函数信号发生器9052164

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1、函数信号发生器题目： 函数信号发生器 学院： 机械工程学院 班级： 测控 1101 班 作者： 姚佳骥 范维波 学号： 20114600112 20114600128 指导教师： 袁锋伟 王玉林 朱慧玲 邓骞 2015 年 1 月低频函数信号发生器的设计低频函数信号发生器的设计摘要摘要：信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。目前使用的信号发生器大部分是利用分立元件组成的体积大，可靠性差，准确度低。课程设计需要各个波形的基本输出，这些波形的实现的具体步骤：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。而

2、三角波，则每次累加 1，当达到初值时，每次累减 1，算出延时时间，也就达到要求了，阶梯波和三角波类似！该设计使用的是 AT89S51 单片机构成的发生器，可产生三角波、方波、正弦波等多种波形，波形的频率可用程序控制改变。在单片机上加外围器件独立式开关，通过开关控制波形的选择。在单片机的输出端口接 DAC0832 进行 DA 转换，再通过运放进行波形调整，最后输出波形接在示波器上显示。关键词关键词：信号发生器；单片机；波形调整0目录目录1 1、设计概述设计概述1.1 设计任务-11.2 设计思想-12 2、硬件资料硬件资料 2.1 芯片资料-13 3、软件系统设计软件系统设计3.1 正弦波设计流

3、程图-43.2 三角波设计流程图-53.3 阶梯波设计流程图-63.4 程序总体设计-64 4、硬件设计硬件设计4.1 单片机最小系统-84.2 数模转换电路-95 5、调试及总结、调试及总结-106 6、参考文献、参考文献-107 7、附录、附录-1111 1、设计概述设计概述1.11.1 设计任务设计任务设计一个函数信号发生器，具体指标如下：1. 采用 AT89S51 及 DAC0832 设计函数信号发生器；2.2. 输出函数信号为正弦波或三角波或阶梯波；3.3. 输出信号频率为 100Hz，幅度 0-10V 可调； 4. 必须具有信号输出及外接电源、公共地线接口1.21.2、主要设计思想

4、、主要设计思想从此题的要求我的设计思路分以下几步： （一） 、课设需要各个波形的基本输出。如输出三角波、梯形波、正弦波。 这些波形的实现的具体步骤：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。然而为了实现 100HZ 的频率，终于发现，将总时间除了总步数，根据每步执行时间，算出延 时时间，最终达到要求，然后建一个表通过查表来进行输出，这样主要工作任 务就落到了建表的过程中。这样做的好处在于，查表所耗费的时钟周期相同， 这样输出的点与点之间的距离就相等了，输出的波形行将更趋于完美，当然更 让我们感到的高兴的是它输出波形的频率将近达到了 100

5、 赫兹，能够满足我们 设计的扩展要求了。而三角波，则每次累加 1，当达到初值时，每次累减 1，算 出延时时间，也就达到要求了，阶梯波和三角波类似。 （二） 、这次做的三种波形可以相互转换，这个实现起来找了很多人最终发 现，在每次循环之初进行扫描，而在每个中断入口处，对中断优先级进行设定， 最终达到设计目的。 2 2、硬件资料硬件资料2.12.1 芯片资料芯片资料（1 1）、）、DAC0832DAC0832 芯片介绍：芯片介绍：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,CMOS 工艺,低功耗 2

6、0mW。DAC0832 的内部结构框图如下图所示。2DAC0832 的外部引脚及功能介绍图如下：（2） 、DAC0832 的应用：DAC0832 一是用作单极性电压输出，二是用作双极性电压输出，最后是用 作程控放大器。（3） 、DAC0832 与 8031 的连接方式：DAC0832 的与单片机的连接方式有三种方式：一、单缓冲 二、双缓冲、三是直通方式。本程序采用的是方式一即单缓冲方式，ILE 为高 电平,CS、WR1、WR2、XFER 为低电平。3. I/OI/O 口引脚：口引脚： P0、P1、P2、P3 为 4 个 8 位 I/O 口的外部引脚. RST/VPDRST/VPD（9 9 脚）

7、脚）RST:RST: 单片刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在此脚输入 24 个时 钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位。单片机正常工作时，此脚应为 0.5V 低电平。VPD:备用电源输入端。当 Vcc 下降到低于规定的值，而 VPD 在 其规定的电压范围内（50.5V）时，VPD 就向内部 RAM 提供备用电源以保持内 部 RAM 的数据。ALE/PROGALE/PROG（3030 引脚）引脚）ALE 引脚输出为地址锁存允许信号,当单片机上电工作 后,ALE 引脚不断输出正脉冲信号. 当访问片外存储器时，ALE(地址锁存允许信 号)输出脉冲的负跳沿用于 16 位地址的低 8 位锁存信

8、号。不访问片外存储器， ALE 端以时钟振荡器频率的 1/6 固定输出正脉冲。在访问外部数据存储器时 （执行 MOVX 指令） ，ALE 会丢失一个 ALE 脉冲。 MCS-51 单片机的片外总线结构MCS-51 系列单片机片外引脚可以构成如上图所示的三总线结构： 地址总线（AB） 数据总线（DB） 控制总线（CB）8031 各个口的功能定 义 3 3、软件系统设计软件系统设计3.1、正弦波设计流程图及思想、正弦波设计流程图及思想 正弦波的实现则相对比较复杂，因为正弦波的实现是输出各个点的值就行 了，可是各个点值则要通过正弦函数来求出，不过这些值直接去网上下载下来 使用就可以了。输出的数据刚好

9、是 256 个数据，这样则可以直接相加就行了。开始MOV R3，#00HMOV A，#R343.2、三角波设计流程图及思想三角波设计流程图及思想三角波的实现是设置一个初值，然后进行加数，同样是加到某个数之后再 进行减数，减到初值之后就再返回到先前的操作，这个操作跟锯齿波的实现是 相似的。此程序输入的 VREF 的电压是5V，因此该波形输出的最大频率是初 值为 00H 和最终值为 0FFH，且步数为 1，这样输出的波形是最大的。题目要求 输出频率 100HZ，算出程序每步应该延续多少微秒，5ms/256 即为循环一次所 需时间。MOV DPTR，#SETTABMOVC A,#A+DPTRMOV

10、DPTR，2FFFHMOVX DPTR,AMOV DPTR,#SETTABINCINC R353.33.3 阶梯波的设计流程图及思想阶梯波的设计流程图及思想阶梯波的实现是设置一个初值 00H，然后进行加数 16，同样是加到某个数之 后再进行减数，减到初值之后就再返回到先前的操作，在每个加数与减数时延 时，达到频率 100HZ 的要求。这个操作跟三角波的实现是相似的。63.43.4 程序整体设计程序整体设计程序以中断模式选择波形，默认波形是正弦波，中断 0 为阶梯波，中断 1 为 三角波。程序总体流程图如：7给给 A 设置初值设置初值,修改中断优先级修改中断优先级 MOV DPTR，#2FFFH

11、MOVX DPTR，AADD A,#32 累加累加 延时延时判断判断 A 是否已满？是否已满？否否SUBB A,#32判断是否等于初值？判断是否等于初值？是是中断中断 2判断判断 P3.2 是是 否为否为 1是，正弦波是，正弦波否MOVX DPTR，A延时延时否否中断返回84 4、硬件设计硬件设计4.14.1 单片机最小系统单片机最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。下面给出一个51单片机的最小系统电路图。如图4.1图图4.14.1 最小系统电路图最小系统电路图 复位电路

12、:由电容串联电阻构成，由图并结合“电容电压不能突变“的性质可以知道，当系统一上电，RST 脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定。典型的 51 单片机当 RST 脚的高电平持续两个机器周上就将复位，所以，适当组合 RC 的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐 C 取10u，R 取8.2K。当然也有其他取法的，原则就是要让 RC 组合可以在 RST 脚上产生不少于2个机周期的高电平。至于如何具体定量计算，可以参考电路分析相关书籍。9晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通讯的场合)/12MHz(

13、产生精确的 uS 级时歇,方便定时操作) 特别注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM 的0000H 开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部 ROM 的0000H 开始执行.这一点是初学者容易忽略的。4.24.2 数模转换电路数模转换电路DAC0832采用直通方式，D0D7直接与单片机 P0.0P0.7相连，其输出利用两个放大器，将信号由电流转换为电压，再放大，最后输出。105 5、调试与总结调试与总结在电路板的制作过程中，吸取了前两次课设的教训，在 PCB 制图方面更加有经验，使得电路板尽量的美观整洁，但是只顾得引脚与引脚之间，引脚与线之间的距离，却忽略了

14、原件的实际尺寸，造成模型之间的冲突，为了使电路看起来紧凑，却使得元器间拥挤，甚至有些必须通过引线来避免冲突，可谓是因小失大，在以后的 PCB 制版中，尽量减少飞线，保持电路美观，但是同时要更加注意元器件之间的实际问题，电路板更加注重的是实际功能，不能顾此失彼，得不偿失。在电路板制作完成后，经过两天的紧张调试，终于能够显示任务要求的波形，但是在调试过程中出现的问题更值得去关注。首先，PCB 制版元件封装与实际不匹配，引脚不匹配，造成错误的连线，甚至造成可调电位器的短路，这给我们很大警示，每一个芯片都要注意其型号、尺寸、额定电压等等必要参数，不能太理想，太懒惰，不要以为元件库里有就可以随便用。然后，要时刻注意元件的 Vcc 与 GND，一不小心就会烧毁芯片，因为接错电极，我们烧毁了一个LM1458。最后，要注意精度要求，因为过于迷信仿真，忽略了实际的许多问题，造成有些地方很容易受到干扰，比如放大器的接地电阻，这使得输出的波形太容易受到外界干扰影响。6 6、参考文献参考文献1胡汉才 单片机原理及其接口技术 M 清华大学出版，19962蔡美琴 MCS-51 系列单片机系