多功能信号发生器.docx

1、多功能信号发生器目 录 引 言.2一、设计要求.21.1 设计的目的和意义.21.1.1目的.21.1.2意义.21.2 系统功能要求.3二 芯片说明.3 2.1 8051芯片说明.4 2.2 DAC0832芯片说明.4三 硬件系统设计.83.1 系统总体框架设计.83.2各功能模块的设计.83.3 硬件系统构成.11四、软件系统设计.114.1 软件系统的功能.124.2 软件系统总流程图.124.3 子程序设计.12五、运行结果.18六、系统调试.20七、总结.,.20 引 言 示波器是电子信息,通信等课程学习和实验教学的重要工具。随着技术的发展,示波器的功能越来越多,这无疑给教学带来了方

2、便。但是,示波器功能越多,其操作变得复杂。一方面,教师在介绍示波器使用的时候,只能对着示波器操作,不能进行数字多媒体教学,教学效果差;另一方面,由于示波器操作单一,屏幕不能多界面显示,使得示波器的操作变得复杂,学生做完几个实验以后还会出现不懂得如何操作示波器某些功能的现象。近年来,使用示波器学生的人数不断增加,现有示波器数量和教学方式已经不能满足要求。针对以上情况,为了改进教学效果,我们提出了采用虚拟示波器进行教学的思路，采用虚拟软件结合硬件数据采集卡，设计新型的示波器一、设计要求1.1 设计的目的和意义 1.1.1目的1、巩固和加强“单片机原理”课程的理论知识；2、学会用单片机产生各种函数波

3、形的基本方法；3、掌握D/A转换与控制技术；4、进一步熟悉掌握计数控制的技术；5、培养独立分析问题和解决问题的能力以及创新能力和创新思维。1.1.2意义亲手将自己所学单片机方面的知识用于实践,提高我们的动手能力,也使我们能够初步掌握一些分析问题,解决问题的方法.也使我们体会到理论问题转化到实际问题所要经过的过程和两者之间的差距.1.2 系统功能要求1）设计制造单片机函数发生器，产生方波、三角波、正弦波。每种波形的频率可选。2） 2）输出哪一种波形由四个按键控制二 芯片说明2.1 8051芯片说明40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。 电源: VCC - 芯片电源

4、，接+5V； VSS - 接地端； 注：用万用表测试单片机引脚电流一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v或者5v的。 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位

5、/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。2.2 DAC0832芯片 本节将采用大规模集成电路DAC0831实现D/A转换，并介绍DAC0832引脚图及接口电路，采用ADC0809实现A/D转换。（一） D/A转换器

6、DAC0832DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图4-82所示，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量V0为： 由上式可见，输出的模拟量 与输入的数字量（ ） 成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。一个8位D/A转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位），有一个模拟输出端。输入可有28=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是256个可能值。图4-83是DAC0832的逻辑框图和引脚排列。D0D7：数字信号输入端。ILE：

7、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）。Vcc：是源电压（+5+15V）。AGND：模拟地 NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。实验线路如图所示。IN0IN7：8路模拟信号输入端。A1、A2、A0 ：地址输入端。ALE地址锁存允许输入信号，在此脚施加正脉冲，上升沿

8、有效，此时锁存地址码，从而选通相应的模拟信号通道，以便进行A/D转换。START：启动信号输入端，应在此脚施加正脉冲，当上升沿到达时，内部逐次逼近寄存器复位，在下降沿到达后，开始A/D转换过程。EOC：转换结束输出信号（转换接受标志），高电平有效。OE：输入允许信号，高电平有效。CLOCK(CP)：时钟信号输入端，外接时钟频率一般为640kHz。 Vcc：+5V单电源供电。 、 Vref(+),Vref(-)：基准电压的正极、负极。一般Vref(+)接+5V电源，Vref(-)接地。D7D0：数字信号输出端。 由A2、A1、A0三地址输入端选通8路模拟信号中的任何一路进行A/D转换。三、硬件系

9、统设计 3.1 系统总体框架设计图1所示为系统总体框图。图1 系统总体框图用P1口作波形选择，设P1.0为方波信号的选择开关，P1.1为三角波信号的选择开关，P1.2为正弦波信号的选择开开关，利用开关对波形进行选择。频率可变则是利用8051内部计数器T0实现，单脉冲由P3.4引入T0，用脉冲个数控制波形的周期，即控制频率。利用单片机的D/A转换功能，结合灵活的编程技巧，产生多种函数波形。3.2各功能模块的设计3.2.1 单片机时钟电路及复位电路的设计本设计所选用的单片机型号为80C51,机器周期为2us,即所需震荡脉冲的频率为6MHZ.复位则采用按键电平复位方式。该单片机内部时钟电路及复位电路

10、设计如图所示。3.2.2 波形和频率选择接线电路的设计 通过8051的p1口实现波形的相互转化，当p1.0输入为0时，为方波，摁单脉冲次数改变波形周期；选择p1.1输入为0时，选择三角波，摁单脉冲次数改变波形周期；当p1.2输入为0时，选择正弦波，摁单脉冲次数改变波形周期。接线图如图3：图3 波形和频率选择接线图3.2.3单片机与DAC0832的接口设计DAC0832选择信号CS与地址选择线P2.3口相连，即地址为8000H8FFFH。寄存器的写信号由80C51的WR端控制。当地址选择好0832后，只要输出WR控制信号，0832就能一步完成数字量的输入锁存和D/A转换输出。接线图如图4：图4

11、单片机与DAC0832的接线图3.2.4 波形输出电路设计D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。当0832被选后，0832就会完成数字量的输入锁存和D/A转换输出。接线图如图5：3.3 硬件系统构成 四、软件系统设计4.1 软件系统的功能用8051的p1口实现波形的相互转化，当p1.0输入为0时，输出方波，通过调用延时程序改变频率；当p1.1输入为0时，输出三角波，通过给每个点加延时程序改变频率；当p1.2输入为0时，输出正弦波，改变频率方法同三角波。然后选通DAC0832寄存器地址，进行数模转换，输出波形。4.2 软件系统总流程图图7所示为软件

12、系统总流程图。图7 软件系统总流程图4.3 子程序设计4.3.1 正弦波子程序设计 1. 原理与分析。 参数初始化：采用方式1，计数器，故TMOD=05H，TH0=0H，TL0=0H。初始化后，单脉冲由P3.4引入T0，用TL0统计脉冲个数，把值赋值给R6，借助R6控制延时程序，进而控制波形周期。运行程序后，DAC0832产生波形。 2. 流程图先初始化计数器，P1口用作波形选择，选P1.0、P1.1、P1.2对波形进行选择。给波形的每个点加延时程序，输入单脉冲并统计个数，用脉冲个数控制延时程序，即控制频率，进而实现改变频率的功能。子程序流程图如图8：图8 正弦波子程序流程图4.3.2 延时程

13、序设计 流程图如图9：图9 延时子程序流程4.3.3 实验程序实验程序：ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN:MOV TMOD, #00000101b ;方式1,记数器MOV TH0, #0FFHMOV TL0, #0FFHSETB TR0 ;启动定时器，开始记数START: JNB P1.0,FANG JNB P1.1,TRIANGLE JNB P1.2,SIN AJMP NEXTFANG:MOV DPTR,#8000H ;方波子程序 MOV R7,#0 MOV A,R7 MOVX DPTR,A ；输出代码进行数模转换 LCALL DELAY ；调用延时子程序 MO

14、V R7,#255 MOV A,R7 MOVX DPTR,A ；输出代码进行数模转换 LCALL DELAY AJMP START ；等待波形选择TRIANGLE:MOV DPTR,#8000H ;三角波子程序REP: MOV R7,#80H ；显示初值INCR:MOV A,R7 MOVX DPTR,A ；输出代码进行数模转换 INC R7 ；生成下一转换数据 LCALL DELAY ；调用延时子程序 CJNE R7,#255,INCRDECR:DEC R7 ；下降部分显示值 LCALL DELAY MOV A,R7 MOVX DPTR,A ；输出代码进行数模转换 CJNE R7,#80H,D

15、ECR AJMP START ；等待波形选择 SIN:MOV R7,#00H ;正弦波子程序DAS0:MOV A,R7 MOV DPTR,#TAB ；表格首址 MOVC A,A+DPTR ；查表取出正弦波代码 MOV DPTR,#8000H MOVX DPTR,A ；输出代码进行数模转换 LCALL DELAY INC R7 LJMP DAS0 TAB: DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H ；代码表 DB 93H,96H,99H,9CH,9FH,0A2H DB 0A5H,0A8H,0ABH,0AEH,0B1H,0B4H DB 0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,

16、0C4H DB 0C7H,0CAH,0CBH,0CFH,0D1H,0D4H DB 0D6H,0D8H,0DBH,0DDH,0DFH,0E1H DB 0E3H,0E5H,0E7H,0E9H,0EAH,0ECH DB 0EEH,0EFH,0F1H,0F2H,0F4H,0F5H DB 0F6H,0F7H,0F9H,0FAH,0FAH,0FAH DB 0FBH,0FCH,0FDH,0FEH,0FEH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FEH DB 0FEH,0FEH,0FDH,0FCH,0FBH,0FA

17、H DB 0FAH,0F9H,0F7H,0F6H,0F5H,0F4H DB 0F2H,0F1H,0EFH,0EEH, 0ECH,0EAH DB 0E9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H,0DFH DB 0DDH,0DBH,0D8H,0D6H,0D4H,0D1H DB 0CFH,0CCH,0CAH,0C7H,0C4H,0C2H DB 0BFH,0BCH,0BAH,0B7H,0B4H,0B1H DB 0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H,9FH DB 9CH,99H,96H,93H,90H,8DH DB 89H,86H,83H,80H,7DH,7AH DB 77H,73H,70

18、H,6DH,67H,64H DB 61H,5EH,5BH,55H,52H,4FH DB 4CH,49H,46H,44H,41H,3EH DB 3CH,39H,36H,34H,31H,2FH DB 2BH,2AH,28H,25H,23H,21H DB 1FH,1DH,1BH,19H,17H,16H DB 14H,12H,11H,0FH,0EH,0CH DB 0BH,0AH,09H,07H,06H,06H DB 05H,04H,03H,02H,02H,01H DB 01H,01H,00H,00H,00H,00H DB 00H,00H,00H,01H,01H,01H DB 02H,02H,03H,0

19、4H,05H,06H DB 06H,06H,07H,09H,0AH,0BH DB 0CH,0EH,0FH,11H,12H,14H DB 16H,17H,19H,1BH,1DH,1FH DB 21H,23H,25H,28H,2AH,2CH DB 2FH,31H,34H,36H,39H,3CH DB 3EH,41H,44H,46H,49H,4CH DB 4FH,52H,55H,58H,5BH,5EH DB 61H,64H,67H,6AH,6DH,70H DB 73H,77H,7AH,7DH,80H AJMP START DELAY: MOV R6, TL0 ; 将记数结果送R6 DELAY1:DJ

20、NZ R6,DELAY1 ；通过R6控制频率 RETNEXT:END五、运行结果 方波：三角波：正弦波：六、系统调试1开始把TOMD的初始化放在延时程序里，不能实现频率变化。经检查后得知人的反应速度远比实验箱的慢，因此一直给TL0赋零值。后来我们把TOMD的初始化放在了程序的开始，实现了频率变化。2运行方波子程序后，没有显示波形。经检查后发现程序指向D/A寄存器的8000H，修改后，正常显示。七、总结 经过两个星期的课程设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收

21、获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人

22、不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份

23、财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！单片机系统课程设计报告 基于单片机的波形发生器设计 班 级： 电气084班 姓 名： 尹 健 宁 学 号： 200809307 指导老师： 路 小 娟 设计时间： 2011年1月14日 评语： 成绩