基于单片机的波形发生器的设计文档格式.docx

1、 指导教师（签名）：注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。目录摘要1 课程设计的意义12 设计方案简介12.1波形发生器原理22.2总体设计方案 2 3硬件设计简介 2 3.1硬件电路 2 3.2复位电路 2 3.3晶振电路 4 4软件设计简介 44.1主程序流程 44.2三角波流程 54.3方波流程 64.4正弦波流程7 4.5程序清单85 仿真调试 155.1Proteus简介 155.2仿真结果 156 课程设计体会 17参考文献 20摘要本系统是基于AT89C51

2、单片机的波形发生器。采用AT89C51单片机作为控制核心，外围电路包括数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按钮和显示器等。通过子程序设计产生方波、三角波、正弦波、锯齿波四种波形，通过扫描程序得到按钮信息从而选择输出波形，通过开关可以调节频率，调节滑动变阻器可以改变幅度，最终波形显示在显示器上。其设计简单、性能良好，可用于多种需要低频波形信号的场所，具有一定的实用性。关键词：单片机； 按钮；显示器1 课程设计的意义在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的练习大家也都是分散的对各个章节的内容进行练习。因此，缺乏一种系统的设计锻炼。在课程所学结束以后，做这样的

3、课程设计其意义在于：（1）利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。（2）我们这次的课程设计是以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波等）且频率、幅度可变的函数发生器。（3）掌握各个接口芯片（如0832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。（5）通过这几个波形进行组合形成了一个函数发生器，使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以锻炼大家单片机知识的应用。2设计方案简介2.1波形发生器的原理本文利用AT89C51单片机接数模转

4、换器和运算放大电路，用用户通过按钮选择输出4种基本波形：方波、锯齿波、正弦波和三角波。方波由单片机将最大值和最小值输出给D/A转换器进行转换，并由用户通过按钮开关选择波形周期。与微处理器兼容的8位数模转换器DAC8032进行转换为模拟电压信号，通过运放电路得到方波、锯齿波、正弦波和三角波，波形保证了它的精度、平滑、稳定。以产生正弦波为例，采用定点法来产生波形，即将一个周期的正弦波按360度等分为若干点，计算出各点的正弦函数值，并转换相应的D/A转换器输入数值，这样得到一个正弦函数表。通过程序将该表程序存储器中，利用单片机的定时器来产生定时，每当定时时间到，查表的该点对应的输出值，然后通过D/A

5、转换器转换得到该点的对应电压值。如此，反复的查表输出，就得到所谓的正弦波。由于一个周期正弦波的点数固定，改变定时器的定时值，就可以改变正弦波的频率值。 锯齿波和三角波的产生类似于正弦波。方波的产生较简单，只要交替地将最大值和最小值输出给D/A转换器进行转换即可，它们的延续时间为周期的一半。2.2总体设计方案根据设计需要，可采用单片机程序产生4种波形，并通过一片D/A转换器输出。另外，采用一个滑动变阻器来改变参考电压，从而改变输出波形幅值，见图2.1所示。通过按钮或开关来设定波形的类型、频率。 图2.1 波形发生器原理框图 3硬件设计3.1硬件电路波形的产生是通过AT89S52单片机执行某一波形

6、发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。AT89S52单片机的最小系统有三种联接方式。一种是两级缓冲器型，即输入数据经过两级缓冲器型，即输入数据经过两级缓冲器后，送D/A转换电路。第二种是单级缓冲器型，输入数据经输入寄存器直接送入DAC寄存器，然后送D/A转换电路。第三种是两个缓冲器直通，输入数据直接送D/A转换电路进行转换。3.2复位电路当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位

7、操作。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作，复位电路如图3.2所示，硬件电路如图3.1所示。 图3.1 硬件电路 图3.2 复位电路3.3 晶振电路为什么要用晶振电路？单片机工作，是一条一条的从ROM中取指令，然后一步一步的运行。单片机访问一次存储器的时间，就是一个机器周期，这是一个时间基准。一个机器周期包括12个时钟周期。因为没有晶振，就没有时钟周期，没有时钟

8、周期，就没有机器周期，没有机器周期，就无法运行程序代码，单片机就无法工作。由此可见，必须要有晶振电路。单片机的晶振电路是一种典型的电路，晶振频率一般选择在4MHZ-12MHZ之间，外接两个晶振电容，该电容的典型值为30pF，电路图如图3.3所示。 图3.3 晶振电路4 软件设计4.1主程序流程系统软件由主程序和产生波形的子程序组成，软件设计重点是设计各种波形的子程序的程序，通过编程可得到各种波形，波形产生原理可参照2.1波形发生器原理一节。波形周期的改变可采用插入延时子程序的方法来实现。主程序开始后通过读取按钮状态，判别是哪种波形需求，然后调用相应的子程序，输出相应的波形。利用8位D/A转换器

9、DAC0832,可以将8位数字量转换成模拟量输出。数字量输入的范围为0255，对应的模拟量输出的范围在VREF-到VREF+之间。根据这一特性，可以利用单片机的并行口输出的数字量，产生常用的波形。波的幅度调节范围：0.87v9.54v。主程序流程图如图4.1所示。图4.1 主程序流程图4.2 三角波流程三角波的流程是设置一个初值，然后进行加数，同样是加到某个数之后再进行减数，减到初值之后就再返回到先前的操作，这个操作跟锯齿波的实现是相似的。此程序输入的VREF的电压是5V，因此该波形输出的最大频率是初值为00H和最终值为0FFH，且步数为1，这样输出的波形是最大的。程序流程图如图4.2所示：

10、图4.2 程序流程图43 方波流程此波形的实现更加简单，只需开始的时候设置一个初值然后直接输出这个值就行了，输出一段时间后，然后再重新置一个数据，然后再输出这个数据一段时间，但是此时的时间一定要等于前面那段时间。这样才是一个方波，如果两个时间不相同，那就相当于一个脉冲波了。流程图如图4.3所示： 图 4.3 方波流程图44 正弦波流程正弦波的实现则相对比较复杂，因为正弦波的实现是输出各个点的值就行了，可是各个点值则要通过正弦函数来求出，不过这些值直接去网上下载下来使用就可以了。输出的数据刚好是256个数据，这样则可以直接相加就行了。 流程图如4.4所示 图4.4 正弦波流程图4.5程序清单如下

11、ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100HMAIN: JNB P1.0,p10 JNB P1.1,P11 JNB P1.2,P12 JNB P1.3,P13 LJMP MAINp10: MOV R7,#00H LCALL SQU LJMP MAINP11: MOV R7,#01H LCALL SAWP12: MOV R7,#02H LCALL TRI LJMP MAINP13: MOV R7,#03H LCALL SINSQU: JNB P1.1,N1 JNB P1.2,N2 JNB P1.3,N3 LJMP SSQUN1: LJMP TC0N2: MOV R7,#02HN3:

12、SSQU: CJNE R7,#00H,TC0 MOV R0,#00H ;MOV DPTR,#7FFFHK00: MOV A,#0FFH MOVX DPTR,A MOV P0,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL00: DEC R3 CJNE R3,#255,L00 INC R0 CJNE R0,#254,K00 MOV R0,#00HK01: MOV A,#00H MOV P0,#00H MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL AL01: CJNE R3,#255,L01 CJNE R0,#254,K01 LJMP SQUTC0:

13、RETSAW: JNB P1.0,N4 JNB P1.2,N5 JNB P1.3,N6 LJMP SSAWN4: LJMP TC1N5: MOV R7,#02HN6: MOV R7,#03HSSAW: CJNE R7,#01H,TC1 MOV R0,#0FFH MOV DPTR,#7FFFHK10: MOV A,R0 MOV P0,R0L10: DEC R3 CJNE R3,#255,L10 CJNE R0,#255,K10 LJMP SAWTC1:TRI: JNB P1.0,N7 JNB P1.1,N8 JNB P1.3,N9 LJMP TTRIN7: MOV R7,#00H LJMP TC

14、2N8:N9:TTRI: CJNE R7,#02H,TC2K20:L20: CJNE R3,#255,L20 CJNE R0,#254,K20K21:L21: CJNE R3,#255,L21 DEC R0 CJNE R0,#0,K21 LJMP TRITC2: RETSIN: JNB P1.0,N10 JNB P1.1,N11 JNB P1.2,N12 LJMP SSINN10: LJMP TC3N11:N12:SSIN: CJNE R7,#03H,TC3K30: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,AL30: CJNE R3,#255,L

15、30 CJNE R0,#255,K30 LJMP SINTC3: RETTAB:DB 80H,82H,84H,86H,88H,8AH,8CH,8EH,90H,92H,94H,96H,98H,9AH,9CH,9EHDB 0A0H,0A2H,0A4H,0A6H,0A8H,0AAH,0ABH,0ADH,0AFH,0B1H,0B2H,0B4H,0B6H,0B7H,0B9H,0BAH DB0BCH,0BDH,0BFH,0C0H,0C1H,0C3H,0C4H,0C5H,0C6H,0C8H,0C9H,0CAH,0CBH,0CCH,0CDH,0CEH0CEH,0CFH,0D0H,0D1H,0D1H,0D2H,

16、0D2H,0D3H,0D3H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D5H,0D5H,0D5H0D5H,0D5H,0D5H,0D5H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D3H,0D3H,0D2H,0D2H,0D1H,0D1H,0D0H,0CFH0CEH,0CEH,0CDH,0CCH,0CBH,0CAH,0C9H,0C8H,0C6H,0C5H,0C4H,0C3H,0C1H,0C0H,0BFH,0BDHDB 0BCH,0BAH,0B9H,0B7H,0B6H,0B4H,0B2H,0B1H,0AFH,0ADH,0ABH,0AAH,0A8H,0A6H,0A4H,0A2HDB 0A0H,9EH

17、,9CH,9AH,98H,96H,94H,92H,90H,8EH,8CH,8AH,88H,86H,84H,82HDB 80H,7DH,7BH,79H,77H,75H,73H,71H,6FH,6DH,6BH,69H,67H,65H,63H,61HDB 5FH,5DH,5BH,59H,57H,55H,54H,52H,50H,4EH,4DH,4BH,49H,48H,46H,45HDB 43H,42H,40H,3FH,3EH,3CH,3BH,3AH,39H,37H,36H,35H,34H,33H,32H,31HDB 31H,30H,2FH,2EH,2EH,2DH,2DH,2CH,2CH,2BH,2BH

18、,2BH,2BH,2AH,2AH,2AHDB 2AH,2AH,2AH,2AH,2BH,2BH,2BH,2BH,2CH,2CH,2DH,2DH,2EH,2EH,2FH,30HDB 31H,31H,32H,33H,34H,35H,36H,37H,39H,3AH,3BH,3CH,3EH,3FH,40H,42HDB 43H,45H,46H,48H,49H,4BH,4DH,4EH,50H,52H,54H,55H,57H,59H,5BH,5DHDB 5FH,61H,63H,65H,67H,69H,6BH,6DH,6FH,71H,73H,75H,77H,79H,7BH,7DHEND5.仿真调试5.1Prot

19、eus简介Proteus是一款仿真软件。它能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持AT89系列单片机。5.2仿真结果 四种波形仿真结果分别如图5.1，图5.2，图5.3，图5.4所示。 图5.1 方波仿真结果 图5.2 锯齿波仿真结果 图5.3 三角波仿真结果 图5.4 正弦波6 心得体会经过将一周的单片机课程设计，终于完成了我的波形发生器的设计，基本达到设计要求！在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多。对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。