS0832＝ｔi[a];
dｅlａy（ff）；
}
}
//外部中断０子函数
ｖoｉdint0（） interｒuｐｔ 0
{
sｉｚe＋+;//中断一次加1
if（siｚｅ＞＝5）ｓｉze＝0;
}
//外部中断１子函数
iｎt1（）iｎtｅrrupt2
{
ff1++;//中断一次加1
if（ff1>2）ff1=0；
}
vｏiｄinint（）
｛
IＴ0=１; //下降沿触发
EX0=1; //开中断0
IＴ1=1； //下降沿触发
EX1=1; //开中断1
ＥA=１; ／/开总中断
}
ｖoidmain（voｉd）
｛
inｉｎｔ（）；
wｈile
（1）
{
sｗitch（size）
{casｅ0:
OUTBIT＝０x20;OUTＳＥG= dｏfｌy[0];ｆangbo（）;breaｋ; //方波
ｃａse 1:
OUTＢIT=0x20;OUTＳＥＧ＝dｏｆlｙ[１];ｓaｎjiao（）;ｂｒeak；/／三角波
case2：
OUTBIT＝0x2０;ＯUＴSEＧ=doｆｌｙ［2];ｓｉn（）;break;/／正弦波
casｅ3:
OUTBＩＴ=0x2０;ＯＵTSＥG＝ ｄoｆｌy[3］;jucｈｉｂo（）;bｒeaｋ; /／锯齿波
casｅ ４:
OUTＢIT＝0x２0;OUTSEG=doflｙ［4];tixｉｎg（）；break; /／梯形波
dｅｆault：
ＯUTＢIT=0x20;ＯUTSEG= dofly[0];fangｂo（）;
}
ｓwｉtch（fｆ1）
{ ｃase0:
ff=1;brｅａk；
case 1:
ｆｆ=3;brｅak；
caｓe2：
ff=5；ｂｒeak；
casｅ3:
fｆ=5;ｂｒeaｋ;
case４:
ff=3;breａk;
defａult:
ff＝１；
}
}
}
6、设计总结
通过程序执行,得到仿真结果如图6-1、6－2、6－３、6－4、6－5所示。
不按键时，数码管显示0，产生方波。
数码管显示与波形如图6-1所示。
图6-１方波
当按键次数为1时，数码管显示1，产生三角波。
数码管显示与波形如图6－2所示。
图6－２三角波
当按键次数为２时，数码管显示２,产生正弦波。
数码管显示与波形如图6－３所示。
图6-3 正弦波
当按键次数为3时,数码管显示3，产生锯齿波。
数码管显示与波形如图６－4所示。
图6－4 锯齿波
当按键次数为4时，数码管显示4,产生梯形波。
数码管显示与波形如图6-5所示。
图6-5 梯形波
通过本次试验设计,实现了波形发生器的基本功能，波形的显示调用通过事先设定好的数表,将数表中的值通过循环程序逐一通过ＤAＣ0832转换器,转换为电流值输出，再经过运算放大器转换为电压,接入示波器显示波形。
波形的频率通过改变调用数表中的一个值之后的延时时间来实现。
数码管显示的段码通过查表得到,位码设为一固定值来实现。
以前的实验设计多采用汇编语言来实现，但本次设计要求采用C语言来实现波形发生器,因此遇到了不少问题,但是通过老师和同学的帮助和自己的努力,这些问题都解决了,顺利的完成了本次课程的设计，在此谢谢老师和同学们的帮助。
七、参考文献
[1] 高峰．单片微型计算机原理与接口技术.科学出版社,２00７.
[2]潘永雄,沙河,刘向阳．电子线路ＣAD实用教程[M］．西安:
西安电子科技大学社，2001.１3－118．
[3]朱定华,戴汝平等,单片微机原理与应用[M].北京交通大学出版社,清华大学出版社．
[4]彭介华.电子技术课程设计指导[J].北京:
高等教育出版社,１997．
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