专业课程设计基于DAC的波形发生器设计.docx

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