数字式波形发生器课程设计

南华大学电气工程学院《电子技术课程设计》任务书设计题目：数字式波形发生器专业：电子信息工程学生姓名:唐磊学号:20084470114起迄日期:2011年2月18日~201年3月1日指导教师:李月华教研室主任：朱卫华2011年3月3日《电子技术课程设计》任务书1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：1、设计并制作频率可调且具有高稳定度的方波发生器；2、频率范围：0.01HZ～100KHZ，频率调节分度为0.01HZ；3、频率温度度：10-6/天；4、具有输出频率设定与显示功能，显示位数为9位；5、输出波形的占空比应在47%～53%之间；6、输出幅度为0～12V，分级可调，且能显示幅度，幅度与频率显示交替进行；7、输出信号上升时间＜100ns，下降时间＜50ns；8、输出阻抗＜75Ω2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3．主要参考文献：[1]康华光.电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.[2]大学生电子设计联盟．课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容12010.12.25-12.27设计电路22010.12.28-12.31安装调试32011.1.1-1.7分析实验结果并写出设计说明书主指导教师李月华日期：2010年11月28日引言波形函数发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本函数发生器采用STC89C52单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（TL082）、按键和LCD显示电路等。此电路设计清晰，出现故障容易查找错误，操作简单方便。电路采用STC89C52单片机与一片DAC0832数模转换器组成低频信号发生器。通过按键控制可分别控制选择输出的幅值和频率，同时用LCD1602显示器显示幅值和频率。所产生的波形幅值范围为0到12V；本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。一、方案设计1．系统设计1.1总体设计思路根据题目要求，经过仔细考虑，充分考虑各种因素，制定整体设计方案：以STC89C52单片机为控制核心，P1口接DAC0832信号输入并书面转换，程序控制方波的产生，通过P2口接3个按键，控制幅值电压和频率，由按键选择波形的复制电压和频率输出，由TL082运放实现DAC0832输出电流到电压的转换。在LCD1602上实时显示频率和幅值。1.2总体框图二．硬件电路本系统由单片机、波形转换（D/A）电路、显示接口电路、键盘接口电路等部分组成。总的硬件电路图为：按键控制单片机1602显示DAC0832转换TL082运放电路输出1.功能与基本原理STC89C52外接12M晶振作为时钟频率，并采用电源复位设计。产生方波程序设计思路：根据定时器溢出的时间，将频率值换算为定时器溢出的次数，使用变量暂存定时器溢出的次数，当达到规定的次数时，将输出管脚的状态进行改变达到方波的产生。另外采用查询的方式实现案件的扫描和LCD液晶的显示，中断服务程序实现方波的产生和连续按键的计时功能。1.189C52单片机简介89C52的硬件结构：256字节*8bit内部RAM；2个16位定时/计数器（T0、T1），具有四种工作方式；5个中断源和2级中断优先权；一个全双工的串行口，具有四种工作方式；2个时钟引脚XTAL1、XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了1个震荡器，它为单片机提供了时钟控制信号；复位电路等。1.2时钟电路本次设计采用的是内部时钟方式，即C52内部有一个用于构成震荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体震荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激震荡器，图3.2是C52内部时钟方式的震荡器电路。P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RES9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL219GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728EN29ALE30EA/VSS31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U3STC89C5233PFC8Cap33PFC9Cap1KR6Res222uFC7CapPol1S4SW-PB123456789J1RES9P0^0P0^1P0^2P0^3P0^4P0^5P0^6P0^7DS2LED0P2^0P2^1P2^2P2^3P2^4P2^5P2^6P2^7P1^1P1^2P1^3P1^4P1^5P1^6P1^712Y112MP3^0P3^1P3^2P3^3P3^4P3^5P3^6P3^7XTAL1XTAL2RES0.1ufC6CapGNDP1^0VCC+5VVCC+5VMCU主控电路GNDVCCV0RSRWEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BL1BL21602液晶显示U116021KR5Res2P2^0P2^1P2^2P0^0P0^1P0^2P0^3P0^4P0^5P0^6P0^7P2^7S1SW-PBS2SW-PBP2^61KR3Res21KR2Res2GND按键控制显示电路104C4Cap104C2Cap22uFC3CapPol222uFC5CapPol2VCC+15VGNDGNDGNDGNDVCC-15VVCC-15VVCC+15V1234P1Header4HGNDVCC+15VVCC-15VDS11KR1Res2VCC+5V22uFC1CapPol2VCC+5VGNDVCC+5VS3SW-PBP2^51KR4Res21-2+348U4ATL0827-6+548U4BTL082CS1WR12AGND3DI34DI25DI16DI07VREF8RFB9DGND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416XFER17WR218ILE19VDD20U2DAC0832VCC+5VVCC+5VVCC+5VVCC+5VVCC+5VGNDGNDP2^3VCC+15VGND7.5KR7Res215KR8Res215KR9Res2GNDVCC-15VVCC+15VOUTP1^1P1^2P1^3P1^4P1^5P1^6P1^7P1^012P2Header212P4Header212P3Header212P5Header2OUTGNDVCC-15VVCC+15V104C10Cap电源电路DAC0832转换电路图3.2C51内部时钟方式的震荡器电路电路中电容C1和C2典型值通常选择为30pF左右，晶振的振荡频率的范围通常是在1.2MHz～12MHz之间，晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。1.3复位电路89C51的复位是由外部的复位电路来实现的，复位结构如图3.3所示。图3.3复位结构复位引脚RST通过一个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来控制噪声，在每个机器周期的S5P2，施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。2键盘接口电路本设计中有三个按键，分别为总控制按键、频率转换按键、幅值转换按键。其与单片机的连接如图所示。3显示电路功能：驱动LCD1602液晶显示，扫描按钮1KR6Res222uFC7CapPol1S4SW-PBDS2LED0VCC+5VP2^7S1SW-PBS2SW-PBP2^61KR3Res21KR2Res2GND按键控制S3SW-PBP2^51KR4Res2VCC+5V由LCD1602液晶显示器和三个按钮组成。当第一个按键按下一次后，程序开始扫描，再由第二个按键控制显示幅值，第三个按键控制显示频率。有单片机的Ｐ０口和Ｐ２口将数字信号发送到LCD1602。LCD1602是专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，它的外接电压也是5V．扫描利用软件程序实现，其与单片机的连接如图所示。4电源电路单片机采用5V电源，DAC基准电压为15V，运放TL082采用正负15V供电。因此都采用外接电源供电。其电路图如图。5波形转换（D/A）电路功能：将波形样值的编码转换成模拟值，完成波形输出。由一片0832和TL082运放组成。DAC0832是具有20条引线的CMOS器件，它内部具有两级数据寄存器，完成8为电流D/A转换，固不需要外加电路，输出波形为正负电压，0832是电流输出型，示波器上显示的波形，通常需要电压信号，电流信号到电压信号的额转换可以由运算放大器TL082实现。在D/A转换电路中，很重要的一个参数就是基准电压（参考电压），设计中要求的最大幅值电压为12V，系统可以选用正负15V作为运算放大器供电的电源，同时用正15V作为DAC0832的基准电压。单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。利用采样定理，8位D/AGNDVCCV0RSRWEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BL1BL21602液晶显示U116021KR5Res2P2^0P2^1P2^2P0^0P0^1P0^2P0^3P0^4P0^5P0^6P0^7显示电路VCC+5VVCC+5V104C4Cap104C2Cap22uFC3CapPol222uFC5CapPol2VCC+15VGNDGNDGNDGNDVCC-15VVCC-15VVCC+15V1234P1Header4HGNDVCC+15VVCC-15VDS11KR1Res2VCC+5V22uFC1CapPol2VCC+5VGNDVCC+5V12P2Header212P4Header212P3Header2电源电路转换器对应-15V～15V的电压输出，其输入数字量应为00H～FFH。在-15V～15V的电压范围内产生波形，方波一个周期分成两个点，一个时钟中断向89C51送一个点，经过D/A转换后输出就可以得到方波。数字编码0x7f，0x90，0xa1，0xb2，0xc3，0xd4，0xe5分别对应D/A输出的0V，2V,4V,6V,8V,10V,12V。单片机的晶振控制输出周期的速度，也就是控制输出的波形频率。这样输出的方波幅值和频率都得到控制。三、课设所需设备及芯片功能介绍1.所需设备单片机最小开发系统，1602液晶屏一块，DAC0832一片，Tl082集成运放一片，PC机一台，其他器件任选。2.芯片功能介绍8位D/A转换器DAC0832简介：DAC0832当今世界在以电子信是8位分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容，这个系列的芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。这类D/A转换器由8位输入锁存器，8位DAC寄存器，8位DA转换电路及转换控制电路构成。1、DAC0832的引脚及功能：DAC0832芯片是一种具有两个输入数据寄存器的8位DAC，它能直接与MCS51单片机接口，其主要特性参数如下：·分辨率为8位；·电流稳定时间1us;·可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；·只需在满量程和下调整其线性度；·单一电源供电（＋5V～＋15V）；·低功耗，200mW。为便于DAC0832的使用，特将其应用特性总结如下：·DAC0832是微处理器兼容型D/A转换器，可以充分利用微处理器的控制能力实现对D/A转换的控制。这种芯片有许多控制引脚，可以和微处理器控制线相连，接受微处理器的控制，如ILE、/CS、/WR1、/WR2、/XFER端。·有两级锁存控制功能，能够实现多通道D/A的同步转换输出。·DAC0832内部无参考电