基于单片机的波形发生器设计

陕西理工学院毕业设计基于单片机的波形发生器设计许启动（陕理工物理与电信工程学院电子信息科学与技术专业1203班，陕西汉中723001）指导教师：宋卫星[摘要]本设计采用一块STC89C51单片机和一块DAC0832产生所需要的不同波形，也就是说用单片机（STC89C51）当作控制核心，在单片机外部用D/A电路（DAC0832）、运算放大电路（LM358）、按键与LCD液晶显示电路等，通过控制按钮可控制产生多种波形（包括方波、三角波、正弦波），然后用LCD液晶显示器将所产生的波形进行显示。本设计所采用的系统设计比较简单、性能较为优良、性价比相对较高，可用于很多种需要低频信号的场所，具有很高的实用性。[关键词]信号源；单片机；DAC0832DesignofwaveformGeneratorBasedonsinglechipmicrocomputerXuQidong（Grade12,Class3,MajorElectronicInformationScienceandTechnology,PhysicsDept.,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723000,Shaanxi）Tutor:SongWeixingAbstract:ThisarticlebydesignofsystemisusingSTC89C51singletabletsmachineandarraydieconversiondevicesDAC0832producedbyrequireddifferentsignaloflowfrequencysignalsource,isusedSTC89C51singletabletsmachineascontrolcore,andinperimeteruseddigital/simulationconversioncircuit(DAC0832),andoperationalamplifiercircuit(LM358),andpressandLCDdisplaylampcircuit,bypresscancontrolproducedsquare,andsawtoothwave,andtrianglewave,andsinewave,whilewithLCDdisplaylampindicatescorrespondsofwaveformoutput.Thissimplesystemdesignedbydesign,excellentperformance,cost-effective,placeswithlowfrequencysignalsourcecanbeusedforavarietyofneeds,withacertaindegreeofpracticality.Keywords:Signalsource,SingleChipMicyoco(SCM),Digitaltonalogconverter陕西理工学院毕业设计目录1引言....................................................11.1选题目的及研究意义.........................................11.2波形发生器的发展现状....................................11.3波形发生器的发展趋势....................................11.4本设计初步思路..........................................12系统总体方案设计.........................................22.1概述....................................................22.2系统硬件设计方案........................................22.3系统软件设计方案........................................33波形发生器硬件设计.......................................43.1D/A转换器..............................................43.1.1D/A转换器的主要技术指标..........................43.1.2DAC0832转换器....................................43.2单片机的选择............................................53.2.1单片机及其外围电路的设计.........................53.2.2复位电路..........................................73.2.3时钟电路..........................................73.2.4键盘输入电路设计..................................83.3显示电路的设计..........................................83.4放大电路的设计..........................................94波形发生器软件设计......................................104.1主程序流程图...........................................104.1.1方波产生设计.....................................11陕西理工学院毕业设计4.1.2三角波产生设计...................................114.1.3正弦波产生设计...................................124.2幅值及频率的控制.......................................125电路仿真及系统调试.....................................135.1设计仿真演示...........................................135.2系统调试...............................................145.2.1硬件调试..........................................155.2.2软件调试..........................................155.2.3波形发生器的系统联调..............................156结束语..................................................15致谢...................................................15参考文献.................................................16附录A基于单片机的波形发生器电原理图.....................17附录B的基于单片机的波形发生器程序........................18附录C波形发生器元器件清单...............................26陕西理工学院毕业设计第1页共26页1引言1.1选题目的及研究意义波形发生器是一种信号源，它被广泛用于电子电路、自动控制和科学试验等这些领域。例如：测量电参量、雷达、通信、电子对抗与电子系统、宇航和遥控遥测技术等等，所以可以说——高质量的信号源是高性能指针实现的关键，许许多多的现代电子仪器设备和许多系统功能的实现都得取决于其信号源的性能，因此可以说高质量的信号源是诸多电子系统的“命脉”。伴随着通信技术以及雷达技术的快速发展，对信号源的一些性能（例如频率稳定度、频谱的纯度、频率的范围、其输出频率的个数以及信号波形的形状）提出了更多的要求。为了提升它的输出频率稳定度，我们可以运用晶体振荡器等一系列方法来解决。为满足频率个数多此要求，可采用合成频率技术，也就是说通过对频率进行一系列数学运算（加、减、乘、除），能从一个稳定度以及准确度都很高的标准频率源，产生足量的具有同一稳定度跟准确度的不同的频率。1.2波形发生器的发展现状时至今日，市场上可见的信号发生器数量众多，其功能也是多样化。一般情况下，我们按照频带可以分为以下几种：1）超高频信号发生器2）高频率信号发生器3）低频信号发生器4）超低频信号发生器为了产生所需的波形，我们通常会用到的是LC振荡电路。也就是我们所说的高频率、低频率以及超低频率的信号发生器，以上提到的这些发生器，它们所使用的都是“文氏桥振荡”电路，也就是我们所讲的RC振荡电路，它的原理是通过改变电路中的电容以及电阻值的大小，从而改变频率值。用前面所说的原理设计出来的信号发生器，它能够输出的波形一般有且只有两种，就是我们比较熟悉的正弦波和脉冲波，它的零点是没办法调整的，并且价格相当昂贵。但是在这里要提出的一点是，在实际应用中，超低频率波和高频率波一般是不会用到的，我们只会用到中高频，也就是频率处于几十HZ到几MHZ之间。用单片机STC89C51，加上一片DAC0832，就可以完成一个简单信号发生器的设计，其频率受单片机运行的程序的控制。可以把产生各种波形的程序，写在ROM中，装入本机，按用户的选择，运行不同的程序，产生不同的波形。再在DAC0832输出端加上一些电压变换电路，就完成了一个频率、幅值、零点均可调的多功能信号发生器的设计。这样的机器体积小，价格便宜，耗电少，频率适中。1.3波形发生器的发展趋势波形发生器的发展趋势是更高取样率，更高分辨率和更大存储量。在生产实践和科技领域中有着广泛的应用，各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为波形信号发生器。在通信、广播、电视系统、工业、农业、生物医学等领域内，都有着尤为重要的作用，除此之外，波形信号发生器在实验和设备检测中具有十分广泛的用途。1.4本设计初步思路本次设计将采用STC89C51及其外围扩展系统，软件方面主要是应用C语言设计程序。系统以AT89C51单片机为核心，配置相应的外设及接口电路，用C语言开发，组成一个多功能信号发生系统。该系统的软件可运行于WindowsXP环境下，硬件电路设计具有典型性。同时，本系统中任何一部分电路模块均可移植于实用开发系统的设计中，电路设计具有实用性。利用单片机STC89C51和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现正弦波，方波，三角波，这三种常见波形的发生，并且可以接收外接键盘输入而在一定范围内改变频率[1]。陕西理工学院毕业设计第2页共26页波形信号发生器构成原理如图1.1所示。输出电路单片机系统2号D/A转换器参考电压输出图1.1波形信号发生器的构成2号D/A转换器2系统总体方案设计2.1概述本设计是利用STC89C51单片机和数模转换器件DAC0832产生所需正弦波、三角波、方波电电波形。其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，STC89C51的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。根据对毕业设计的要求，文中着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。信号频率幅度也按要求可调。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波与方波，再将三角波变成正弦波或将方