基于单片机的波形发生器的设计.docx

1、基于单片机的波形发生器的设计 智能仪器仪表设计与调试课程设计报告 学 院:_ 电气与信息工程学院_专业班级: 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位）_ _ _ _设计题目:_ 基于单片机的波形发生器的设计_ 完成日期： 2013 年 7月 12日 指导教师评语: _ _ _ _ 成绩（五级记分制）:_ _ 指导教师（签字）:_ _ 重庆科技学院课程设计任务书设计题目：基于单片机的波形发生器设计学生姓名 课程名称智能仪器仪表设计与调试专业班级 地 点 起止时间 设计内容及要求1.要求设计的波形发生器完成以下功能：1）运用单片机控制产生多种波形，这些波形包括三角波、方波、锯齿波等。2）信号发生器所

2、产生的波形的频率、幅值均为连续可调。2. 扩展功能 1）在上位机将波形实时显示出来。 2）用红外线遥控器实现上述功能。3）其它功能 设计参数1.幅值05V可调2.频率01KHz可调进度要求 1. 布置仪表设计任务、方案设计 （1天） 2. 硬件设计、制作、调试 （1天） 3. 软件设计、调试 （5天） 4. 综合测试 （1天） 5. 成果展示、答辩 （1天） 6. 撰写报告 （1天） 详见进度安排表参考资料1.程德福.智能仪器.机械工业出版社. 2009.92.胡文金. 单片机系统实训教程.重庆：重庆大学出版社，20053.梁森. 自动检测技术及应用.北京：机械工业出版社，2012其它说明.本

3、表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，院系审批后交院系办备案，一份由负责教师留用。.若填写内容较多可另纸附后。3.一题多名学生共用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。系主任： 指导教师：聂玲目录 一、 设计任务和性能指标 11.1 设计任务 11.2 性能指标 1二、设计方案 22.1硬件选择 22.2 系统总体设计 3三、系统硬件设计 43.1 单片机的最小系统 43.2 按键电路设计 43.3 LCD显示的设计 5四、系统软件设计 64.1 主程序设计 64.2 LCD显示子程序设计 74.3 D/A转换子程序设计 7五、调试及性能分析 85.1 调试步骤 85.2 性能分析 8

4、六、心得体会 9参考文献 10附录 1 系统硬件电路图 11附录 2 程序代码 12一、 设计任务和性能指标1.1 设计任务按要求设计波形发生器并完成相关功能：（1）运用单片机控制产生多种波形，这些波形包括三角波、方波、锯齿波等。（2）信号的发生器所产生波形的频率、幅值均为连续可调。扩展功能在上位机将波形实时显示出来，用红外线遥控器实现上述功能，其它功能。1.2 性能指标 （1）幅值05V可调 （2）频率01KHz可调 二、设计方案 采用AT89C51单片机和数模转换器PCF8591实现波形的产生。波形的产生方法是用AT89C51单片机执行波形程序，向PCF8591转换器的输入端输入相应的数据

5、，从而在DA转换电路输出端再通过运放电路转换得到相应的电压波形。在AT89C51的P1口接按键控制波形的各类和波形的频率，每种波形对应一种按键方式。此方案原理简单，同时适合操作，实现起来也相对较容易。产生的三种波形的频率可由按键控制，并通过按键改变来转换不同的波形，也能够在示波器上显示出所要求的波形。波形的频率步进也可以实现调节，具有线路简单、可行性高、符合设计要求等优点。加上LCD数码显示管，从而能够在LCD上显示出频率值、幅度值信息。输出的波形也较稳定，精度较高，通过滤波电路使得系统的抗干扰性增强，电路简单，性价比高。图2.1系统组成结构框图 2.1硬件选择 (1)单片机：STC12C5A

6、I6S2是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051 单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810 专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转 换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 （2）PCF8591：PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双

7、线双向I2C总线以串行的方式进行传输。 2.2 系统总体设计 本系统是用单片机来控制波形的转换以及幅值和频率的改变的，所以该系 统可以分为4个电路模块 ，下面是总体设计框图。 图2.2 系统总体设计框图三、系统硬件设计 3.1 单片机的最小系统 由于单片机最小系统只需要外围有时钟电路和复位电路即可，则单片机最小系统有着两个外围电路即可正常工作，下面是单片机的最小系统原理图。 图3.1 STC12C5AI6S2单片机最小系统 3.2 按键电路设计本实现采用4个按键来进行波形的转换、幅值的改变、频率的改变，P20键用来改变波P21、P22用来改变幅值的大小，P32用来改变频率的大小，下面是按键电路

8、图。图3.2按键电路图 3.3 LCD显示的设计 本硬件采用的是12864-12L的液晶显示屏，显示屏将波形的转化显示在显示屏上，下面是 液晶显示的电路。 图3.3 12864-12L液晶显示电路 四、系统软件设计 4.1 主程序设计 主程序内进行的是波形的切换及幅值、频率的改变，用示波器和LCD显示，将主要的写进即可，其他的就写在外面，下面是主程序流程图。 图4.1 主程序流程图4.2 LCD显示子程序设计液晶显示的程序在本程序中比较的简单，就是为了实时的显示出当前的波形是什么，用按键切换之后液晶显示也跟着变。液晶显示程序需首先初始化，再进行数据的传输，并进行字符的显示，所以写出相应的几个程

9、序即可进行LCD的显示。 图4.2 LCD显示流程图4.3 D/A转换子程序设计本程序采用PCD8591来作D/A转换器，需要将A1、A1、A2接地，单片机上的P1和P11接PCF8591上的SCL和SDA端口，AOUT接示波器，供显示D/A转换要满足I2C协议才能进行数据的传输。 void write_add(uchar date) start(); write_byte(0x90); respons(); write_byte(0x40); respons(); write_byte(date); respons(); stop(); 五、调试及性能分析 5.1 调试步骤硬件调试：检查线路

10、连接有无错误，SDA和SCL接单片机的P10和P11口，VCC接电源，CND接地，AOUT接示波器，在下载数据到单片机之后数据在传输的时候PCF8591上的一个蓝色的灯会不停的闪，说明有数据在传输，否则无数据传输。 软件调试：首先看I2C协议是否正确，否则不能传输数据，再看按键的逻辑关系是否正确，还有就是LCD的显示是否正确。 调节电源，使其输出5V电压，调整好示波器。给电路供电，观察示波器，记录各频段对应波形的情况，峰峰值。调试结果表明，该电路在要求频率范围内的大部分频率范围基本上不失真，除了在最高频率的最低频率有少许失真，其中，当频率接近10KHz时，方波高低电压跃变时出现毛刺，审过零比较

11、器的频率特性所致，另外，在最高频和最低频段，三角波出现少许弯斜，可选用频率特性更为宽的电容进行校正。 5.2 性能分析 经过一段时间运行后，可以对系统的性能进行测试。对于本波形发生器来说，用示波器可以测试其性能指标，按前面所述设计的波形发生器，能产生正弦波、三角波及方波信号，其幅值可以05V内变化，频率也可以调整。六、心得体会 在为期几周的时间里，终于顺利地完成了此次课程设计，并从中学习到了很多的知识和经验，对单片机以及C语言有了更深刻的了解。本次课程设计也发现了许多问题，此次单片机的设计硬件电路较为简单，而程序的设计在当中占据很重要的部分。这次课程设计是用STC12C5AI6S2单片机与PC

12、F8591D/A转换器来实现的波形产生与显示，所以要对这两个模块非常的熟悉。对于PCF8591需要深入的认识I2C协议的内容才能正确的传输数据。而对于单片机而需要对各个接口非常熟悉，才能保证数据的正常传输。此外还要熟练的使用示波器，对产生的波形进行调整，来得到更好的效果。它考验我们灵活的运用所学知识，培养了我们在遇到问题善于触屏的良好学习态度，使我认识到设计思路更节省了时间。灵活运用，以书本知识为基础灵活的扩展，学习前人的验，向高层次迈进。当然还是存在不足的地方，例如当频率过小的时候矩形波会有些失真，转换器转换可以加一个锁存器，放大电路设计上还有待进一步改进，使其具有更强的输出能力等。参考文献

13、1.胡文金. 单片机系统实训教程. 重庆：重庆大学出版社，20052.梁森. 自动检测技术及应用.北京：机械工业出版社，20123.程德福. 智能仪器. 机械工业出版社.2009.9 附录 1 系统硬件电路图 附录 2 程序代码#include#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned long Result,i;sbit SDA=P11; /PCF8591 接口sbit SCL=P10;unsigned int a=0; /波形采样点值unsigned int b=0;unsigne

14、d int c=0;unsigned int bx_chang=0;unsigned int n=40; /频率计算值unsigned char TH;unsigned char TL;unsigned int mode=0; /0为调节幅度 1为调节频率 unsigned int fd=6; /幅度初值 3.0Vunsigned int x; /采样点的间隔unsigned int u; /lcd刷屏变量/*sbit CS =P35; /LCD接口sbit SID=P36; sbit SCLK=P37;sbit PSB=P15;/*sbit p20=P20; /波形调节sbit p21=P2

15、1; /增加 频率、幅度sbit p22=P22; /减少 频率、幅度sbit p32=P32; /频率幅度选择 /sin波形数组uchar code tosin256= 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,0x

16、EE,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,0xE9,0xE7,0xE5,0xE3,0xE1,0xDF,0xDD,0xDA, 0xD8,0xD6,0xD4,0xD1,0xCF,0xC

17、C,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

18、,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,0

19、x1E,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 ; /*void delay(unsigned int z) /延迟函数 unsigned int x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=125;y0;y-) ; /*LCD显示函数组void SendByte(unsign

20、ed char Dbyte) /LCD字节传送 unsigned char i; CS=1; for(i=0;i8;i+) SCLK = 0; if(Dbytei)&0x80) SID=1; else SID=0; SCLK = 1; SCLK = 0; CS=0;void Lcd_WriteCmd(unsigned char Cbyte ) /LCD的数据与指令传送 delay(10); SendByte(0xf8); SendByte(0xf0&Cbyte); SendByte(0xf0&(Cbyte4); void Lcd_WriteData(unsigned char Dbyte )

21、delay(10); SendByte(0xfa); SendByte(0xf0&Dbyte); SendByte(0xf0&(Dbyte0) Lcd_WriteData(*stri); stri+; /*void delayp() /延迟函数;void delay_1ms(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-) ; /*I2C协议 void start()/开始信号 SDA=1; delayp(); SCL=1; delayp(); SDA=0; delayp(); void stop() /停止信号 SDA=0; delayp()

22、; SCL=1; delayp(); SDA=1; delayp(); void respons()/应答 相当于一个智能的延时函数 uchar i; SCL=1; delayp(); while(SDA=1)&(i250) i+; SCL=0; delayp(); void init() /初始化 SDA=1; delayp(); SCL=1; delayp(); void write_byte(uchar date) /写一字节数据 uchar i,temp; temp=date; for(i=0;i8;i+) temp=temp1; /左移一位 移出的一位在CY中 SCL=0; /只有在

23、scl=0时sda能变化值 delayp(); SDA=CY; delayp(); SCL=1; delayp(); SCL=0; delayp(); SDA=1; delayp(); void write_add(uchar date) /D/A转换 start(); write_byte(0x90); respons(); write_byte(0x40); respons(); write_byte(date); respons(); stop(); /* int main()/*主函数 TMOD = 0x01; TH0 = (65536-99000/n)/256; /定时时间 TL0 = (65536-99000/n)%256; TH1 = (65536-5000)/256; TL1 = (65536-5000)%256; EA = 1; ET0 = 1; ET1 = 1; TR0 = 1; TR1 = 1; init(); while(1) PSB=0; InitLCD(); /*显示模块 for(u=0;u=0&n40) x=14; T