波形发生器综合电子课设.docx

1、波形发生器综合电子课设自动化学院综 合 电 子 课 设 报 告课程名称 综合电子设计 实验名称 波形发生器设计、制作 实验仪器 C51单片机、proteus软件 LED显示屏、DA转换等 专 业 班级/学号 学生姓名 实验日期 实验地点 成 绩 指导教师 目 录第1章 概述 1第2章 系统设计 22.1 方案论证和比较 22.2 总体设计 2第3章 硬件电路设计 43.1主控制器 43.2 数模转换电路 4第4章 软件设计 9第5章 系统总结和分析 10参考文献 11附录1 系统原理图 12附录2 主要源代码 13第1章 概述在科学研究、工程教育及生产实践中，常常要用到波形发生器。如工业过程控

2、制、教学实验、机械振动、生物医学领域。目前，长期使用的信号发生器绝大部分都是由模拟电路构成的，这类仪器作为信号源，频率达百兆赫兹，在高频范围内其频率稳定性高、可调性好。而用于低频信号输出时，其需要RC值很大，参数准确度难以保证，而且体积大，损耗也大。目前，有人研究制造了由数字电路构成的波形发生器，其低频性能好，但是体积较大，价格较贵。本设计采用一片AT89C51和一片DAC0832数模转换器做成的低频信号波形发生器，它的特点是价格低、性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等。第2章 系统设计2.1 方案论证和比较方案一：采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它是一种可以

3、同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。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一些，但不能完全滤除掉。方案二：采用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器生成波形，由于是软件滤波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。它的特点是价格低、性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。经比较，方案二既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比高，所以采用该方案。2.2 总体设计本设计采用键盘操作控制输出方波、正弦波、三角波，可用键盘方便地控制频率和幅值的变化，并将幅值和频率用六位十进制数通过L

4、ED数码管显示出来，硬件原理方框图如图2.1所示。图2.1 硬件原理方框图波形发生器的技术指标：(1)波形：方波、正弦波、三角波；(2)幅值电压：1V、2V、3V、4V、5V；(3)频率：10Hz、20Hz、50Hz、100Hz、200Hz、500Hz、1000Hz；(4)输出极性：双极；第3章 硬件电路设计3.1主控制器设计 设计中主要采用的AT89C52型单片机，它具有如下优点：（1）拥有完善的外部扩展总线，通过这些总线可方便地扩展外围单元、外围接口等。（2）该单片机内部拥有4K字节的FLASH ROM程序存储器空间和256字节的RAM数据存储空间，完全可以满足程序的要求。由于该芯片可电擦

5、写，故可重复使用。如果更改程序内容，可将芯片拿下重新烧写。（3）该单片机与工业标准的MCS51型机的指令集和输出引脚兼容。3.2 数模转换电路设计设计中采用的是DAC0832型芯片。其优点是功耗低，泄漏电流误差小，温度低。它是一种使用较多的8位D/A转换器，其转换时间为1us，工作电压为+5V到+15V，基准电压为-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，故可进行两极缓冲操作，使操作有很大的灵活性（本设计采用的是单缓冲方式）。硬件连接电路是将两极寄存器的控制信号并接输入数据，在控制信号作用下直接送入DAC寄存器中。DAC0832引脚图DAC0832内部结构硬件连接图

6、如图3.1所示。图3.1 DAC0832的双极性输出DAC0832的双极性输出，DAC转换器的输出电压U0与输入的数字量D之间的关系为 U0=(Vref/2n)*D,输出电压的极性完全取决于基准电压Vref的极性。当Vref的极性不变时，只能获得单极性的模拟电压输出。DAC0832在Vref=+5V时，单极性输出为0到-5V。在单极性电路的基础上再接一个反相比例加法器电路，可实现双极性输出 U0=-(15/7.5)*U1-(15/15)*Vref =-(2*U1+5)当U1=0-5V时，U0=-5+5V。由于实际输出范围比单极性时扩大一倍，因此双极性输出时灵敏度下降为单极性时的一半。单极性输出

7、时 1LSB=5/28V双极性输出时 1LSB=2*5/28=5/27在双极性输出时，输入的二进制数0000000001111111表示负数，对应输出电压为负值；1000000011111111表示正数，对应输出电压为正值。DAC0832是电流型输出，在应用时外接集成运算放大器使之成为电压型输出。本设计中采用的集成运算放大器是LM358，其内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。本设计采用的是双电源工作模式，构成电流/电压转换电路和反相比例加法器电路。第4章 软件设计主程序框图如图4.1所示。图4.1程序框图主程序和

8、子程序都存放在AT89C52单片机中。主程序的功能是：开机以后负责查键，即做键盘扫描及显示工作，然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理。子程序的功能有：幅值输入处理、频率输入处理、正弦波输出、三角波输出、方波输出、显示等。根据上述波形数据表的生成，可知本系统可实现频率、幅值的调整并且可以通过设置参数进行很好的改变。信号的类型、幅度、频率的步进值可以实现显示。主程序流程图通过主程序流程图我们可以清晰的知道怎么样生成相应的波形。通过利用89C52单片机对P1口进行扫面，得到相对应的数值后，将其数值存放在累加器中，再根据对幅值的变化要求，利用乘法指令，实现对幅值的调整。利用中断方式我们可以实现

9、频率的改变。子程序的功能有：幅值输入处理、频率输入处理、正弦波输出、锯齿波输出、方波输出、显示等。子程序流程图第5章 系统分析和总结我们的硬件分为电源板、低通滤波板、单片机最小系统板、液晶显示板、DDS板和加法器板共六个部分。制作时，我们采用各电路板依次制作，依次调试的方法。下面依次叙述各电路板的制作过程。 电源板：根据题目的要求，波形发生器需要三路+5V电压和9V电压。使用50W 单片机最小系统板：由89C52，锁存器74LS373，与非门74LS00构成，板上设置排线跟其他电路板相连。把程序写入89C52，经过仿真测试，程序通过，各功能正常。 调试方法和过程 ：采用分别调试各个单元模块,调

10、通后再进行各单元电路联机统调的方法,提高调试效率。 （1）软件部分调试 本机的软件主要功能是完成人机接口，因此编程的时候把界面的友好性放在首位，采用主从菜单式的操作方法。由于对51系列单片机编程比较熟悉，在软件的仿真调试过程中没有遇到太大的问题。各软件功能均正常实现。 （2）硬件部分调试 整个硬件调试过程基本顺利，由于采用了工艺精良的双面孔化PCB板，各单元电路工作稳 定，给调试工作带来很大的方便。 各单元调试通过以后，进行整机调试，调试结果显示，整个系统能够正常工作。 开始的时候没有经验，不知如何下手，所以就去图书管查询，有许多的设计方案。经过他的解释分析各方案之后，决定用查表的方法来做。这

11、样可以降低一些硬件设计的难度，初次设计应切合自己的水平。用8031需要扩展ROM，这样还要进行存储器扩展。而且现在8031实际中已经基本上不再使用，实际用的AT89S52芯片有ROM，这样把经过采样得到的数值制成表，利用查表来做就简单了。我认为程序应该不大，片内ROM应该够用的。 应该说这次课程设计还是基本达到了设计的要求，但是也存在着未能解决的问题。比如说波形的输出精度。这次波形发生器的设计，使我学到了数模转换芯片DAC0832、数码管、键盘、集成运算放大器LM324，更重要的是学会了程序出问题时调试的方法，并养成了调试的习惯，学到了程序出问题后怎样去解决的基本方法。最后要感谢杨老师的指导，

12、以及同组陈峰同学的帮助。参考文献1 陈莘城.实用电子电路设计与调试M.北京：中国电力出版社，1993.670-697.2 曹巧暖.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社，2002-7-2.3 曾兴雯，刘乃安，陈健.高频电路原理与分析M.西安：西安电子科技大学出版社，2001.281-295.4 童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社，2003.345-3625 潘永雄，沙河，刘向阳.电子线路CAD实用教程M.西安：西安电子科技大学出版社，2001.13-118.6 张毅刚，彭喜源，谭晓昀，曲春波.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.53-6

13、1.7 杨欣.电子设计从零开始C/OL.北京：清华大学出版社，2004.1-4.8 zhiweihzx.TEC6122芯片资料.中国软硬件结合技术网.2005-10-31.9 A.J.Viterbi:”Acquistion and Tracking Behavior of Phase-Locked Loops”,JPL External Publication No.673,July 14,195910 James K.Hardy High Frequency Circuit DesignM.Washington：Preston Publi- shing Commpany,1979.附录1 系

14、统原理图及仿真波形附录2 主要源代码 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 SAW LJMP MAINP12: MOV R7,#02H LCALL TRI LJMP MAINP13: MOV R7,#03H LCALL SIN LJMP MAINSQU: JNB P1.1,N1 JNB P1.2,N2 JNB P1.3,N3

15、LJMP SSQUN1: MOV R7,#01H LJMP TC0N2: MOV R7,#02H LJMP TC0N3: MOV R7,#03H LJMP TC0SSQU: 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: DE

16、C R3 CJNE R3,#255,L01 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K01 LJMP SQUTC0: RETSAW: JNB P1.0,N4 JNB P1.2,N5 JNB P1.3,N6 LJMP SSAWN4: MOV R7,#00H LJMP TC1N5: MOV R7,#02H LJMP TC1N6: MOV R7,#03H LJMP TC1SSAW: CJNE R7,#01H,TC1 MOV R0,#0FFHK10: MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL10: DEC R3 CJNE R3,#25

17、5,L10 INC R0 CJNE R0,#255,K10 LJMP SAWTC1: RETTRI: JNB P1.0,N7 JNB P1.1,N8 JNB P1.3,N9 LJMP TTRIN7: MOV R7,#00H LJMP TC2N8: MOV R7,#01H LJMP TC2N9: MOV R7,#03H LJMP TC2TTRI: CJNE R7,#02H,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

18、 R0,#254,K20K21: 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: RETSIN: JNB P1.0,N10 JNB P1.1,N11 JNB P1.2,N12 LJMP SSINN10: MOV R7,#00H LJMP TC3N11: MOV R7,#01H LJMP TC3N12: MOV R7,#02H LJMP TC3SSIN: CJNE R7,#03H,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: RET END