单片机课程设计波形发生器剖析Word格式文档下载.docx

1、也使用查表法。将三角波的一个周期（360度）分为256个点，相邻点等差，生成数组。反复输出前128个数据到DAC0832,就可以在系统输出端得到想要的锯齿波。（3）三角波：将（3）中的数组256个数据全部输出到DAC0832,循环，就可以在系统输出端得到想要的三角波。2、通过P1口和轻触开关S1-S4相连接来切换波形输出（如按S1键输出正弦波，按S2键产生方波，按S3键产生锯齿波，按S4键产生三角波）。用P0口控制数码管静态显示波形代号。用P2口向DAC0832发送数据，经DAC0832转换后，再把信号放大，最后接到示波器上显示。3.2元件选型单片机AT89C51系统，DAC0832一片，PC

2、机一台，运算放大器。3.3功能原理图 P0 P1 P2 P3四、方案论证任务要求实现波发生器产生正弦波、锯齿波、三角波，由于正弦波的存在，采用单片机直接运算是不合理的，故采取按时将存储的数字量送出的方法实现；为简化编程，锯齿波与三角波也采取按时送数字量的方式实现。将一个周期分为256份，幅值0至255，取数据后分别存入数组。 利用定时器中断函数实现数据按时送出，改变定时器的初值设置即可改变频率。 送出的数据由指针循环指向相应数组的值，改变指针的地址，指向不同的数组首地址即可改变波形。 幅值的改变由DAC的参考电压和反馈电阻改变。采用AT89C51单片机和DAC0832芯片，直接连接键盘和显示。

3、该种方案主要对AT89C51单片机的各个I/O口充分利用。 P3口是连接键盘, P2口接显示电路，P0口连接DAC0832输出波形。这样总体来说，能对单片机各个接口都利用上，而不在多用其它芯片，从而减小了系统的成本。也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成。占用空间小，使用芯片少，低功耗。五、硬件电路设计5.1 电路连线图通过P1.0-P1.5口和轻触开关相连接来切换波形输出（如按S1键输出锯齿波，按S2键产生三角波，按S3键产生正弦波），P1.4、P1.5接波形频率调节开关，如图所示。用P0口控制数码管静态显示波形代号，如图所示。用P0口向DAC0832发送数据，经DAC0832转换后，

4、再把信号放大，最后接到示波器上显示如图所示。 图1 总电路图5.2主要芯片介绍（1）51单片机的内部结构基本组成部分：1 一个8位的CPU2 128B或256B单元内数据存储器（RAM）3 4KB或8KB片内程序存储器（ROM或EPROM）4 4个8位并行I/O接口P0P3。5 两个定时/计数器。6 5个中断源的中断管理控制系统。7 一个全双工串行I/O口UART（通用异步接收、发送器） 8 一个片内振荡器和时钟产生电路。图7 51单片机引脚管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻

5、输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为

6、输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两

7、个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周

8、期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。（2）DAC0832芯片DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器。DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所

9、以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。所以这个芯片的应用很广泛,关于DAC0832的引脚功能如下：D0D7：数字信号输入端。ILE：输入寄存器允许，高电平有效。CS：片选信号，低电平有效。WR1：写信号1，低电平有效。XFER：传送控制信号，低电平有效。WR2：写信号2，低电平有效。IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。RfB：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。VREF：基准电压（-1010V）。是源电压（+5+15V）。地。图8 DAC0832芯片图（3）1602

10、液晶显示器引脚功能如下： 第1脚：VSS为电源地 第2脚：VDD接5V电源正极 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。第6脚：E（或EN）端为使能（enable）端。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。（4）DAC0832说明：DAC0832选用直通方式，所

11、以CS,XFER,WR1和WR2接地；D0D7是数据量数据输入线，接收P0口输出的数据；VREF接基准电压，其中串接一个滑动电阻器，通过改变阻值，从而改变电压，达到改变幅值的目的；芯片内已有反馈电阻，所以RFB接到运算放大器输出端；GND接地；VCC接工作电源；IOUT1和IOUT2输出电流接运算放大器。（5）按键工作说明：采用独立式按键输入的处理，软件查询方式，也就是说，先逐位查询每根I0口线输入为低电平，则可确认该I0口线所对应的按键已按下，再转向该按键的功能处理程序。六、软件设计6.1正弦波的产生过程 通过手动的方法计算出输出各点的电压值，形成数组sin_tab256，反复顺序输出这组数

12、据到DAC0832,就在系统输出端得到正弦波。6.2锯齿波的产生过程将一个周期（360度）分为128个点，递增，生成数组saw_tab256，反复顺序输出这组数据到DAC0832,就在系统输出端得到锯齿波。6.3三角波的产生过程将三角波的一个周期（360度）分为256个点，相邻点等差，前128个点递增，后128个点递减，生成数组tri_tab256，反复顺序输出这组数据到DAC0832,就在系统输出端得到三角波。6.4通过开关实现波形切换和调频轻触开关S1-S4切换波形输出（S1键输出正弦波，按S2键产生方波，按S3键产生锯齿波，按S4键产生三角波），S5、S6调节方波占空比，S7、S8调节波

13、形频率。七、调试与仿真6.1正弦波的仿真结果 使用有源低通滤波器，输出波形变得更平滑了，但会出现畸变。这是符合实际情况的。如下图分析。图11 调频前波形 图12 调频后波形6.2锯齿波的仿真结果图13 调频前波形 图14 调频后波形6.3三角波的仿真结果图15调频前波形 图16调频前波形 八、总结本次的设计中利用AT89C51和DAC0832以及放大器完成电路的设计，用开关来控制各种波形的转换和波形频率，用单片机输出后，经过数模转换器生成波形，最终可以通过示波器观察。在这次的软件设计中，程序设计采用的是C语言。C语言简洁高效，是最贴近硬件的高级编程语言，经过多年的发展，现在已成熟为专业水平的高

14、级语言。因此，在大型程序的设计中，多采用C语言进行程序编译。而且，现在单片机产品推出时纷纷配套了C语言编译器，应用广泛。由于真正意义上的程序设计还不多，因此还不是很得心应手，所以在设计中遇到一些问题和一些难点。比如：在程序设计中如何实现程序结构的最优化，以达到较高的质量。这是以后设计中要注意的问题。 通过这次课程设计，我进一步了解了波形发生器的原理，在实际动手操作过程中，使我接触了许多我以前没接触过的元件，而且重新温习了刚学不久的C语言，使我学得了许多知识，使我获益匪浅。这次课程设计，使我的动手能力得到了很大的提高，更使我们懂得理论知识的重要性，没有理论的指导一切实际行动都是盲目的，且实际操作

15、是我们得到的理论知识得到验证，更能增加对理论知识的理解。九、参考文献1 汪贵平，李登峰，龚贤武，雷旭 新编单片机原理及应用 机械工业出版社，2012年1月第三次印刷。2 赵文博，刘文涛单片机语言C51程序设计人民邮电出版社，2005年10月北京第一次印刷。3附录附录一：硬件图main函数中断函数附录二：流程图附录三：程序清单/* main.c 文件 */* 含有 */* 定时器初始化函数 */* main函数 */* 定时器1中断函数 */*/#include head.H /包含函数、变量声明lcd.c /lcd1602液晶显示器的函数fun.c / 包含键盘扫描、延时等功能函数/*初始化函

16、数*/void ini（） table=tri_tab; /给予初值 THHL=65535; / TH1=THHL/256; /定时器1高八位赋值 TL1=THHL%256; / 定时器1第八位赋值 TMOD=0x10; /定时器1模式设置 方式1，十六位不自动重装 EA=1; / 开总中断 ET1=1; /开定时器1中断 TR1=1; /启动定时器1/*主函数*/main（） lcdini（）; /lcd初始化程序 writdatas（0x80,lcdtable）; /调用显示字符串函数显示选项 writdatas（0x80+0x41,select）; ini（）;/初始化程序 while（

17、1） keyplay（）; /键盘扫描函数 /*T1中断函数*/void time（） interrupt 3 TR1=0; DataOut=*（table+n）; n+;/加一，满255自动溢出/* fun.c 文件 */* 含有 */* 延时函数 */* 键盘扫描函数 */* 键盘功能函数 */*延时函数 */ void delays（uint8 x） uint8 i; for（;x0;x-） for（i=110;ii-）;/* 键盘扫描函数 */void keyplay（） uint8 temp;/定义一个变量 Key=0xff; /赋初值 temp=Key; /key的值赋予temp

18、if（temp!=0xff） /判断temp中的值是否等于Oxff delays（2）; /推迟2ms temp=Key; /key中的值赋予temp if（temp! while（Key!=0xff）;/程序等待释放。 switch（temp） /选择按键 case 0xfe: KeySaw（）; /按键1锯齿波 break; case 0xfd: KeyTri（）; /按键2三角波 case 0xfb: KeySin（）; /按键3正弦波 case 0xf7: KeyPinUp（）; /频率增加 case 0xef: KeyPinDow（）; /频率降低 default: /*键盘功能函数

19、*/ void KeySaw（） lcdclear（）; writdatas（0x80,str_saw）; table=saw_tab;void KeyTri（） writdatas（0x80,str_tri）;void KeySin（） table=sin_tab; lcdclear（）;writdatas（0x80,str_sin）;void KeyPinUp（） if（THHL=500） THHL=THHL-LEV; / P2_0=P2_0; THHL=500;/* lcd.c 文件 */* 写命令函数 */* 写数据函数 */* 写字符串 */* 初始化 */#include reg5

20、1.h#define LCDATA P2 /p2口sbit rs= P35;/sbit rw= P36;sbit lcde=P34;uint8 code lcdtable=start,saw-k1;/定义字符串uint8 code select=tri-k2，sin-k3uint8 code str_sin=sine /正弦波uint8 code str_tri=triangular /三角波uint8 code str_saw=sawtooth /锯齿波/*写命令函数*/void writcom（uint8 com） rs=0;/选择写命令模式 LCDATA=com;/将要写的命令字送到数据

21、总线上 lcde=1;/使能端给一高脉冲，因为初始化函数中已经将lcden置为0 delays（1）;/稍作延时 lcde=0;/将使能端置0以完成高脉冲void writdat（uint8 dat） /while（lcdzt（）; rs=1;/选择写数据模式 /delays（5）; LCDATA=dat;/将要写的数据传到数据总线上 /delays（1）; delays（5）;/ rw=1;void lcdini（） rw=0; / 低电平为写模式 /使能端置低 writcom（0x38）; /显示模式设置 /延时1秒 writcom（0x0c）; /设置开显示，不显示光标 delays（1）; /延时1秒 writcom（0x06）; /写一个字符后地址指针加1 writcom（0x01）; /显示清0，数据指针清0/lcd清屏 void lcdclear（）/*字符串函数*/void writdatas（uint8 posi,uint8 *ldate） writcom（posi）; /调用写命令函数定义位置 while（*ldate!=0） /依次送字符 writdat（*ldate+）;/*lcd*/*测试主函数* void main（） writdatas（0x80,lcdtabl）; writdatas（0x80+0x