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1、 设计题目：波形发生器学生:系别：专业：班级：学号：指导教师：2011年12月22日轻工业学院课 程 设 计 任 务 书题 目 波形发生器 专业、班级学 号姓 名 薛 茹 主要容：设计一个产生各种波形的波形发生器根本要求：利用单片机P1.0引脚输出频率围1Hz 1000Hz的正弦波、方波、三角波、梯形波、锯齿波，并用示波器观察。目录一、设计目的及意义- 4 -1.1设计目的- 4 -1.2设计意义- 4 -二、方案论证- 4 -2.1设计要求- 4 -2.2方案论证- 5 -三、硬件电路设计- 5 -3.1设计思路、元件选型- 5 -3.2原理图- 6 -3.3主要芯片介绍- 6 -3.4硬件
2、连线图- 9 -四、软件设计- 10 -4.1锯齿波的产生过程- 11 -4.2梯形波的产生过程- 12 -4.3 三角波的产生过程- 14 -4.4 方波的产生过程- 15 -4.5正弦波的产生过程- 16 -五、调试与仿真- 17 -六、总结- 20 -七、参考文献：- 20 -一、设计目的及意义1.1设计目的1利用所学单片机的理论知识进展软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。2我们这次的课程设计是以单片机为根底，设计并开发能输出多种波形正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波等且频率、幅度可变的函数发生器。3掌握各个接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法，并能运
3、用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。4在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的练习大家也都是分散的对各个章节的容进展练习。因此，缺乏一种系统的设计锻炼。在课程所学完毕以后，这样的课程设计十分有助于学生的知识系统的总结到一起。5通过这几个波形进展组合形成了一个函数发生器，使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以锻炼大家微机知识的应用。1.2设计意义波形发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域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，由它产生不同频率不同波形的电压、电
4、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根本、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。二、方案论证2.1设计要求使用计算机和数模转换器构成信号发生器，可以产生方波、三角波、锯齿波和正弦波等多种波形，波形的周期、频率可调。要求完成计算机和DAC的选型，了解不同波形的产生原理和设计方案，画出硬件电路图，并编程完成软件局部，最后调试观察产生不同类型的波形信号。1课程设计论文容要正确，概念要清楚；2完成任务书所规定的容；3附有电路原理图及程序
5、流程图，以及程序清单；4文字要通顺，书写要工整，设计图纸必须符合规。2.2方案论证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等通用器件制作，更多的那么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：能产生任意波形并到达很高的频率。但本钱较
6、高。方案四：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,从而减小了系统的本钱.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，充分表达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拟大，所以本设计采用方案四。三、硬件电路设计3
7、.1设计思路、元件选型设计思路：一、课设需要各个波形的根本输出。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，只需要一开场定义一个初值，然后不断的加1，当溢出后又重初值开场加起，就这样循环下去。三角波的实验过程是先加后减，实现方法是先是从00H开场加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-k
8、5键状态进展波形切换，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：0832采用双缓冲接口方式，其传送控制端接地，输入所存允许断ILE与+5V电源相连，利用一个地址码进展二次输出操作，完成数据的传送和冲动转换，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的输入存放器中。第二次操作是写控制信号由效，传送控制端为低电平，将输入存放器中的容锁存入0832的DAC存放器中，D/A转换器便开场对锁存于DAC存放器的8位数据进展转换，约经过1/2时钟周期
9、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围均可正常工作。基准电压的围为10V,电流建立时间为1s,CMOS工艺,低功耗20mW。DAC0832的部构造框图如下列图所示。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部构造资料:芯片有两级输入存放器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。D/A转换结果采用电流形式输出
10、。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反应电阻可通过RFB端引用片固有电阻，还可以外接DI0DI7：数据输入线，TLL电平。 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：为输入存放器的写选通信号。 XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 WR2：为DAC存放器写选通输入线。 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:反应信号输入线,芯片部有反应电阻. Vcc:电源输入线 (+5v+15v) Vref:基准电压输入
11、线 (-10v+10v) AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地. DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比拟好2单片机AT89C51介绍：AT89C51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。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。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
12、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统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如下列图所示：图2 AT89C51引脚图AT89C51管脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：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进展校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口
13、：P1口是一个部提供上拉电阻的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口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进展存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1时，它利用部上拉优势，当对
14、外部八位地址数据存储器进展读写时，P2口输出其特殊功能存放器的容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流ILL这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST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
15、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。如想制止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制止，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，那么在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH，不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VPP。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.4
