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1、 . . . 基于51单片机的三角波信号发生器设计容摘要单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机我感觉很重要，现在自动控制在各个领域被广泛应用，这少不了单片机的功劳。目前使用的信号发生器是函数信号发生器，且特殊波形发生器的价格昂贵。所以使用我设计单片机构成的发生器，可产生三角波、方波、正弦波等多种特殊形和任意波，波形的频率可以用程序控制、
2、在单片机上外围器件距阵式键盘，通过其控制波形并选择，并用显示器显示频率大小。在单片机的输出端口进行转换，再通过运放进行波形调整，最后输出波在示波器上显示。本设计性能优越、价格低廉、结构紧凑、线路简单，希望能在以后产品上能广泛的应用。关键词单片机 三角波 信号发生器 性能优越 目录： 第一章绪论 1.1课题背景.3-4 1.2课题意义.5 第二章 系统设计 2.1三角波的产生.6 2.2 设计思路.7 2.3结构模块划分.8 第三章 硬件电路的设计 3.1基本原理9-10 3.2 显示电路11 3.3、D/A电路 .12 第四章 软件设计13-16 论文总结17-18 参考文献19 第一章绪论1
3、.1课题背景单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、soc三大阶段。单片机的基本结构单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成起初模型1.SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，英特尔公司功不可没。2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉
4、与的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，英特尔逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。 Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记英特尔和Philips的历史功绩。嵌入式系统单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了片上系统化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于片上系统的单片机应
5、用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。单片机发展史2 1971年英特尔公司研制出世界上第一个4位的微处理器；英特尔公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片英特尔 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一 。 1971年11月，英特尔推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器 ）其中4004包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm4mm，计算性能远远超过
6、当年的ENIAC，最初售价为200美元。 1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器英特尔 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。1973年英特尔公司研制出8位的微处理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器英特尔 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。1975年4月，MITS发布第一个通用型Alta
7、ir 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。1976年英特尔公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。其各洛公司公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，其各洛公司、Motorola和英特尔在微处理器领域三足鼎立。20世纪80年代初，英特尔公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片RAM容量，I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高1.2课题意义 便携式和智能化是仪器的基本要求，对传统的数字化，智能化，集成化也就显得尤为重要。目前单片机渗
8、透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以与程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以与各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理与过程控制等领域信号发生器所产生的信号在电路中常常用来代替前端电路的实际信
9、号，为后端电路提供一个理想信号。由于信号源信号的特征参数均可人为设定，所以可以方便地模拟各种情况下不同特性的信号，对于产品研发和电路实验特别有用。在电路测试中，我们可以通过测量、对比输入和输出信号，来判断信号处理电路的功能和特性是否达到设计要求。例如，用信号发生器产生一个频率为1kHz的正弦波信号,输入到一个被测的信号处理电路（功能为正弦波输入、方波输出），在被测电路输出端可以用示波器检验是否有符合设计要求的方波输出。高精度的信号发生器在计量和校准领域也可以作为标准信号源（参考源），待校准仪器以参考源为标准进行调校。由此可看出，信号发生器可广泛应用在电子研发、维修、测量、校准等领域。第二章 系
10、统设计 2.1三角波的产生三角波是如何产生的，公式如下： 如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如下： 当I1 =I2时，即可产生对称的三角波，如果I1 I2，此时即产生负斜率的锯齿波，同理I1 I2即产生正斜率锯齿波。 ，开关SW1的选择即可让充电速度呈倍数改变，也就是改变信号的频率，这也就是信号源面板上频率档的选择开关。同样的同步地改变I1与I2，也可以改变频率，这也就是信号源上调整频率的电位器，只不过需要简单地将原本是电压信号转成电流而已。2.2 设计思路采用AT89S51单片机和DAC0832芯片，直接连接键盘
11、和显示。该方案主要对AT89S51单片机的各个I/O充分利用。P1口是连接键盘以与接显示电路，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了，而不是多用其他芯片，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完成。占用空间小使用芯片少，低能耗。这种方案能输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，而且使用的芯片器件为通用器件在市场上较常见，价格也低廉。2.3结构模块划分本设计所研究的是对所需的某种波形输出对应的数字信号，在通过d/a转换器和单片机部分的转换输出一组连续变化的0.5v的电压脉冲值。在通过部分显示其频率，和波形。在设计时分开来做，
12、按照波形设定d/a转换，连接51单片机，键盘和显示三角波模块的设计。最后通过联调仿真，做出电路板成品，从而简化人机交换的问题，具体设计如图模块介绍：1波形设定：对三角波形的手动设定2D/A转换：主要用DAC0832来把数字信号转换为模拟信号，在送入单片机进行处理。3单片机部分：最小系统4键盘：用案件来控制输出波为三角波5显示部分：采用LCD显示波形和频率第三章 硬件电路的设计3.1基本原理低频信号发生系统主要由CPU,D/A转换电路，电流电压转换电路，按键显示电路、电源等电路组成。当按下第一个按键就会出现三角波，并显示数据和频率。2.资源分配1主控芯片采用AT89S51;2采用12兆赫兹的晶振
13、器为AT89S51提供时钟信号3提供12v、-12v和5v电压；P1口的连接控制三角波与LCD连接并与DAC0832的DI-DI7数据输入端相连。数据采用74LS373进行锁存后经过DAC0808进行D/A转换;VCC:提供电压GND:接地P0口：p0口是一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当p口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，p口缓冲器可接受，输出4TTL门电流。P口管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入，并因此作为输入时。P口的管教外部拉低，将输出电流。这是不上拉的缘故。P口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器时，P口输出地址的高八位，P口输出其特殊功能寄存器的
14、容。P口在FLASH编程和效验时接受高八位地址信号和控制信号。功能：形成扫描码，键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；产生定时中断；形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路和显示驱动电路。 AT89S51外接12M晶振作为时钟频率。并采用电源复位设计。复位电路采用上电复位，它的工作原理是，通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过对电容充电。RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始工作。AT89S51的P2口作为功能按钮和TEC6122的接口。P1口做为D/A转换芯片0832的接口。用定时/计数器作为中断源。不同的频率值对应不同的定时初值，允许定时器溢出中断。定时器中断的特殊功能寄存器设置如下：定时控制寄存器TCON20H；工作方式选择寄存器TMOD=01H；中断允许控IE=82H。
