《基于51的波形发生器设计21页》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51的波形发生器设计21页（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录1 概述11.1 研究背景11.2 设计思想及基本功能12 总体方案设计22.1 方案选取22.2 系统框图23 硬件电路设计33.1 设计思路、元件选型33.2 原理图33.3 主要芯片介绍43.4 硬件连线图114 系统软件设计114.1 锯齿波的产生过程134.2 三角波的产生过程144.3 矩形波的产生过程154.4 梯形波的产生过程164.5正弦波的产生过程.175 总结.19参考文献201 1 概述1.1 研究背景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
2、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。波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领
3、域。1.2 设计思想及基本功能随着电子技术的飞快发展，单片机也应用得越来越广泛，基于单片机的智能仪器的设计技术不断成熟。单片机构成的仪器具有高可靠性，高性价比。单片机技术在智能仪表和自动化等诸多领域有了极为广泛的应用，并用到各种家庭电器，单片机技术的广泛应用推动了社会的进步。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, 利用单片机采用程序设计方法来产生波形，线路相对简单，结构紧凑，价格低
4、廉，频率稳定度高，抗干扰能力强等优点，而且还能对波形进行细微的调整，改良波形，易于程序控制。只要对电路稍加修改，调整程序，就能实现功能的升级。本系统利用单片机AT89C52采用程序设计方法产生锯齿波、三角波、正弦波、梯形波四种波形，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，并通过按键来控制五种波形的类型选择。本次设计主要由信号发生模块、数模转换模块和仿真模块。2 总体方案设计2.1 方案选取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
5、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装置。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
6、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。2.2 系统框图3 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
7、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-k4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：DAC0
8、832是使用较多的一种8位D/A转换器，其转换时间为1us，工作电压为+5V+15V，基准电压为+-10V。根据对DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器的不同控制方法，可有3种工作方式：单缓冲方式、双缓冲方式和直通方式。单缓冲方式的应用：此方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。在这种方式下，将两级寄存器的控制信号并接，输入数据在控制信号作用下，直接送入DAC寄存器中。也可以采用把WR2、XFER这两个信号固定接地的方法。双缓冲方式的应用：此方式主要用于同时输出几路模拟信号的场合。此时，每一路模拟量输出需一片DAC0832，构成多个0832同步输出系统。其传送控制端接地，输
9、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1s
10、,CMOS工艺,低功耗20mW。DAC0832的内部结构框图如下图所示。图2-2 DAC0832工作原理图DAC0832的外部引脚及功能介绍图如下：图1 DAC0832引脚图DAC0832内部结构:DAC0832主要由两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成.使用两个寄存器(输入寄存器和DAC寄存器)的好处是可以进行两级缓冲操作,使该期间的操作有更大的灵活性.DAC0832芯片为20脚双列直插式封装,各引脚功能如下: DI0DI7：数据输入线，TLL电平,有效时间应大于90ns。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输
11、入端。负脉冲有效（脉冲宽度应大于500ns）。当CS为“0”，ILE为“1”，WR1有效时，DI0DI7状态被锁存到输入寄存器。 XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 WR2：为DAC寄存器写选通输入端，负脉冲（脉冲宽度应大于500ns）有效。当XFER为“0”且WR2有效时，输入寄存器的状态被传送到DAC寄存器中。 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,芯片内部此端与Iout1之间已接有一个15欧姆的电阻。. Vcc:电源电压端，范围为 (+5v+15v) Vref:基准电压输
12、入端，范围为(-10v+10v)。此端电压决定D/A输出电压的范围。如果Vref接+10V，则输出电压范围为0V-10V；如果Vref接-5V，则输出电压范围为+5V0V。 AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地. DGND:数字地,为工作电源地和数字逻辑地，两种地线在基准电源处共地比较好DAC0832是电流型输出，应用时需要外接运算放大器使之成为电压型输出。（2）、AT89C51单片机介绍： AT89C51单片机与Intel公司MCS-51系列的80C51型号单片机在芯片结构与功能上基本相同，外部引脚完全相同。再一块芯片上，集成了一台微型计算机的各个主要部分。其中主要有CPU、存储器、
13、可编程I/O口、定时、计数器、串行口等，各个部分通过内部总线相连。89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。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高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系
14、统提供了一种灵活性高且价廉的方案。89C51单片机有3种封装形式，一种采用普通40脚塑料双列只差封装（PDIP）形式，一种是44个“J”形脚的方形封装（PLCC）形式，一种是44脚的方形表面贴封装（TQFP）形式，以下已PDIP封装为例外形及引脚排列如下图所示：AT89C51管脚说明：VCC（40脚）：供电电压，主电源+5V。 GND（20脚）：接地。P0P3是四个寄存器 ，也称4个端口，是89C51单片机与外界联系的4个8位双向并行I/O口。犹豫在数据的传输过程中，CPU需要对接口电路中输入输出数据的寄存器惊醒读写操作，所以在单片机中对这些寄存器像对存储单元一样进行编址。通常把接口电路中这些
15、已编址并能进行读写操作的寄存器称为端口（Part），或简称口。P0.0P0.7（3932脚）：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1.0P1.7（18脚）：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2.0P2.7（2128脚）：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL
