单片机简易低频信号发生器

湖南工程学院课程设计课程名称单片机课程设计课题名称简易低频信号发生器专业班级学号姓名指导教师李晓秀、汪超等2015年3月13日等级:湖南工程学院课程设计任务书课程名称单片机原理与应用课题简易低频信号发生器设计专业班级学生姓名学号指导老师李晓秀审批任务书下达日期2015年03月02日任务完成日期2015年03月13日设计内容与设计要求设计内容：本课题要求以MCS-51系列单片机为核心，设计一个简易低频信号发生器。要求能方便的用按键控制系统输出0.1～50HZ的正弦波、三角波和方波信号，并在四位LED显示器上显示波形标志和频率档位。设计要求：1）确定系统设计方案；2）进行系统的硬件设计；3）完成必要的参数计算与元器件选择；4）完成应用程序设计；5）应用程序的调试。主要设计条件1、PC机及单片机调试软件；2、PROTUES软件；3、系统设计、调试所需的元器件。说明书格式1.课程设计任务书2.目录3.总体方案确定4.各单元硬件电路设计及计算方法5.软件设计与说明（包括流程图）6.调试结果与必要的调试说明7.总结8、参考文献9、附录附录A系统原理图附录B程序清单10、课程设计成绩评分表。进度安排设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、单片机学习机焊接星期三、单片机学习机例程调试星期四、系统总体方案、硬件设计星期五、软件设计及调试第二周星期一、软件设计及调试星期二、软件设计及调试星期三、软件设计及调试星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩参考文献[1]、《微型计算机原理及应用》许立梓编机械工业出版社2002[2]、《微型计算机接口技术及应用》刘乐善编华中理工大学出版社2000[3]、《计算机硬件技术基础试验教程》邹逢兴编高等教育出版社2000[4]、《16位微型计算机原理接口及其应用》周佩玲编中国科学技术大学出版社2000[5]、《微型计算机原理与接口技术》吴秀清编中国科学技术出版社2001[6]、《微型计算机接口技术》邓亚平编清华大学出版社2001[7]、《单片机原理及及应用》王迎旭编机械工业出版社2001[8]、《单片机应用程序设计技术》周航慈著北京航空航天大学出版社2002[9]、《单片机实用技术问答》谢宜仁主编人民邮电出版社2002目录第1章总体方案论述----------------------------------------11.1任务分析--------------------------------------------11.2系统总设计图-----------------------------1第2章硬件设计-------------------------------------------22.1复位电路-------------------------------------------22.2数码显示电路---------------------------------------32.3按键电路-------------------------------------------42.4波形显示电路---------------------------------------5第3章软件设计-------------------------------------------63.1初始化程序-----------------------------------------63.2开机显示程序---------------------------------------63.3按键显示程序---------------------------------------73.4波形数据产生---------------------------------------8第4章调试与仿真----------------------------------------104.1方波的仿真-----------------------------------------104.2正弦波的仿真---------------------------------------114.3三角波的仿真---------------------------------------12第5章总结------------------------------------------------14第6章参考文献-------------------------------------------15附录A总电路设计图-------------------------------------16附录B源程序清单---------------------------------------171第1章总体方案论述1.1任务与要求本课题要求以MCS-51系列单片机为核心，设计一个简易低频信号发生器。要求能方便的用按键控制系统输出0.1～50HZ的正弦波、三角波和方波信号，并在四位LED显示器上显示波形标志和频率档位。根据课程要求，在开机时显示开机画面（开机显示0000）。正弦波、方波、三角波可以用单片机汇编语言程序写出并通过数模转换显示出来。通过按键决定输出的波形。并且设置一个复位键。1.2系统总体设计方案经过讨论分析，系统总体设计方案如图1-1所示。按键AT89C51复位时钟D/A转换器DAC0832波形输出数码显示图1-1系统总体设计2第2章硬件设计2.1复位电路RST引脚接硬件复位电路，P0口接数码显示的位控，P1口接数码显示的段控，P2口接D/A转换输入，P3.0～P3.2接按键电路。按下图中按键K4，单片机复位。单片机引脚XTAL1和XTAL2分别是反向放大器的输入端和输出端，构成一个自激振荡电路，如图2-1所示。图2-1复位时钟电路32.2数码显示电路本课题使用共阳极数码管，数码显示管的段控由单片机的P1口控制，A～DP分别接单片机的P1.0～P1.7口，位控由单片机的P0口控制，P0.0～P0.3分别通过一个非门接入1，2，3，4位。如图2-2所示。图2-2数码显示电路42.3按键电路单片机P3.0～P3.2口分别接入K1～K3按键，当按下去时对应的接口为低电平，即当检测到某个接口为低电平时，就调用对应的波形程序。K1为方波，K2为正弦波，K3为三角波。电路接线如图2-3所示。图2-3按键电路52.4波形显示电路单片机的P2.0～P2.7将信号输入DAC0832的DI7～DI0口，DAC0832接成直通,WR1,WR2，XFER,CS引脚接地。ILE接高电平，Iout1,Iout2通过运放与Rfb相连接入示波器显示，方波由P2.7口直接输出。如图2-4所示。图2-4波形显示电路6第3章软件设计3.1初始化程序主程序，调用显示程序，调用按键程序，调用应用程序。以单片机作为控制器，用中断查表法完成波形数据的输出，控制键控制单片机往DAC0832送波形数据实现数模转换，再用D/A转换器输出规定的波形信号由示波器显示，方波信号直接由单片机的端口输出。设置显示缓冲区，并置显示缓冲区初值。如图3-1所示。3.2开机显示程序设置开机显示0000，进入待机模式。如图3-2所示。置显示缓冲区初值开始T0置初始值T0开放中断结束开始初始化显示开机画面结束图3-1初始化流程图图3-2开机显示流程图73.3按键程序当有键按下时，进入防抖动程序，如果是抖动，无键按下，则返回，若有键按下，则进入按键处理。同时显示不同的内容。如图3-3所示。图3-3查键流程图以上是判断按键是否按下，并处理的设计思路，按键处理子程序如下图所示，通过判断按下的不同的键，执行不同的功能。检查4个键是否有键按下，若有键按下，则执行相应的功能。这里4个键分别用于复位、正弦波，锯齿波和方波的选择功能。由于本次课程设计只需用到4个按键，所有不采用矩阵式键盘，而采用独立按键。如图3-4所示。开始初始化查键有键按下？按键处理YN8图3-4按键流程图3.4波形数据产生波形数据产生使用的是定时器T0的中断程序。当定时器溢出时，发生一次中断。当发生中断时，单片机将按波形数据表中的波形数据一一送入DAC0832，DAC0832再根据输入的输入数据大小输出对应的电压。如图3-5所示。开始复位？方波？正弦波？三角波？返回执行复位功能输出方波输出正弦波输出三角波YYYYNNNN9图3-5波形数据产生流程图流程图3-5为定时中断服务流程，当有键按下时，判断波形标志，输出波形，当为三角波或正弦波时查表输出，并表指针加1。开始重装初值判断波形标志方波输出查表输出三角波查表输出正弦波表指针加1中断返回10第4章调试与仿真本课程使用Keil软件编写程序，Protues软件进行硬件仿真，按照设计的电路选好芯片，连接好电路，电路接好后，按照预先设定好的调试步骤，逐步对电路进行系统调试，调试结果做如下：4.1方波的仿真方波由单片机的P2.7口接到示波器上仿真，K1键按下，数码管显示1--1，表示输出方波，频率为1档。仿真图如图4-1所示。图4-1方波的仿真方波仿真波形图如图4-2所示。11图4-2方波的仿真4.2正弦波的仿真K2键按下时，输出正弦波，数码管显示2--1，表示输出正弦波，频率为1档。如图4-3所示。图4-3正弦波的仿真12正弦波波仿真波形图如图4-4所示。图4-4正弦波的仿真4.3三角波的仿真K3键按下时，输出三角波，数码管显示3--1，表示输出正弦波，频率为1档。如图4-5所示。图4-5三角波的仿真13三角波波仿真波形图如图4-6所示。图4-6三角波的仿真14第5章总结这次单片机课设历时两周，我们选的课题是简易信号发生器。初次拿到题目的时候，确实有点茫然,在图书馆找了一些书看也在网上查找了相关设计，尽管有许多相似的设计方案，可还是觉得总的设计思路一直不清晰。经过我们大家一起的讨论分析和老师的指导之后，确定了方案。由于采用了单片机，使所设计的信号源具有较大的灵活性。利用单片机80C51，以DAC0832作为D/A转换器等部件，此函数信号发生器调节灵活方便，输出波形精度高且波形较为稳定。通过本次课设，使我们懂得了理论与实际的结合是很重要的。只有把理论知识和实践相结合，才能真正为社会服务，从而提高自己的实践动手能力和独立思考能力。谢谢老师给我们这一个宝贵的锻炼的机会。要对我的指导老师李老师表示衷心的感谢。从方案的选取、审题。查找资料，到系统软硬件的各部分设计工作，到最后报告的书写和完成，老师在我的整个课程设计中给了我很大的帮助和支持。15第6章参考文献[1]、《微型计算机原理及应用》许立梓编机械工业出版社2002[2]、《微型计算机接口技术及应用》刘乐善编华中理工大学出版社2000[3]、《计算机硬件技术基础试验教程》邹逢兴编高等教育出版社2000[4]、《16位微型计算机原理接口及其应用》周佩玲编中国科学技术大学出版社2000[5]、《微型计算机原理与接口技术》吴秀清编中国科学技术出版社2001[6]、《微型计算机接口技术》邓亚平编清华大学出版社2001[7]、《单片机原理及及应用》王迎旭编机械工业出版社2001[8]、《单片机应用程序设计技术》周航慈著北京航空航天大学出版社2002[9]、《单片机实用技术问答》谢宜仁主编人民邮电出版社200216附录A总电路设计图17附录B源程序清单ORG0000HLJMPMAIN;主程序ORG0003HLJMPINT01ORG0030HMAIN:MOVP0,#0FFH;给P0口高电平MOVSP,#60H;设置堆栈指针ZC:MOVR6,#01HMOVR7,#0FHCLRIT0;外部中断设置为低电平触发SETBEX0;开启外部中断0SETBEA;开启总中断START:;确保每个波形能够循环输出CJNER7,#00H,LLL0SJMPZXSJMPSTARTLLL0:CJNER7,#01H,LLL1SJMPFBSJMPSTARTLLL1:CJNER7,#02H,LLL