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1、函数发生器的软件设计I 摘 要函数发生器是一种多波形的信号源，它可以产生正弦波，方波，三角波等任意波形，在电子行业中应用很广泛。本设计是设计一个基于单片机的函数发生器的软件设计，利用 AT89C51 单片机产生正弦波，方波，三角波三种波形，用 C 语言编程，程序中包括中断子程序，显示子程序，键盘扫描子程序等功能子程序，正弦波用查表法编程，利用改变查询两点之间的时间改变频率，程序也可控制幅度的改变，方波和三角波程序简单，将在论文中详解，最后输出的波形利用 DAC0832 进行数/模转换，用 LCD 显示幅度和频率。本设计是以软件介绍为主，对各个程序的编写调试都有很好的介绍。关键词 函数发生器 单
2、片机 数/模转换 函数发生器的软件设计II Function Generator SoftwareABSTRACT函数发生器的软件设计III Function Generator is a multi-wave signal source, which can produce sine, square, triangular wave arbitrary waveform applications in the electronics industry is extensive. This design is to design a microcontroller based function
3、 generator of software design, use of microcontroller AT89C51 produce sine, square, triangle of three waveforms, using C language programming, the program includes interrupt routines, display routines, the keyboard scan subroutine features such as subroutines, sine wave method with the lookup table
4、programming, using the time change the query to change the frequency between two points, the program can also control the rate of change, square wave and triangular wave procedure is simple, Xiang Jie in the paper, the final output waveform for use DAC0832 D / A converter, with LCD display amplitude
5、 and frequency. The design is based on software, the main presentation, the preparation of each program has a very good introduction to debugging.KEYWORDS Function Generator SCM D / A converter函数发生器的软件设计IV 函数发生器的软件设计目 录摘要 IABSTRACTII1 绪论 11.1 设计背景 11.2 单片机的应用 12 系统设计方案 32.1 系统分析 32.1.1 功能定义 32.1.2 可
6、行性分析 32.2 系统需求分析 42.2.1 系统功能要求 42.2.2 系统性能要求 42.3 总体方案设计 43 硬件设计 6函数发生器的软件设计3.1 总体硬件设计 63.2 系统模块设计 73.2.1 电源模块设计 73.2.2 复位与时钟电路模块设计 83.2.3 D/A 转换模块设计 93.2.4 电压变换原理图 113.2.5 键盘接口设计 113.2.6 显示器接口设计 164 函数发生器软件设计 204.1 软件总体设计 204.2 软件功能设计 204.2.1 初始化程序设计 204.2.2 键盘扫描及处理程序设计 214.2.3 三角波发生程序设计 264.2.4 正弦
7、波发生程序设计 274.2.5 方波发生程序设计 30函数发生器的软件设计4.2.6 中断服务程序设计 314.2.7 液晶显示 32致谢 35参考文献 36附录 1 电路原理图 37附录 2 电路原理图 38附录 3 程序源代码 39函数发生器的软件设计函数发生器的软件设计11 绪论1.1 设计背景函数发生器亦称波形发生器，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。函数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
8、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 1。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且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。1.2 单片机的应用函数发生器的软件设计2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
9、。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 2。 具有优异的性能价格比单片机尽可能地把应
10、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。 集成度高、体积小、可靠性高函数发生器的软件设计3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模集成电路。又内部采用总线结构，减少了芯片之间的连线，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。 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
11、均高于同一档次的微机。 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 3。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。函数发生器的软件设计4这里介绍一种采用 AT89C51 单片机和一片 DAC0832 数模转换器做成的便携式函
12、数发生器，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。函数发生器与其它相比还具有如下优点 4：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 芯片的信号发生器而言，具有结构简单，成本低等特性。2 系统设计方案2.1 系统分析2.1.1 功能定义函数发生器的软件设计5基于单片机的信号发生系统是一个实际应用系统，可为相关实验及实际应用提供支持。本论文包括硬件系统的详细设计及 C语言在基本控制中的应用 5。此系统具有的功能如下：硬件部分 电源模块（12V,5V） ； 时钟与复位电路模块； 键盘设计模块； 波形产生与电压变换模块； D/A
13、转换模块； 显示模块；软件部分 系统复位初始化； 键盘扫描与处理； 三角波发生程序设计； 正弦波发生程序设计； 方波发生程序设计；函数发生器的软件设计6 中断服务程序设计； 液晶显示；2.1.2 可行性分析 可行性分析根据技术指标及系统设计目的，经研究芯片的选择如下 6：主控芯片采用 ATMEL 公司的 89C51；采用 12MHz 的晶振器为 89C51 提供时钟信号；稳压块选用 7812 与 7805 相串联，提供 12V 和 5V 电压,7912 产生-12V 电压；对于 89C51 的 P0 口的数据采用 74LS373 进行锁存后经过DAC0832 进行 D/A 转换；显示器采用 L
14、CD1602 液晶显示；8 位 D/A 转换器采用 DAC0832；运算放大器采用 LM324。大部分的芯片及器件都可以通过网络购买，所以器件的选择完全可行。 经济上的可行性讨论函数发生器的软件设计7本设计是一个实验系统，芯片的选择在前面已经讨论，从前面的讨论中可见芯片大部分可在网上找到。因此，设计费用主要集中在购买元器件上，而大部分的元器件又不是很贵，所以经济上本设计完全可行。2.2 系统需求分析2.2.1 系统功能要求系统具有 D/A 转换功能，LCD1602 液晶显示功能，上电自动复位功能，24 键盘输入接口，信号幅度频率变换功能。2.2.2 系统性能要求 系统的 D/A 转换功能具有
15、8 位精度； 动态扫描 LCD 显示器； 89C51 单片机时钟信号为 12MHZ； 系统上电自动复位； 系统具有 8 位行列扫描键盘。2.3 总体方案设计函数发生器的软件设计8一个单片机主系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是单片机系统扩展部分设计，它包括存储器扩展和接口扩展。存储器扩展指 EPROM、EEPROM 和 RAM 的扩展。接口扩展是指各接口芯片以及其他功能器件的扩展 7。二是各功能模块的设计，如信号检测功能模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通讯功能模块等，根据系统功能要求配置相应的 D/A、键盘、显示器等外围设备。本机硬件设计包括两部分，即电源部分设计和主系统设计。电源设计和主系统框图分别如图 2-1，2-2所示。下 下 下 下 下 下 下 下50Hz交 流 V16 直 流交 流 电 压电 压 16V2 V51212GND图 2-1 交流直流电压转换函数发生器的软件设计9下 下 下 下 下 下下下 下 下 下 下D A 下 下 下 下下 下 下 下 8 9 C 5 1下 下下 下 下 下 下 下 下 下图 2-2 主系统结构框图函数发生器的软件设计103 函数发生器硬件设计3.1 总体硬件设计单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容 8：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元（如 ROM、I/O、定时/计数器等）容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行
