基于AT89C52单片机简易函数信号发生器设计

1学号：51湖南文理学院机械工程学院课程设计题目基于AT89C52单片机的简易函数信号发生器设计专业机械电子工程班级机电08101班姓名谭鹏辉指导教师陈卫国2011年12月07日2课程设计任务书姓名谭鹏辉学号51班级机电08101班课程名称单片机课程设计课程性质必修设计时间2011年11月28日——2011年12月9日设计名称基于AT89C52单片机的简易函数信号发生器设计设计要求1)以单片机为核心，经过D/A转换和放大电路的处理，最后输出信号；2)要求能输出正弦波、三角波、锯齿波和方波四种信号；3)输出信号可以通过按键来改变4)完成系统电路设计；5)完成系统软件设计；6)完成系统Proteus下的仿真。5）完成课程设计报告。计划与进度时间：二周1)方案设计2天2)电路设计2天3)软件设计3天4)软、硬件联调2天5)系统仿真2天6)答辩1天7)完成报告2天任课教师意见年月日教研室主任签名年月日说明平时考勤：20%设计：30%仿真：20%答辩：10%设计报告：20%共计100分。3目录目录..............................................................摘要.............................................................................................................................4第一章绪论.........................................................51.1单片机概述.....................................................51.2信号发生器的分类...............................................51.3研究内容.......................................................5第二章函数信号发生器设计...........................................62.1课程设计的目的...................................................62.2课程设计要求...................................................6第三章设计方案.....................................................73.1系统主要功能...................................................73.2系统硬件构成及功能.............................................72.2.1AT89C52单片机及其说明....................................73.2.2资源分配.................................................103.2.3D/A转换模件部件.........................................113.2.4外部控制模块部件74LS22..................................123.2.5放大部分.................................................123.3系统软件设计及接口电路........................................133.3.1信号频率数据采集.........................................133.3.2正弦波产生程序...........................................133.3.3三角波产生程序...........................................143.3.4方波产生程序.............................................143.3.5锯齿波产生程序...........................................153.3.6信号放大模块设计...................................................................................153.3.7数模转换模块设计..................................................................................16第四章仿真图及及结果分析...................................................................................................174.1波形发生器的调试与测试.............................................................................174.2仿真结果图.....................................................................................................18第五章总结与展望...................................................20参考文献...........................................................21附录一元器件清单..................................................22附录二程序清单....................................................23附录三电路原理图...................................................304摘要本次作品是一个基于单片机设计的函数信号发生器。函数信号发生器的设计方法有多种，利用单片机设计的函数信号发生器具有编程灵活，功能更以扩充等实际的优点。利用单片机设计的函数信号发生器能够产生正弦波，锯齿波，三角波，方波，并实现对频率和占空比的调节，以及液晶屏显示波形名称和波形频率，波形的切换和频率的调节以及占空比的改变都可以用按键实现。在编程语言上，我们选择自身比较熟悉的C语言，这样在后期波形的调试及与硬件衔接方面更容易发挥出自身优势。经过设计及后期长时间的调试，设计的所有功能均已实现。关键词：单片机，函数发生器，液晶LCD5第一章绪论1.1单片机概述随着大规模集成电路技术的发展，中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、(I/O)接口、定时器/计数器和串行通信接口，以及其他一些计算机外围电路等均可集成在一块芯片上构成单片微型计算机，简称为单片机。单片机具有体积小、成本低，性能稳定、使用寿命长等特点。其最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中，这是其他计算机和网络都无法做到的[9,10]。1.2信号发生器的分类信号发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也不尽一致。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为：正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：脉冲信号发生器，函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。1.3研究内容本文是做基于单片机的信号发生器的设计，将采用编程的方法来实现三角波、锯齿波、矩形波、正弦波的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出6第二章：函数信号发生器的设计设计一个基于单片机的函数信号发生器，该函数信号发生器可以输出四种波形，有正弦波，锯齿波，三角波，方波。在此基础上进一步实现对波形频率和占空比的调节，并用液晶屏分两行显示波形名称和波形频率。2.1课程设计的目的：1、巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决实际课题设计的能力。2、培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的能力，提高组成系统、编程、调试的动脑动手能力。3、通过对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉运用单片机系统开发、软硬件设计的方法内容及步骤。4、掌握DAC0832，LM324,74LS22的接口电路，及使用方法。5、熟悉掌握函数信号发生器的工作原理。2.2课程设计要求：1、熟悉组成系统中的实验模块原理，画出实验原理图。2、写出完整的设计任务书：课题的名称、系统的功能、硬件原理图、软件框图、元件清单、程序清单、参考资料。3、输出几种波形，实现对频率和占空比的调节，以1HZ作为步进进行调节。7第三章：设计方案3.1系统主要功能该函数信号发生器可以输出四种波形，有正弦波，锯齿波，三角波，方波。在此基础上进一步实现对波形频率和占空比的调节，并用液晶屏分两行显示波形名称和波形频率。3.2系统硬件构成及功能函数信号发生器的设计总体框图如图所示，主要有单片机AT89C52,电源，键盘模块，LCD1602显示模块构成。按案件模块：由5个复位开关与74LS21组成的系统通过对单片机传输中断信号来实现波形切换及频率和占空比的调节。显示模块：用LCD1602，分行显示波形类型和波形频率的显示。电源模块：电源模块有220V市变电压经变压，整流，稳压得到+-5V,+-12V的电压，维持系统正常工作。系统的总体框图如图1所示：图1系统总体框图3.2.1AT89C52单片机及其说明AT89C52为8位通用微处理器键盘显示控制器显示模块键盘模块波形输出模块电源源主控器AT89C528图2.PDIP封装的AT89C52引脚图采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0口P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为