单片机课程设计多功能信号发生器设计兰州交通大学

单片机课程设计题 目： 多功能信号发生器设计 班 级： 电气*班 姓 名： * 学 号： * 指导教师： * 设计时间： 201*.*.* 评语：成绩 1.摘要 本系统利用单片机AT89S52采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，能产1Hz3kHz的波形。通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，并通过液晶屏1602显示其各自的类型以及数值，系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分以及液晶显示部分三部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。2.引言信号发生器（signal generator）是产生所需参数的电测试信号仪器。按其信号波形分为四大类：正弦信号发生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。随机信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。3.设计方案及原理 信号发生器能产生50-200Hz的正弦波、方波、三角波、锯齿波，数码管显示信号频率； 输出哪一种波形由四个按键控制；波形的极性、幅度、周期、占空比可由按键操作设置和修改。经过考虑，我们确定方案如下：利用AT89S52单片机采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。该系统采用单片机作为数据处理及控制核心，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和变换，采用按键输入，利用液晶显示电路输出数字显示的方案。将设计任务分解为按键电路、液晶显示电路等模块。图1 为系统的总体框图 图1 总体方框图 应用89S52单片机和DAC0832进行低频函数信号发生器的设计。本设计能产生正弦波、锯齿波、三角波和方波。 ADC0832的介绍：DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA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广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。D0-D7：八位数据输入端ILE：数据允许锁存信号CS：输入寄存器选择信号WR1：输入寄存器选择信号XFER：数据传送信号WR2：DAC寄存器的写通选择信号Vref：基准电源输入端Rfb：反馈信号输入端Iout1:电流输出1Iout2:电流输出2Vcc:电源输入端 图2 ADC8032 AGND:模拟地DGND:数字地 DAC0832结构：D0D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)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（选通数据锁存器），低电平有效WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V+15VVREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V+10VAGND：模拟信号地DGND：数字信号地 根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。本设计选用直通方式。 图3 DAC0832工作时序图4 DAC0832内部结构图4.硬件设计 本系统由单片机、显示接口电路，波形转换（D/A）电路和电源等四部分构成。 功能：形成扫描码，键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；产生定时中断；形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路和显示驱动电路。 AT89S51外接12M晶振作为时钟频率。并采用电源复位设计。复位电路采用上电复位，它的工作原理是，通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过对电容充电。RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始工作。 AT89S51的P2口作为功能按钮和TEC6122的接口。P1口做为D/A转换芯片0832的接口。用定时/计数器作为中断源。不同的频率值对应不同的定时初值，允许定时器溢出中断。定时器中断的特殊功能寄存器设置如下： 定时控制寄存器TCON20H； 工作方式选择寄存器TMOD=01H； 中断允许控制寄存器IE=82H。 显示电路：驱动6位数码管显示，扫描按钮。 由集成驱动芯片TEC6122、6位共阴极数码管和5个按钮组成。当某一按钮按下时，扫描程序扫描到之后，通过P2口将数字信号发送到 TEC6122芯片。TEC6122是一款数字集成芯片。它的外接电压也是+5V，并且由于数码管的载压较小，为了保护数码管，必须在两者间接电阻，大约是560欧。扫描利用软件程序实现，当某一按键按下时，扫描程序立即检测到，随后调用子程序，执行相应的功能。 D/A电路：将波形样值的编码转换成模拟值，完成双极性的波形输出。有可供用户使用的大量I/O口线。内部存储器容量有限，应用系统开发具有特殊性。 图5 D/A转换器0832电路图图6 89C51单片机最小系统图7 功能选择电路图8 硬件电路连接原理图5. 软件设计ORG 8000H MAIN:MOV A,P1 MOV R0,A ;设置高电平 MOV R1,#00H ;设置低电平 DDIS:MOV DPTR,#0FEFFH ；输入口地址DPTRLP:MOVX A,DPTR ；按钮开关状态读入A中LCALL BOXING SJMP MAIN BOXING: JNB P1.0,SANJIAO ;P1.0控制三角波的输出 JNB P1.1,FANGBO ;P1.1控制矩形波的输出 JNB P1.2,JUCHI ;P1.2控制锯齿波的输出 JNB P1.3,ZXBO;P1.3控制正弦波的输出RET ;*三角波* SANJIAO: MOV DPTR,#7FFFH ; 选中DA0832 MOV A,#00H UP1: MOVX DPTR,A ; 向0832输出数据 INC A JNZ UP1 ; A不等于0则跳转反之顺序执行 DOWN1:DEC A MOVX DPTR,A JNZ DOWN1 RET ;*方波* FANGBO: MOV DPTR,#7FFFH LP:MOV A,R0 ;设置输出上限 MOVX DPTR,A LCALL DEL_H ;调高电平延时程序 MOV A,R1 MOVX DPTR,A LCALL DEL_L ;调低电平延时程序 RET ;*锯齿波* JUCHI: MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#00H LOOP:MOVX DPTR,A INC A SJMP LOOP RET ;*正弦波*ZXBO: DA01 : MOV R7,#0FFH MOV DPTR ,#TAB DA02 : MOV A , #00H ;累加器A初始化 MOVC A , A+DPTR ；查表 MOV R0,DPL ;DPTR的低八位送R0 MOV R1,DPH ;DPTR的高八位送R1 MOV DPTR,#7FFFH MOVX DPTR, A MOV DPL,R0 MOV DPH,R1INC DPTR DJNZ R7,DA02 AJMP DA01 TAB : DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H DB 99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEH DB 0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5H DB 0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H, 0D4H,0D6H,0D8H DB 0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H, 0F8H,0F7H,0F6H DB 0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH, 0EEH,0ECH,0EAH DB 0E9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H, 0DEH,0DDH,0DAH DB 0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH, 0CCH,0CAH,0C7H DB 0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH, 0B7H,0B4H,0B1H DB 0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H, 9FH, 9CH, 99H DB 96H, 93H, 90H, 8DH, 89H, 86H, 83H, 80H DB 80H, 7CH, 79H, 78H, 72H, 6FH, 6CH, 69H DB 66H, 63H, 60H, 5DH, 5AH, 57H, 55H, 51H DB 4EH, 4CH, 48H, 45H, 43H, 40H, 3DH, 3AHDB 16H, 18H, 1AH, 1CH, 1EH, 20H, 22H, 25H DB 3AH, 3DH, 40H, 43H, 45H, 48H, 4CH, 4EH DB 25H, 22H, 20H, 1EH, 1CH, 1AH, 18H, 16H DB 15H, 13H, 11H, 10H, 0EH, 0DH, 0BH, 0AH DB 09H, 08H, 07H, 06H, 05H, 04H, 03H, 02H DB 02H, 01H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H DB 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 01H, 02H DB 02H, 03H, 04H, 05H, 06H, 07H, 08H, 09H DB 0AH, 0BH, 0DH, 0EH, 10H, 11H, 13H, 15H DB 16H, 18H, 1AH, 1CH, 1EH, 20H, 22H, 25H DB 3AH, 3DH, 40H, 43H, 45H, 48H, 4CH, 4EH DB 51H, 55H, 57H, 5AH, 5DH, 60H, 63H, 66H DB 69H, 6CH, 6FH, 72H, 76H, 79H, 7CH, 80HRET;*延时程序* DEL_H: ;高电平 MOV R7,#202 DE:MOV R6,#11 DJNZ R6,$ DJNZ R7,DE RET DEL_L: ;低电平 MOV R7,#202 DEL:MOV R6,#11 DJNZ R6,$ DJNZ R7,DE RET END 图9 流程图6.总结通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学三年的学习效果，进一步加深了我对专业知识的了解和认识。总体来说，由于考试的影响，这次的课程设计做的很仓促，难免有很多的疏漏。在这次设计中对于所学知识的运用和衔接还不够熟练，基本的知识掌握的不够扎实，但是我将在学习中继续努力不断完善。同时使我对于单片机应用有了更深的了解，单片机应用技术发展迅速，有着广阔的应用前景，涉及面广，内容丰富，它用软件的方法设计硬件。用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的，在设计过程中可用有关软件进行各种仿真，系统可现场编程，在线升级，整个系统可集成在一个芯片上，体积小，功率低，可靠性高。其技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方法，以计算机大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译逻辑布局布线，逻辑仿真直至特定目标芯片的适配便宜编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。这个设计是对我们过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。让我深刻认识到了自己的不足，无论是对于知识的学习还是对于课设的理解都是有很大欠缺的。单片机对于我们这个专业来说还是很有用处的。但是将理论与实践能结合起来才是难点和整个设计中的关键所在，我的薄弱环节正在这里。在此，我要感谢在这次课程设计中对我给予帮助的老师和同学。7.参考文献1 王振红，张常年.综合电子技术与实践M.北京：清华大学出版社,2005.22 梅丽凤,王艳秋,汪毓铎.单片机原理及接口技术M.北京：清华大学出版社,2006.83 徐爱华.单片机应用技术教程M.机械工业出版社,2003.74 谢宜仁,谢东辰.单片机实用技术问答M.人民邮电出版社,2003.2