基于51单片机函数信号发生器设计.docx

1、基于51单片机函数信号发生器设计课程设计任务书课程名称集成电路原理及应用课程设计课程代码设计题目函数信号发生器设计设计时间2012年 12月17日 2012 年 12月 22 日院（系）电子信息学院专业电子信息工程班级BX0904一、课程设计任务（条件）、具体技术参数（指标） 任务：设计一个函数信号发生器功能要求： 设计并制作能产生正弦波、矩形波（方波）和三角波（锯齿波）的函数发生器， 本信号发生器可以考虑用专用集成芯片为核心实现。 信号频率范围： 1Hz-100kHz； 频率控制方式： 手控 通过改变RC参数实现； 键控 通过改变控制电压实现； 为能方便地实现频率调节，建议将频率分档； 输出

2、波形要求 方波 上升沿和下降沿时间不得超过200nS，占空比在48%-50%之间； 非线性误差2%； 正弦波 谐波失真度2%； 输出信号幅度范围：0-20V； 信号源输出阻抗：1； 应具有输出过载保护功能； 具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。二、对课程设计成果的要求（包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求） 1课程设计基本要求 课题分析、查阅资料、方案论证、方案实现、系统联调、撰写课程设计报告 2成果要求（1）系统方案（2）硬件电路原理图或软件源程序（3）设计说明书（课程设计报告）三、课程设计工作进度计划： 时间安排内容星期一（12月17日）第7-8小节下达任务、选择方案星期二

3、（12月18日）软硬件设计星期三（12月19日）第1-4小节软硬件设计、调试星期四（12月20日）第1-4小节调试、撰写报告星期五（12月21日）第1-4小节考核答辩四、主要参考资料 参考资料：集成电路原理及应用谭博学主编，电子工业出版社指导教师： 2012 年12 月 17 日目录目录 21.系统设计 31.1设计要求 31.2方案设计与论证 31.2.1 信号发生电路方案论证 31.2.3 显示方案论证 41.2.4键盘方案论证 41.3总体系统设计 41.4硬件实现及单元电路设计 41.4.1单片机最小系统的设计 51.4.2 波形产生模块设计 51.4.3 显示模块的设计 61.4.4

4、 键盘显示模块的设计 61.5 软件设计流程 72.输出波形的种类与频率的测试 82.1、测量仪器及测试说明 82.2测试过程 82.3、测试结果 93.设计心得及体会 9参考文献 91.系统设计经过考虑，我们确定方案如下：利用AT89S52单片机采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。1.1、设计要求 1)、利用单片机采用软件设计方法产生三种波形 2）、三种波形可通过键盘选择 3）、波形频率可调 4）、需显示波形的

5、种类及其平率1.2方案设计与论证 1.2.1 信号发生电路方案论证 方案一：通过单片机控制D/A，输出三种波形。此方案输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。但此方案电路简单、成本低。方案二：使用传统的锁相频率合成方法。通过芯片IC145152，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波，积分电路转换成三角波。此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。方案三：利用MAX038芯片组成的电路输出波形。MAX038是精密高频波形产生电路，能够产生准确的三角波、方波和正弦波三种周期性波形。但此方案成本高，程序复杂度高。以上三种方案综合考虑，选择方案一。1.2.2

6、单片机的选择论证 方案一：AT89S52单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机、而且其价格便宜。方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准8052的数字外设部件，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，而且执行速度快。但其价格较贵以上两种方案综合考虑，选择方案一 1.2.3 显示方案论证 方案一：采用LED数码管。LED数码管由8个发光二极管组成，每只数码管

7、轮流显示各自的字符。由于人眼具有视觉暂留特性，当每只数码管显示的时间间隔小于1/16s时人眼感觉不到闪动，看到的是每只数码管常亮。使用数码管显示编程较易，但要显示内容多，而且数码管不能显示字母。方案二：采用LCD液晶显示器1602。其功率小，效果明显，显示编程容易控制，可以显示字母。以上两种方案综合考虑，选择方案二。 1.2.4键盘方案论证方案一：矩阵式键盘。矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处。当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。方案二：编码式键盘。编码式键盘的按键触点接于74LS148芯片。当键盘

8、上没有闭合时，所有键都断开，当某一键闭合时，该键对应的编码由74LS148输出。以上两种方案综合考虑，选择方案一。1.3总体系统设计该系统采用单片机作为数据处理及控制核心，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和变换，采用按键输入，利用液晶显示电路输出数字显示的方案。将设计任务分解为按键电路、液晶显示电路等模块。图（1）为系统的总体框图 图（1） 总体方框图1.4硬件实现及单元电路设计 1.4.1单片机最小系统的设计89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用80C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即

9、可，如图（2） 89C51单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：有可供用户使用的大量I/O口线。内部存储器容量有限。应用系统开发具有特殊性。图（2） 89C51单片机最小系统1.4.2 波形产生模块设计 由单片机采用编程方法产生三种波形、通过DA转换模块DAC0832在进过滤波放大之后输出。其电路图如下： 图（3）波形产生电路如上图所示，单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端，DAC0832的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。DAC0832的为八位数据并行输入的，其结构图如下： 图（4）DAC0832的内部结构1.4.3 显

10、示模块的设计通过液晶1602显示输出的波形、频率，其电路图如下： 图（5）液晶显示如上图所示，1602的八位数据端接单片机的P1口，其三个使能端RS、RW、E分别接单片机的P3.2P3.4。通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类以及波形的频率。1.4.4 键盘显示模块的设计本系统采用独立键盘，其连接电路图如下： 图（6）键盘图中键盘独立键盘引出的八跟线分别接单片机的P2口，只用其第四列，因此在程序初始化时P2.7脚给低电平。如图开关3用来切换输出波形、开关7和8用来调节频率的加减。当按开关7时输出波形的频率增加，按开关8时输出波形的频率减小。1.5 软件设计流程本系统采用AT89S52单片机，用

11、编程的方法来产生三种波形，并通过编程来切换三种波形以及波形频率的改变。具体功能有：（1）各个波形的切换；（2）各种参数的设定；（3）频率增减等。软件调通后，通过编程器下载到AT89S52芯片中，然后插到系统中即可独立完成所有的控制。软件的流程图如下： 图（7）程序流程图2.输出波形的种类与频率的测试2.1、测量仪器及测试说明测量仪器：稳压电源、示波器、数字万用表。测量说明：正弦波、矩形波、三角波信号的输出，通过对独立键盘来实现其的不同波形的输出以及其频率的改变。2.2测试过程当程序下进去时经过初始化，液晶屏的上只显示“wave：”和“f：“，当开关三按一下是此时输出波形为正弦波，按两下时输出为

12、方波，按三下时输出为三角波。另外两个开关可以调节频率，三种波形的频率可调范围不同，分别如下： 正弦波：1180HZ 方 波：13.3KHZ 三角波：1180HZ根据示波器的波形频率的显示计算出三种波形的频率计算公式如下：正弦波：f=(1000/(9+3*ys)方 波：f=(100000/(3*ys)三角波：f=(1000/(15+3*ys)其中ys为延时的变量。三种波形的仿真波形图如下： 图（8）正弦波形 图（9）方波图形 图（10）三角波图行2.3、测试结果各项指标均达到要求。测试数据如下： 1）、产生正弦波、方波、三角波基本实现2）、三种波形的频率都可调，但不能步进的调节，其中方波的可调范

13、围最广为13.3KHZ，其他两种波形的频率范围不大1180HZ3）、显示部分基本实现4）、键盘功能实现3.设计心得及体会通过这次设计，自己深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学四年的学习成果，进一步加深了我对专业知识的了解和认识以及动手的能力。虽然在这次设计中对于所学知识的运用和衔接还不够熟练，作品完成的还不是很出色。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这个设计是对我们过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了坚实的基础。 参考文献1 戴仙金主编 51单片机及其C语言汇编程序开发实例 清华大学出版社，20082 高吉祥主编 全国大学

14、生电子设计竞赛培训系列教程 电子工业出版社，20073 杨素行主编 模拟电子技术基础简明教程 高等教育出版社，20074 蒋辉平主编 单片机原理与应用设计 北京航空航天大学出版社 2007附录 图（11）总体原理设计图源代码#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit lcdrw=P33;sbit lcdrs=P32;sbit lcde=P34;sbit d=P27;sbit s1=P20;sbit s2=P21;sbit s3=P22;sbit cs=P35;sbit wr=P36;uchar s1nu

15、m,a,ys,j;uint fre;uchar code tosin256=0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0x

16、fa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0x

17、ae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x

18、0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x

19、3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66 ,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80 ;/*正弦波码 */void delay(uint z) /延时子程序 uchar i,j; for(i=z;i0;i-) for(j=110;j0;j-);void delay1(uint y) uint i; for(i=y;i0;i-);void write_com(uchar com) /1602写指令 lcdrs=0; P1=com; delay(5

20、); lcde=1; delay(5); lcde=0;void write_data(uchar date) /1602数据 lcdrs=1; P1=date; delay(5); lcde=1; delay(5); lcde=0; void init() /初始化 lcdrw=0; lcde=0; wr=0; cs=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80+0x00); write_data(0x77); /写wave: write_data(0x61); wr

21、ite_data(0x76); write_data(0x65); write_data(0x3a); write_com(0x80+0x40); /写 f： write_data(0x66); write_data(0x3a); void write_f(uint date) /写频率 uchar qian,bai,shi,ge; qian=date/1000; bai=date/100%10; shi=date/10%10; ge=date%10; write_com(0x80+0x42); write_data(0x30+qian); write_data(0x30+bai); writ

22、e_data(0x30+shi); write_data(0x30+ge); write_data(0x48); write_data(0x5a);void xsf() /显示频率 if(s1num=1) fre=(1000/(9+3*ys); write_f(fre); if(s1num=2) fre=(100000/(3*ys); write_f(fre); if(s1num=3) fre=(1000/(15+3*ys); write_f(fre); void keyscanf() d=0; if(s1=0) delay(5); if(s1=0) while(!s1); s1num+; i

23、f(s1num=1) ys=0; write_com(0x80+0x05); write_data(0x73); /写sine: write_data(0x69); write_data(0x6e); write_data(0x65); write_data(0x20); write_data(0x20); if(s1num=2) ys=10; write_com(0x80+0x05); write_data(0x73); /写squrae write_data(0x71); write_data(0x75); write_data(0x61); write_data(0x72); write

24、_data(0x65); if(s1num=3) ys=0; write_com(0x80+0x05); /train write_data(0x74); write_data(0x72); write_data(0x61); write_data(0x69); write_data(0x6e); write_data(0x20); if(s1num=4) s1num=0; P1=0; write_com(0x80+0x05); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(

25、0x20); write_data(0x20); write_com(0x80+0x42); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); if(s2=0) delay(5); if(s2=0) while(!s2); ys+; if(s3=0) delay(5); if(s3=0) while(!s3); ys-; void main() init(); while(1) keyscanf(); if(s1num=1) /正弦波/ for(j=0;j255;j+) P0=tosinj; delay1(ys); if(s1num=2) /方波/ P0=0xff; delay1(ys); P0=0; delay1(ys); if(s1num=3) /三角波/ if(a128) P0=a; delay1(ys); else P0=255-a; delay1(ys); a+; if(!(s1&s2&s3) xsf();