基于单片机的低频信号发生器设计.docx

1、基于单片机的低频信号发生器设计基于单片机的低频信号发生器设计摘 要 本文设计低频信号发生器，以AT89C52单片机为核心，通过键盘输入控制信号类型和频率的选择，采用DA转换芯片输出相应的波形，同时以示波器进行实时显示信号相关信息，采用汇编语言进行编程，可实现方波，三角波。锯齿波，正弦波四中波形的产生，且波形的频率可调。经测试该设计方案线路优化，结构紧凑，性能优越，满足设计要求。关键词：单片机，DA转换，信号发生器ABSTRACTLow frequency signal generator design, this paper USES AT89C52 single-chip microcomp

2、uter as the core, through the keyboard input control signal type and frequency of choice, with DA conversion chip output corresponding waveform, at the same time, the LED display information real-time display signal, using assembly language programming, which can realize square wave, triangle wave.

3、Production of sawtooth, sine wave 4 waveform, and the frequency of the waveform is adjustable. By testing the design scheme of circuit optimization, compact structure, superior performance, meet the design requirements. Key Words: Single chip microcomputer, DA conversion, signal generator目录摘要 IIABST

4、RACT II1 设计要求及方案选择 31.1设计要求 31.2方案选择 22 理论分析与设计 32.1按键电路的分析与设计 42.2 D/A转换模块的分析与设计 53电路设计 33.1硬件电路的设计 33.2软件的设计 34 系统测试 44.1调试所用的基本仪器清单 44.2调试结果 44.3测试结果分析 45 总结 4参考文献 51 设计要求及方案选择1.1设计要求（一）任务利用单片机与D/A转换器件DAC0832设计一个低频信号发生器，能产生正弦波、方波、锯齿波、三角波等波形。（二）要求1基本要求（1）输出波形可用按键选择。（2）设计电路（3）在KEIL中编辑、编译、调试程序，并在pro

5、tuse中仿真。 2扩展部分（选作）（1）输出正弦波幅度：Vppm20V.（2）输出负载能力：250Ma。3. 写出设计报告（报告有规定格式要求） 1.2方案选择依据应用场合.需要实现的波形种类，波形发生器的具体指标要求会有所不同。依据不间的设计要求选取不同的设计方案。通常，波形发生器需要实现的波形有正弦波、方波、三角波和锯齿波。有些场合可能还需要任意波形的产生。各种波形共有的指标有：波形的频率、幅度要求，频率稳定度，准确度等。对于不同波形，具体的指标要求也会有所差异。其具体的实现方法具体有以下几种：方案一：采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它足一种可以同时产生方波、三角波、正弦波

6、的专用集成屯路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施虽可滤除-些，但不能完全滤除掉。方案二：釆用単片函数发生器（如8038).8038可以同时产生方波，三角波和正弦波等，而且方法简单易行,用D/A转换器的输出来调制电H压也可以实现数控调整频率,但是产生的信号频率的稳定性差。方案二：可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则采用专门的函数倍号发生器1C产生。早期的函数倍号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等,它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生史高频率的信号，调节方式也不够灵活,频率和占空比不能独立调

7、节，二者互相影响。方案四：釆用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器的输出频率锁定在所需要的频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，而且电路复杂不容易实现。方案五：釆用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程来控制波箱的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下可以通过改变程序来实现频率的改变。该种方案要对AT89C52中片机的各个I/O口允分利用。这样总体来说，能对中片机各个接口都利用上,而不多用其它芯片，从而减小了系统的成本。比较几种方案，方案一波形不理想，方案二所产生的频率信号不够稳定，方案二不能更好的体现所学知识而且效果不佳，方案四电路复杂不容易实现，方案五在低频范

8、围内稳定性好、操作方便、功耗小、耗电少，而且方案更加满足设计的要求，在完成设计的同时能够更好的发挥间学们的各种各样的想法。综合考虑，方案五各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，所以本设计采用方案五。2 理论分析与设计 2.1按键电路的分析与设计 键盘电路是整个电路的控制部分。通过K1控制产生方波，K2控制产生三角波，K3控制产生正弦波，K4控制产生锯齿波。调幅与调频本应采用另连个键控制，但在分析DAC0832的输出，U=(Vref/2n)*D，由此公式可知,输出波形的幅度与Vref的大小有关，所以我们通过控制Vref的大小来改变波形的幅度，以

9、简化我们的程序。频率我们采用P2口控制，通过控制P2口的大小来改变程序中循环次数，来达到控制延时的目的，继而控制了频率。键盘接口如下图图2.1 键盘接口电路2.2 DA转换模块的电路分析与设计 数模转换电路采用的是DAC0832芯片。它是一种使用较多的8位D/A转换器，其转换时间lus，工作电压为+5V到+15V,基准电压-10V到+10V。由于其内部有两个8位寄存器和一个8位D/A转换器，故可进行两级缓冲操作，使操作有很大的灵活性，本设计采用单缓冲方式。DAC0832与AT89C52的连接。单机P0口与数模转换器的数据口连接，为保证单片机P0口的驱动能力，在P0口加上上拉电阻。数模转换电路的

10、连接如下图：图2.2 数模转换电路的连接图3电路设计3.1 硬件电路的设计3.1.1 硬件电路连接图图3.1 硬件电路连接图3.1.2 芯片说明（1）AT89C52单片机图3.2为AT89C52单片机引脚图图3.2 单片机引脚图AT89C51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/地址的笫八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时,P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是个内部提供上拉电

11、阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。PI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，PI口作为第八位地址接收。P2口：P2口为个内部上拉电阻的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

12、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，耍保持RST脚两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

13、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: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指令足ALE才起作用。此外，该引脚被略微拉髙。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VEA持低电平时，则在:此期间外部程储器(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

14、部锁定为RESET；/EA端保持髙电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加I2V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转换器图3.3为DAC0832引脚图图3.3 DAC0832引脚图由于单片机产生的是数字信号，要想得到所需要的波形，就要把数字信号转换成模拟信号，所以该文选用价格低廉、接口简单、转换控制容易并具有8位分辨率的数模转换器DAC0832。DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。但实际上，DAC0832输出的

15、电量也不是真正能连续可调，而是以其绝对分辨率为单位增减，是准模拟量的输出。DAC0832是电流型输出，在应用时外接运放使之成为电压型输出。根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。本设计选用直通方式。DAC0832的数据口和单片机的P0口相连。CSDA：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存3.2软件的设计Kei

16、l是德国Keil公司出的目前世界上最好的51单片机的C语言开发工具2，与汇编相比，C语言在功能、结构、可读性、可移植性上有明显优势，因此常用C语言开发符合实际工程需要的单片机系统，应用TCP/IP协议，Pro-teus与Keil的联调很好地解决了Proteus自带的编译系统无法对C语言进行编译的问题。程序设计采用汇编语言编程，应用Keil软件编译程序段。在汇编语言设计中，采用实时扫描按键，检查是否有按键被按下，检测到按键按下单片机才去执行相关程序。程序设计代码如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100HMAIN:JNB P1.0,PFB ；定义按键 JNB P1.1,PS

17、J JNB P1.2,PZX JNB P1.3,PJC LJMP MAINPFB: MOV R7,#00H ;方波 LCALL SQU LJMP MAINPSJ: MOV R7,#01H ;三角 LCALL TRI LJMP MAINPZX: MOV R7,#02H ;正弦 LCALL SIN LJMP MAINPJC: MOV R7,#03H ; 锯齿波 LCALL JCB LJMP MAINSQU: JNB P1.1,N1 JNB P1.2,N2 JNB P1.3,N7 LJMP SSQUN1: MOV R7,#01H LJMP TC0N2: MOV R7,#02H LJMP TC0SSQ

18、U:CJNE R7,#00H,TC0 MOV R0,#00HK00: MOV P0,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL00: DEC R3 CJNE R3,#255,L00 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K00 MOV R0,#00HK01: MOV P0,#00H MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL01: DEC R3 CJNE R3,#255,L01 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K01 LJMP SQUTC0: RETTRI: JNB P1.0,N3

19、 JNB P1.2,N4 JNB P1.3,N8 LJMP TTRIJCB: JNB P1.0,N3 JNB P1.2,N4 JNB P1.1,N1 LJMP JJCB N3: MOV R7,#00H LJMP TC2N4: MOV R7,#02H LJMP TC2N7: MOV R7,#03H LJMP TC4TTRI:CJNE R7,#01H,TC2 MOV R0,#00HK20: MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL20: DEC R3 CJNE R3,#255,L20 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K20

20、K21: MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL21: DEC R3 CJNE R3,#255,L21 DEC R0 DEC R0 CJNE R0,#0,K21 LJMP TRITC2: RETJJCB:CJNE R7,#03H,TC4 MOV R0,#00HK22: MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL22: DEC R3 CJNE R3,#255,L22 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K22 LJMP JCBTC4: RETSIN: JNB P1.0,N

21、5 JNB P1.1,N6 JNB P1.3,N8 LJMP SSINN5: MOV R7,#00H LJMP TC3N6: MOV R7,#01H LJMP TC3N8: MOV R7,#03H LJMP TC4SSIN:CJNE R7,#02H,TC3 MOV R0,#00HK30: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A INC R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL30: DEC R3 CJNE R3,#255,L30 CJNE R0,#255,K30 LJMP SINTC3: RETTAB:

22、 DB 80H,82H,84H,86H,88H,8AH,8CH,8EH,90H,92H,94H,96H,98H,9AH,9CH,9EH DB 0A0H,0A2H,0A4H,0A6H,0A8H,0AAH,0ABH,0ADH,0AFH,0B1H,0B2H,0B4H,0B6H,0B7H,0B9H,0BAH DB 0BCH,0BDH,0BFH,0C0H,0C1H,0C3H,0C4H,0C5H,0C6H,0C8H,0C9H,0CAH,0CBH,0CCH,0CDH,0CEH DB 0CEH,0CFH,0D0H,0D1H,0D1H,0D2H,0D2H,0D3H,0D3H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4

23、H,0D5H,0D5H,0D5H DB 0D5H,0D5H,0D5H,0D5H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D3H,0D3H,0D2H,0D2H,0D1H,0D1H,0D0H,0CFH DB 0CEH,0CEH,0CDH,0CCH,0CBH,0CAH,0C9H,0C8H,0C6H,0C5H,0C4H,0C3H,0C1H,0C0H,0BFH,0BDH DB 0BCH,0BAH,0B9H,0B7H,0B6H,0B4H,0B2H,0B1H,0AFH,0ADH,0ABH,0AAH,0A8H,0A6H,0A4H,0A2H DB 0A0H,9EH,9CH,9AH,98H,96H,94H,92

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

25、H DB 2AH,2AH,2AH,2AH,2BH,2BH,2BH,2BH,2CH,2CH,2DH,2DH,2EH,2EH,2FH,30H DB 31H,31H,32H,33H,34H,35H,36H,37H,39H,3AH,3BH,3CH,3EH,3FH,40H,42H DB 43H,45H,46H,48H,49H,4BH,4DH,4EH,50H,52H,54H,55H,57H,59H,5BH,5DH DB 5FH,61H,63H,65H,67H,69H,6BH,6DH,6FH,71H,73H,75H,77H,79H,7BH,7DH END改变程序中有关递增变量大小，即可改变输出波形的频率。4

26、 系统测试4.1调试所用的基本仪器清单（1）AT89C52单片机（2）DAC0832转换器（3）OP1P集成运算放大器（4）虚拟示波器4.2调试结果4.3测试结果分析5 总结参考文献(5个左右参考文献，要按照严格标准写) 1 张肃文.高频电子线路北京M.北京：高等教育出版社，2000. 2 江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计M.机械工业出版社，2007.参考文献、注释的表述及编排格式说明（仅供参考）一、参考文献表述和编排格式：参考文献指的是写作论文时研究过、阅读查找过并且对形成本文有借鉴、参考作用的所有文献资料。从理论上说，参考文献可以是引用过的文献，也可以是仅仅潜在性地启发了作者

27、的思路而并没有直接引用的文献。参考文献的类型标识：M-专著，C-论文集，N-报纸文章，J-期刊文章，D-学位论文，R-报告，S-标准，P-专利，A-专著、论文集中的析出文献，EB/OL-电子文献，Z-其他未说明的文献类型。如下表：参考文献类型期刊文章专著论文集学位论文报告报纸文章标准专利专著、析出文献电子文献其他文献类型标示JMCDRNSPAEB/OLZ（一）参考文献的常用的表述格式：1专著、论文集、研究报告：序号主要责任者（注：两个责任者之间用逗号隔开）文献题名文献类型标识出版地：出版者，出版年.举例： 1刘小龙电视艺术美学M北京：中国广播电视出版社，1999.2吴海霞，沈剑平电视论坛C .

28、 北京：人民教育出版社，2003（2）3中国教育与人力资源问题报告课题组.从人口大国迈向人力资源强国R.北京：高等教育出版社，2003.2.学位论文：序号主要责任者文献题名D保管地：保管单位，完成年.举例：1邓友.论电视艺术的美学性D.北京：北京广播学院，2004.3.析出文献：序号析出文献主要责任者（注：两个责任者之间用逗号隔开）析出文献题名A原文献主要责任者.原文献题名C.出版地：出版者，出版年析出文献起止页码（如文内已列明，则省略）.举例：1英穆尔.电影理论的结构A.瞿涛.电影学文集C.北京：人民出版社，1993.4.期刊文章：序号主要责任者文献题名J.刊名，出版年，卷（期）.起止页码.

29、举例：9李海音乐传播的文化思考J当代传播，2004，（10）：26-275.报纸文章：序号主要责任者文献题名N报纸名，出版日期（版次）举例：1周济.情系教育 办好教育N.中国教育报，2004129（1）6.网络文献：序号主要责任者网络文献题名文献类型标识网络文献的出处或可获得地址. 举例：1吴霓.教育科学大家谈J/OL. 14方锦柔. 中国人民大学学报论文文摘（19831993）. 英文版（DB/CD）.北京：中国百科全书出版社，1996.7. 外文期刊文献编排格式及示例作者姓名采用“姓在前名在后”原则，具体格式是： 姓，名字的首字母. 如： Malcolm Richard Cowley 应为

30、：Cowley, M.R.，如果有两位作者，第一位作者方式不变，&之后第二位作者名字的首字母放在前面，姓放在后面，如：Frank Norris 与Irving Gordon应为：Norris, F. & I.Gordon.；书名、报刊名使用斜体字，如：Mastering English Literature，English Weekly。其它与中文格式相同。举例：1JONES R M.Mechanics of Composite MaterialsM.New York:McGraw Hill Book Company, 1975.2DOWLER L. The Research Universitys Dilemma: Resource Sharing and Research in a Transinstitutional EnvironmentJ. Journal Library Administration,1995,21(1/2):526.3GUO Ai-bing.