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1、单片机课程设计说明书目录1引言12 设计要求12.1 课程设计目的12.2课程设计内容和要求12.3设计工作任务及工作量的要求13 方案设计23.1设计原理24 电路器件介绍24.1单片机简介24.2 DAC0832简介34.3 LM358的介绍35 电路设计及原理分析45.1单片机引脚分配45.2时钟电路45.3复位电路45.4键盘接口电路55.5数模转换电路66 系统软件设计66.1正弦波的产生66.2三角波的产生76.3 程序流程图77 电路仿真及结果分析87.1仿真软件的介绍87.2仿真电路及其仿真结果88 实物图及其输出波形99 课程设计体会11参 考 文 献12附录A:主电路图13
2、附录B:主程序14第21页 共20页1 引言信号发生器是一种经常使用的设备,本次实现利用单片机STC89C51和8位D/A转换芯片DAC0832 共同实现三角波、正弦波这两种常用波形的发生。根据设计的要求，对波形的频率进行程序的编写，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，键盘可以实现对两种波形的切换。2 设计要求2.1 课程设计目的本设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、软件程序的设计等，以便使学生掌握有关单片机控
3、制的设计思想和设计方法。为学生今后从事单片机控制系统开发工作打下基础。学习proteus仿真软件实现电路的仿真。2.2课程设计内容和要求本课程设计的基本要求是使学生全面掌握单片机控制系统设计的基本理论，熟悉掌握单片机的编程方法，用89C52系列单片机实现能输出0.150Hz的正弦波、三角波信号的低频信号发生器。其中正弦波、三角波信号可以用按键选择输出。要求用单片机作为信号数据产生源，用中断查表法完成波形数据的输出，再用DA转换器输出规定的波形信号。2.3设计工作任务及工作量的要求1根据题目要求的指标，通过查阅有关资料，确定系统设计方案，并设计其硬件电路图。2画出电路原理图，分析主要模块的功能及
4、他们之间的数据传输和控制关系。3. 用Proteus软件绘制硬件电路图并仿真。4. 软件设计包括流程图、用汇编语言或C语言对软件进行编译，并能通过调试。 3 方案设计利用单片机构造低频信号发生器，可产生正弦波，三角波波形，再通过D/A 转换器DAC0832 把数字信号转变为模拟信号，经LM358 放大输出到示波器。 3.1设计原理该信号发生器原理框图如图3-1，总体原理为：利用STC89C51单片机构造低频信号发生器，可产生正弦波，三角波波形，通过C语言对单片机的编程即可产生相应的波形信号，并可以通过键盘进行各种功能的转换和信号频率的控制，当输出的数字信号通过数模转换成模拟信号也就得到所需要的
5、信号波形，通过运算放大器的放大输出波形。STC89C51单片机DAC0832复位键键盘运放图 3-1 信号发生器原理框图4 电路器件介绍4.1单片机简介STC89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。STC89C51 提供以下标准功能：4k字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。其引脚图如图4-1。图 4-1 STC89C51引脚图图 4-2 DAC0832引脚图4.2 DAC0832简介DAC0832是采样频率为八位的
6、D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要, 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。D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。 DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。其引脚图如图4-2。4.3 LM358的介绍LM358 里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放， 适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源
7、工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合图 4-3 LM358引脚图于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC 增益 部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的 场合。如图4-3。5 电路设计及原理分析5.1单片机引脚分配XTAL1、XTAL2：外接电路，产生时钟信号；RST：外接复位电路；P2：外接数模转换与放大电路，波形信号输出；P3
8、：外接矩阵键盘；5.2时钟电路图5-2 时钟电路 STC89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶休或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图5-2。5.3复位电路单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时单片机复位，根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持
9、续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。如图5-3。图5-3 复位电路5.4键盘接口电路图5-4 键盘接口电路1检测键盘上是否有键按下：将行线送入低电平，列线送入高电平。读入P3口的状态来判别。其具体过程如下：P3口输出0FH，即所有行线置成高电平，所有列线置成低电平，然后将P3口状态读入与0FH比较。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入状态不全为1。2识别键盘中哪一个键按下：确认有键按下后，保存行扫描时有键按下时的状态X 。P3口输出F0H，进行列扫描，保存列扫描状态Y，取出键值Z=X
10、|Y.例如第一行第一列有键按下，那么行扫描读入的状态为00001110，列扫描读入的状态为11100000，最后键值Z=11101110=EEH，然后转去执行相应的服务程序。如图5-4。5.5数模转换电路 由于单片机产生的是数字信号，要想得到所需要的波形，就要把数字信号转换成模拟信号，选用具有8位分辨率的数模转换器DAC0832。连接电路如图5-5所示。DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。DAC0832是电流型输出，在应用时外接运放LM358使之成为电压型输出。图5-5数模转换电路6 系统软件设计首先对程序初始化，然后判断是否有键值
11、按下，若有键值按下则计算相关参数，利用中断定时和查询查表输出波形， 其程序框图如图5-1所示。6.1正弦波的产生正弦波波形设计通过查表指令得出，指令表通过C+产生。如图6-1。图6-1 正弦波的产生6.2三角波的产生三角波中的斜线用一个个小台阶来逼近，在一个周期内从最小值开始逐步递增，当达到最大值后再用同样逼近方法，如此循环，当台阶间隔很小时，波形基本上近似于直线。适当选择循环的时间，可以得到不同周期的三角波。6.3 程序流程图根据设计要求，确定编程思想，现程序流程图如图6-3所示。图6-3 程序流程图7 电路仿真及结果分析7.1 仿真软件的介绍Proteus软件是英国Lab Center E
12、lectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。7.2仿真电路及其仿真结果7.2.1仿真电路图图7-1 电路仿真电路图7.2.2仿真结果图7-3 正弦波形图7-2 正弦波形图7-5 三角波形图7-4 三角波形8 实物图及其输出波形8.1实物图 通过前面的软硬件设计以后，整个电路的设计基本完成，系统在以Proteus这款软件为平台，对正弦波和三角波进行了仿真与测试，通过仿真证明了电路
13、软硬件设计的正确性。最后就是进行焊接实物图并且测试实物图的正确性。 系统硬件的整体实物图如下图所示：图8-1 实物图图8-2 正弦波图8-3 三角波9 课程设计体会通过此次课程设计，首先我学会了怎么去使用Proteus,并学到很多的东西。对单片机有了进一步的了解。但是在做课程设计的过程中，也出现了一些问题，最主要还是在使用Proteus仿真中，出现电路设计的一些问题。 通过这次课程设计，使我明白了自身的不足，还有就是学习上存在的以应试为目的的陋习，自己真正学到的知识还是相当有限的，而且都是很死板的知识，并没有做到活学活用。而且，在专业软件学习方面还要有很大的提升的需要。 参 考 文 献1.孙涵
14、芳.MCS-51/96系列 单片机原理及应用（修订版）.北京航空航天大学出版社.1994 2.李朝青.单片机原理及接口技术（第3版）.北京航空航天大学出版社.2005附录A:主电路图图9-1 主电路图设计附录B:主程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int #define KeyPort P3/键盘扫描sbit CS=P10; sbit WR1=P11; sbit ILE=P12; sbit WR2=P13;sbit XFER=P14;uchar mode,shi,ge,fre;uint th0,tl0; /定时器初始设定值uchar code tosin256= /正弦波数据表0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0x
