1、专业课程设计基于DAC的波形发生器设计波形发生器设计摘要本设计使用AT89C51单片机做控制,选择8位D/A转换器DAC0832作D/A转换。硬件方面,首先51熟悉单片机结构和工作原理,连接单片机最小系统。以后熟悉D/A转换器工作方法,经过分析后选择DAC0832单缓冲开启控制方法,完成电路框图。深入依据设计要求完成经过独立按键控制D/A输出,作出电路框图和电路原理图。软件方面:设计思绪关键表现在两点上。一是控制,经过程序控制DAC转换和输出,按键消抖,选择对应立即输出波形。二是产生波形,依据波形特点编写程序以产生对应波形数字信号。分别经过C语言和汇编语言实现简易波形发生器,输出方波、正弦波、
2、三角波、梯形波和锯齿波,经过独立按键控制分别输出不一样波形。以KILL和Proteus为设计平台,仿真测试设计结果正确性。关键字: 51单片机,DAC0832,单缓冲开启控制方法,波形发生器,C语言设计,汇编语言设计第一章绪论单片微型计算机简称单片机,是经典嵌入式微控制器(Microcontroller Unit), 常见英文字母缩写MCU表示单片机,单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功效芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器,控制器,存放器,输入输出设备组成,相当于一个微型计算机(最小系统),和计算机相比,单片机缺乏了外围设备等。概括讲:一块芯片就成了一台计算机
3、。它体积小、质量轻、价格廉价、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理和结构最好选择。它最早是被用在工业控制领域。51单片机是现在最流行8位单片机。51单片机是对全部兼容Intel8031指令系统单片机统称。该系列单片机始祖是Intel8031单片机,以后伴随Flashrom技术发展,8031单片机取得了长足进展,成为应用最广泛8位单片机之一,其代表型号是ATMEL企业AT89系列,它广泛应用于工业测控系统之中。很多企业全部有51系列兼容机型推出,以后很长一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门一个单片机,还是应用最广泛一个。需要注意是52系列单片机通常不含
4、有自编程能力。第二章DAC0832及其特征2.1 D/A转换器和单片机接口探究D/A转换器和单片机接口含有软硬相依性。在连接过程中要考虑到数据线、地址线、控制线连接。2.1.1 数据线连接 D/A转换器和单片机接口要考虑到两个问题:一个是位数,当高于8位D/A转换器和8位数据总线51单片机接口时,51单片机数据必需分时输出,这时就必需考虑数据分时传送格式和输出电压“毛刺”问题;二是D/A转化器内部结构,当D/A转换器内部结构没有输入锁存器时,必需在单片机和D/A转换器之间增设锁存器或I/O口。最常见是8位带锁存端D/A转换器和8位单片机接口,这时只需要将单片机数据总线和D/A转换器8位数据输入
5、端一一对应即可。2.1.2 地址线连接 通常D/A转换器只有片选信号,而没有地址线。这时单片机地址线采取全译码或部分译码,经译码器输出控制片选信号,也能够用某一位I/O线来控制片选信号。也有少数D/A转换器有少许地址线,用于选中片内独立寄存器或选择输出通道,这时单片机实施地址线和D/A转换器地址线对应连接。2.1.3 控制线连接D/A转换器关键有片选信号、写信号、及开启转换信号等,通常由单片机相关引脚或译码器提供。通常来说,写信号多由单片机信号控制;开启信号常常由片选信号和写信号组合形式(LE1、LE2)形成,当单片机实施一条输出指令时,传送地址使转换器片选信号有效,由实现开启。(具体实现原理
6、见1.2节)2.2 DAC0832认识图1.1 DAC0832管脚结构2.2.1 DAC0832结构DAC0832结构图1.1所表示,关键由控制逻辑电路、输入寄存器、DAC寄存器和D/A转换器组成。由上图逻辑控制电路可知:LE1=(+)ILELE2=+ 由LE1控制输入寄存器读入数据,由LE2控制输入寄存器向DAC寄存器传输数据,同时开始D/A转换。2.2.2 DAC0832引脚DAC0832引脚图1.1所表示:DI0DI7:8位数据输入线,高电平有效。ILE:数据锁存许可控制输入线,高电平有效。:片选信号输入线,低电平有效。:输入锁存器写选通输入线,负脉冲有效。输入锁存器信号就是LE1。LE
7、1负跳变有效。:数据传送控制信号输入线,低电平有效。:DAC寄存器写选通信号输入线,负脉冲有效。DAC锁存信号就是LE2,LE2负跳变有效。:模拟电流输出线。:模拟电流输出线,采取单极性输出时,通常接地。:反馈信号输入线。反馈电阻被制作在芯片里,用作外接运放反馈电阻,为D/A转换器提供电压输出。:参考电压输入端。要求外接一精密电压源,电压范围在-10V+10V之间选定。经过符号来改变输出极性。:电源接口。AGND:模拟地。DGND:数字地。注:数字信号高频噪声很大,假如模拟信地和数字地混合话,就会把数字噪声传到模拟部分,造成干扰。假如分开话,高频噪声能够在电源处经过滤波来消除掉。2.2.3 D
8、AC0832开启控制方法 DAC0832有三种开启控制方法: (1)直通方法:将、信号全部接地,ILE信号引脚接高电平,只要数据传送到数据线上,两级锁存器同时开始工作,并开启D/A转换,即转换器处于非受控状态。在这种工作方法下,转换器数据线不能直接和单片机数据线(P0.0P0.7)相连接。因为P0口分时复用为低8位地址总线和数据总线,对输出无锁存能力,会使转换器输出不确定。不过能够将ADC数据线连接到某个I/O口上,实施端口输出指令(MOV Px A)即可开启一次D/A转换。这种方法极少采取。 (2)单缓冲方法:两级锁存器接收同一个控制,比如将和直接接地,8位ADC锁存器处于非受控状态,只有8
9、位输入锁存器处于受控状态,即此时仅有LE1控制ADC。这种方法在不要求多个模拟同时输出时采取。 (3)双缓冲方法: 俩个锁存器全部处于受控状态,单片机要对转换器进行两步写操作:第一次实施指令使LE1有效,称作第一级缓冲,第二次实施指令使LE2有效,称作第二级缓冲。这种方法优点是数据接收和开启转换能够异步进行,可在D/A转换同时接收下一个转换数据,以提升转换速度,还能够实现多个转换器同时开启转换,同时输出。第三章 硬件设计3.1 开启方法选择 因为本设计要求设计一个波形发生器,要求能产生正弦波、方波、三角波、梯形波、锯齿波,而且由按键控制输出波形。故各个波形输出并非同时输出,而是由按键控制,单个
10、输出,而且本例只需要一个DAC,假如选择双缓冲方法就会加大无须要难度;直通方法不能有效控制DAC转换,转换时可能会出现数据流失。故选择单缓冲开启控制方法来驱动DAC0832。3.2 框图设计依据2.1节判定,选择AT89c51单片机作控制,实现电路框以下:图2.1 硬件设计框图3.3 电路图设计依据以上框图,选择+12V基准电压,选择一级集成运放作放大电路,连接A/D转换电路图以下:图2.2 单片机和ADC连接方法 另外加上单片机最小系统,用P1口控制输出波形,电路连接以下:图2.3 电路原理图第四章 程序设计4.1 程序步骤图4.1.1 程序设计思绪 (1)因为要使用到按钮(本例中选择独立按
11、键),必需使用到键盘扫描,首先要进行键盘消抖,然后经过扫描确定是哪个按键被按下,经过I/O口(本例中为P1口)数据判定选择五种波形中哪一个; (2)依据(1)中结果,经过编程产生各个波形数字信号; (3)控制DAC转换数字信号为模拟信号。程序框图以下:图3.1 程序设计思绪4.1.2步骤图在本步骤图中分别以k1、k2、k3、k4、k5代表单片机I/O口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4;设置flag1、flag2、flag3、flag4、flag5为1时分别代表方波、正弦波、三角波、梯形波、锯齿波。当确定按键按下时,令相对应flagx=1,然后用连续判定程序来选择将要输出波形。程
12、序实现了只需按一下按钮便可连续输出对应波形。步骤图以下: 图3.2 程序步骤图4.2 用C语言实现 依据程序步骤图用C语言编程,得C语言实现代码为:#include #include #define DAC0832 XBYTE0x7fff sbit k1=P10; sbit k2=P11; sbit k3=P12; sbit k4=P13;sbit k5=P14;int flag1=0;int flag2=0;int flag3=0;int flag4=0;int flag5=0;unsigned char code zhengxian256= 此处省略为正弦波数字信号 ;void delay
13、() /延时程序 int i; for(i=0;i1000;i+); void panduan(void) /函数panduan用于扫描按键状态,判定输出波形 if(k1=1) /按键消抖 delay(); if(k1=1) /经过赋值flag选择波形 flag1=1; flag2=0; flag3=0; flag4=0; flag5=0; if(k2=1) delay(); if(k2=1) flag1=0; flag2=1; flag3=0; flag4=0; flag5=0; if(k3=1) delay(); if(k3=1) flag1=0; flag2=0; flag3=1; fl
14、ag4=0; flag5=0; if(k4=1) delay(); if(k4=1) flag1=0; flag2=0; flag3=0; flag4=1; flag5=0; if(k5=1) delay(); if(k5=1) flag1=0; flag2=0; flag3=0; flag4=0; flag5=1; void boxing(void) /函数boxing用于产生选择好波形 if(flag1=1) /产生方波 DAC0832=0x00; delay(); DAC0832=0xff; delay(); else if(flag2=1) /产生正弦波 int i; for(i=0;
15、i256;i+) DAC0832=zhengxiani; else if(flag3=1) /三角波 int i; for(i=0;i0;i-) DAC0832=i; else if(flag4=1) /梯形波 int i; for(i=0;i255;i+) DAC0832=0; for(i=0;i0;i-) DAC0832=0XFF; for(i=255;i0;i-) DAC0832=i; else if(flag5=1) /锯齿波 int i; for(i=0;i255;i+) DAC0832=i; void main() /主函数 P1=0x00; while(1) panduan();
16、 boxing(); 4.3 用汇编语言实现在用C语言实现设计以后,我又尝试使用汇编语言完成任务,因为对汇编语言还不够熟悉,只做到了以开关控制矩形波、三角波、梯形波和锯齿波。程序为:START: MOV DPTR ,#7FFFH MOV A,#00 LOOP: MOV R0 ,#00 MOV P1 ,R0 MOV R0 ,P1 JB P1.0 , K0 JB P1.1 , K1 JB P1.2 , K2 JB P1.3 , K3 K0: AJMP LOOP1 K1: AJMP LOOP2 K2: AJMP LOOP3 K3: AJMP LOOP4 LOOP1: MOV A,#00 ;LOOP1
17、:方波 MOVX DPTR ,A MOV R1, #255 MOV R4, #255 DEL1: DJNZ R1,$ DJNZ R4, DEL1 MOV A,#255 MOVX DPTR ,A MOV R1, #255 MOV R4, #255 DEL2: DJNZ R1,$ DJNZ R4, DEL2 LJMP LOOPLOOP2: ;LOOP3:三角波形 UP: MOVX DPTR,A INC A CJNE A,#0FFH,UPDOWN:MOVX DPTR,A DEC A CJNE A,#00H,DOWN LJMP LOOPLOOP3: ;LOOP4:梯形波 UP1: MOVX DPTR,
18、A ;上升阶段 INC A CJNE A,#0FFH,UP1 MOVX DPTR ,A ;上底 MOV R1, #255 DJNZ R1,$ DOWN1:MOVX DPTR,A ;下降阶段 DEC A CJNE A,#00H,DOWN1 MOVX DPTR ,A ;下底 MOV R1, #255 DJNZ R1,$ LJMP LOOPLOOP4: MOVX DPTR ,A ;LOOP5:锯齿波 INC A MOV R1, #10 DJNZ R1,$ LJMP LOOP END第五章 Proteus仿真及结果将程序代码在Kill中编译输出.HEX文件,烧写进单片机中,用Proteus仿真软件仿真
19、,得到输出波形为:5.1方波:图5.1 输出方波波形5.2正弦波:图5.2 输出正弦波形5.3三角波:图5.3 输出三角波形5.4梯形波:图5.4 输出梯形波形5.5锯齿波:图5.5 输出锯齿波形设计心得: 经过这次课程设计,让我对单片机结构和功效愈加熟悉了,同时也加强了我对KILL、Proteus熟悉度,让我在实践中利用所学知识,加强了我对单片机相关知识和数电模电知识掌握。单片机设计是一个复杂过程,需要经历硬件设计和软件设计,硬件设计首先需要依据设计目标画出框图,依据设计需要选择元件连接成电路图。软件设计则需要依据电路原理图考虑到三条线:控制线、地址线、数据线,依据所要实现结果画出程序步骤图
20、,依据步骤图编写程序代码。在KILL中调试排错。在硬件和软件设计完成后,还需将二者结合,也就是说将程序产生.HEX文件烧写进单片机,硬件和软件必需衔接合适,不然就不能正常运行,必需改变电路结构或改变程序。比如在这次设计中,针对DAC0832单缓冲开启控制方法程序就不能直接考入直通方法电路中,反之亦然。电路有很多个连法,程序也是灵活多变,只有正真了解它们原理,才能利用自如。我在单片机课程中学习了汇编语言,于是在此次设计尝试使用汇编实现目标,发觉自己对汇编代码还不熟悉,对汇编设计思绪还不明确,经验还不足,还需努力,多用多练。我深知此次在仿真层面设计和真正焊接制作实物还有很大差距,以后日子里还要愈加上进,认真学习知识,熟练利用知识,让自己更上一层楼!参考文件:1 李建忠单片机原理及应用第三版 西安电子科技大学出版社2 谭浩强C语言程序设计第四版清华大学出版社3 阎石 数字电子技术基础第五版 高等教育出版社
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