单片机课程设计―波形发生器

郑州轻工业学院计算机与通信工程学院单片机与接口技术课程设计总结报告设计题目：波形发生器学生姓名:系别：专业：班级：学号：指导教师：2011年12月22日郑州轻工业学院课程设计任务书题目波形发生器专业、班级学号姓名薛茹主要内容：设计一个产生各种波形的波形发生器基本要求：利用单片机P1.0引脚输出频率范围1Hz–1000Hz的正弦波、方波、三角波、梯形波、锯齿波，并用示波器观察。目录一、设计目的及意义...........................................................................-4-1.1设计目的.......................................................................................-4-1.2设计意义.......................................................................................-4-二、方案论证.......................................................................................-4-2.1设计要求.......................................................................................-4-2.2方案论证.......................................................................................-5-三、硬件电路设计...............................................................................-5-3.1设计思路、元件选型..................................................................-5-3.2原理图...........................................................................................-6-3.3主要芯片介绍..............................................................................-6-3.4硬件连线图...................................................................................-9-四、软件设计.....................................................................................-10-4.1锯齿波的产生过程....................................................................-11-4.2梯形波的产生过程....................................................................-12-4.3三角波的产生过程....................................................................-14-4.4方波的产生过程........................................................................-15-4.5正弦波的产生过程....................................................................-16-五、调试与仿真.................................................................................-17-六、总结..............................................................................................-20-七、参考文献：.................................................................................-20-一、设计目的及意义1.1设计目的（1）利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。（2）我们这次的课程设计是以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波等）且频率、幅度可变的函数发生器。（3）掌握各个接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。（4）在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的练习大家也都是分散的对各个章节的内容进行练习。因此，缺乏一种系统的设计锻炼。在课程所学结束以后，这样的课程设计十分有助于学生的知识系统的总结到一起。（5）通过这几个波形进行组合形成了一个函数发生器，使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以锻炼大家微机知识的应用。1.2设计意义波形发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。二、方案论证2.1设计要求使用计算机和数模转换器构成信号发生器，可以产生方波、三角波、锯齿波和正弦波等多种波形，波形的周期、频率可调。要求完成计算机和DAC的选型，了解不同波形的产生原理和设计方案，画出硬件电路图，并编程完成软件部分，最后调试观察产生不同类型的波形信号。（1）课程设计论文内容要正确，概念要清楚；（2）完成任务书所规定的内容；（3）附有电路原理图及程序流程图，以及程序清单；（4）文字要通顺，书写要工整，设计图纸必须符合规范。2.2方案论证信号发生器的实现方法通常有以下几种：方案一：用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。方案二：可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。方案三：利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。方案四：采用AT89C51单片机和DAC0832芯片，直接连接键盘和显示。该种方案主要对AT89C51单片机的各个I/O口充分利用.P1口是连接键盘以及接显示电路,P2口连接DAC0832输出波形.这样总体来说,能对单片机各个接口都利用上,而不在多用其它芯片,从而减小了系统的成本.也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成.占用空间小,使用芯片少,低功耗。综合考虑，方案四各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，而且这些芯片及器件均为通用器件，在市场上较常见，价格也低廉，样品制作成功的可能性比较大，所以本设计采用方案四。三、硬件电路设计3.1设计思路、元件选型设计思路：（一）、课设需要各个波形的基本输出。如输出锯齿波、三角波、方波、正弦波。这些波形的实现的具体步骤：锯齿波实现很简单，只需要一开始定义一个初值，然后不断的加1，当溢出后又重初值开始加起，就这样循环下去。三角波的实验过程是先加后减，实现方法是先是从00H开始加1直到溢出后就执行减1操作，就这样不断调用这个循环。方波的实现方法是连续输出一个数，到某个时候就改变一下值，可以把值定义为正极性的，也可以是负极性。正弦波的实现是非常麻烦的。它的实现过程是通过定义一些数据，然后执行时直接输出定义的数据就可以了。（二）、通过P1口和开关K0-K4相连接来控制各个波形的输出。能根据k0-k5键状态进行波形切换，当某一按键按下时，输出相对应的波形。元件选型：单片机AT89C51系统，DAC0832一片，PC机一台，运算放大器3.2原理图3.3主要芯片介绍（1）、DAC0832芯片介绍：0832采用双缓冲接口方式，其传送控制端接地，输入所存允许断ILE与+5V电源相连，利用一个地址码进行二次输出操作，完成数据的传送和激动转换，第一次操作室P2.6为高电平，将P0口数据线上的数据锁存于DAC0832的输入寄存器中。第二次操作是写控制信号由效，传送控制端为低电平，将输入寄存器中的内容锁存入0832的DAC寄存器中，D/A转换器便开始对锁存于DAC寄存器的8位数据进行转换，约经过1/2时钟周期后，在输出端（IOUT2、IOUT1）建立稳定的电流输出。运放的作用是将0832输出的模拟电流信号转换为电压波形。DAC0832为一个8位D/A转换器,单电源供电,在+5~+15V范围内均可正常工作。基准电压的范围为±10V,电流建立时间为1μs,CMOS工艺,低功耗20mW。DAC0832的内部结构框图如下图所示。开关AT89C51D/A转换运放各种波形各种波形输出图2-2DAC0832工作原理图DAC0832的外部引脚及功能介绍图如下：VREF8GND3VCC20CS1WR12DI34DI25DI16D107RFB9GND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416XFER17WR218ILE(BY1/BY2)19U1DAC0832图1DAC0832引脚图DAC0832内部结构资料:芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。D/A转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，还可以外接DI0~DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2:电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.Vcc:电源输入线(+5v~+15v)Vref:基准电压输入线(-10v~+10v)AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好（2）单片机AT89C51介绍：AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易