基于单片机的信号产生电路的设计毕业论文

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1、1 基于单片机的信号产生电路的设计基于单片机的信号产生电路的设计 目 录 1.绪论 .1 1.1 信号发生器现状 .1 1.2 单片机在低频信号发生器中的应用 .1 2.系统设计 .3 2.1 系统方案的比较 .3 2.2 控制芯片的选择 .3 3.硬件电路的设计 .4 3.1 基本原理： .4 3.2 单片机的介绍及资源分配： .4 3.3 各部分电路原理.9 4.软件设计 .13 4.1 主程序流程图 .14 4.2 子程序流程图.14 5.测试结论 .18 5.1 软件仿真结果 .18 5.2 硬件测试结果.19 6.参考文献 .22 附录 1 元件清单 .23 附录 2 电路原理图 .

2、24 附录 3 程序清单 .26 附录 4 PROTEUS 仿真系统简介 .30 2 摘要摘要 本系统是基于 AT89S52 单片机的数字式低频信号发生器。采 用 AT89S52 单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路 （DAC0832）、稳压电路（MC1403）、运放电路（LM324）、按键和 LED 显示灯 电路等。通过按键控制可产生方波、锯齿波、三角波、正弦波等，同时用 LED 显示灯指示对应的波形。其设计简单、性能优良，可用于多种需要低频 信号源的场所，具有一定的实用性。 关关键词键词 单片机；信号发生器；D/A 转换 1 1.绪论 1.11.1 信号发生器现状信号发生器现状

3、波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各种电子电 路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发 生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、 三角等波形。 信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬 件电路搭接而成，如采用 555 振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路 便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差， 控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践 中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低 频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且

4、由于 低频信号源所需的 RC 很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精 度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需 求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。 1.21.2 单片机在低频信号发生器中的应用单片机在低频信号发生器中的应用 当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技 术的进步，给人们带来了根本性的转变。现代电子领域中，单片机的应用 正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片 机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动 化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉到音 响汽车，处处可

5、见其应用。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为 一个国家工业发展水平的标志之一。 一块单片机芯片就是一台计算机。由于单片机的这种特殊的结构形式， 在某些应用领域中，它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的 一些工作。使其具有很多显著的优点和特点，因此在各个领域中都得到了 迅猛的发展。单片机的特点归纳起来有以下几个方面。 （1）具有优异的性能价格比 单片机尽可能地把应用所需的存储器,各种功能的 I/O 接口集成在一 块芯片内,因而其性能很高,而价格却相对较低廉,即性能价格比很高。 （2）集成度高、体积小、可靠性高 单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因而集成度高，均为大规 模或超大规

6、模集成电路。又内部采用总线结构，减少了芯片之间的连线， 2 这大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。同时，其体积小，对于强磁 场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。 （3）控制功能强 单片机体积虽小，但“五脏俱全” ，它非常适用于专门的控制用途。 为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令， I/O 口的逻辑操作指令以及位操作指令。其逻辑控制功能及运行速度均高 于同一档次的微机。 （4）低电压、低功耗 单片机大量用于携带式产品和家用消费类产品，低电压和低功耗尤为 重要。目前，许多单片机已可在 2.2V 电压下运行,有的已能在 1.2V 或 0.9V 下工作，功耗降

7、至 A 级,一粒钮扣电池就可长期使用。 利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其下限频率很低。具 有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强， 用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系 统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。 这里介绍一种采用 AT89S52 单片机和一片 DAC0832 数模转换器做成的 数字式低频信号发生器，它的特点是价格低、性能高，在低频范围稳定性 好、操作方便、体积小、耗电少等。 信号发生器与其它相比还具有如下优点：较分立元件信号发生器而 言，具有频率高，工作稳定，容易调试等特性；较专用 DDS 芯片的

8、信 号发生器而言，具有结构简单，成本低等特性。 2.系统设计 2.12.1 系统方案的比较系统方案的比较 方案一：采用函数信号发生器 ICL8038 集成模拟芯片，（如图 2-1）它 是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。但是这种模 块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的 措施虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。 图 2-1 方案一方框图 D/A 键 盘单片机 ICL8038 运算电路 显 示 D/A 输出 3 方案二：采用分立元件实现非稳态的多谐振振荡器，然后根据需要加 入积分电路等构成正弦、矩形、三角等波形发生器。这种信号发生器输出 频率范围窄，而且电

9、路参数设定较繁琐，其频率大小的测量往往需要通过 硬件电路的切换来实现，操作不方便。 方案三：采用单片机和 DAC0832 数模转换器生成波形，由于是软件滤 波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。它的特点是 价格低、性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。 经比较，方案三既可满足毕业设计的基本要求又能充分发挥其优势， 电路简单，易控制，性价比较高，所以采用该方案。 2.22.2 控制芯片的选择控制芯片的选择 方案一：AT89S52 单片机是一种高性能 8 位单片微型计算机。它把构 成计算机的中央处理器 CPU、存储器、寄存器、I/O 接口制作在一块集成 电路芯片中

10、，从而构成较为完整的计算机。 方案二：C8051F005 单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有 与 AT80S52 兼容的微控制器的内核，与 MCS-51 指令集完全兼容。除了具 有标准 AT80S52 的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统 中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。 方案选择：方案二中 C8051F005 芯片系统内部结构复杂，不易控制， 芯片成本高，对于本系统而言利用率低，AT89S52 芯片比较常用，简单易 控制，成本低，性能稳定故采用方案一。 3.硬件电路的设计 3.13.1 基本原理：基本原理： 系统框图如图 3-1 所示。 图 3-1 低频信号发

11、生器系统框图 4 低频信号发生器系统主要由 CPU、D/A 转换电路、基准电压电路、电 流/电压转换电路、按键和波形指示电路、电源等电路组成。 其工作原理为当分别按下四个按键中的任一个按键就会分别出现方波、 锯齿波、三角波、正弦波，并且有四个发光二极管分别作为不同的波形指 示灯。 3.23.2 单片机的介绍及资源分配：单片机的介绍及资源分配： 3.2.1 单片机的介绍 （1）最小单片机系统 AT89S52 的引脚图如图 3-2 所示 图3-2 AT89S52引脚图 管脚说明 低频信号发生器采用 AT89S52 单片机作为控制核心，其内部组成包括： 一个 8 位的微处理器 CPU 及片内振荡器和

12、时钟产生电路，但石英晶体和微 调电容需要外接；片内数据存储器 RAM 低 128 字节，存放读/写数据；高 128 字节被特殊功能寄存器占用；片内程序存储器 4KB ROM；四个 8 位并 行 I/O（输入/输出）接口 P3 -P0，每个口可以用作输入，也可以用作输 出；两个定时/计数器，每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对 外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结 5 果实现计算机控制；五个中断源的中断控制系统；一个全双工 UART（通用 异步接收发送器）的串行 I/O 口。 VCC：供电电压。 GND：接地。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 R

13、ST 脚两个机器周期 的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存 地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当 用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起 作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止， 置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间， 每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效 的/PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-