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1、东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 课 程 单片机课程设计 题 目 智能信号发生器 院 系 电气信息工程学院测控系 专业班级 测控08-02 学生姓名 学生学号 指导教师 2012年 3 月30日东北石油大学课程设计任务书课程 单片机课程设计 题目 智能信号发生器 专业 测控技术与仪器 姓名 单培杰 学号 080601240229 一、任务 设计一款基于AT89C51单片机智能信号发生器，实现三角波，方波，锯齿波的输出。二、设计要求1 通过按键控制可产生方波、锯齿波、三角波、正弦波。2 写出详细的设计报告。3 给出全部电路和源程序。三、参考资料1 吴杰.基于ISP 技术的电子公告牌系统J.
2、科技资讯2008.NO.14：83-87.2 杨恢先,黄辉先.单片机原理及应用M.人民邮电出版社,2006.3 李川，汪秋蒙.ISP技术的原理及实现方法J.科技资讯.2007，35期：93-94.4 万光毅.单片机实验与实践教程M.北京航空航天大学出版社.2005.1.5 张毅刚.单片机原理及应用M.高等教育出版社.2003:160-190.6 曾一江.单片机微机原理与接口技术M.科学出版社,2006.7 王新强.基于AT89S52的智能信号发生器J.河南机电高等专科学校学报,2006,14(3):37-39.8 Philips .74HC595 .datasheet.Philips Semi
3、conductors .2003 Jun 259 马忠梅.单片机的C 语言应用程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社.200610 康华光,陈大钦.电子技术基础M.高等教育出版社,1998.完成期限 2012.3.19 至 2012.3.30 指导教师 段志伟 专业负责人 曹广华 2012年 3月 16 日目录第1章 绪论31.1 对信号发生器的认识31.2 本次设计的信号发生器的简介31.3 本设计任务4第2 章 总体方案论证与设计52.1 系统方案的比较52.2 控制芯片的选择52.3 总体硬件组成框图5第3章 系统硬件设计73.1 单片机的介绍73.2各部分电路原理93.3键盘电路原理
4、11第4章 系统的软件设计134.1 主程序设计134.2子程序流程图14第5章 系统调试与测试结果分析185.1 系统调试185.2 测试结果18结 论21参考文献22附录1 程序23附录2 仿真效果图24 第1章 绪论在现代电子学的各个领域中，常常需要高精度和频率方便可调的信号发生器，信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途，目前广泛使用的是一些标准产品，虽然功能齐全、性能指标较高，但是价格较贵，而且许多功能用不上。而随着单片机技术的迅速发展，其以集成度高、处理功能强、可靠性好等优点，在各个领域得到越来与广泛的应用，因而利用单片机实现的信号发生器，结构简单，实用性强。1.1 信号
5、发生器的简介 信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器资料来源:毕业设计(论文)网 是工业生产和电工、电子实验中经常使用的电子仪器之一。信号发生器种类较多，性能各有差别，但它们都可以产生不同频率的正弦波、调幅波调频波信号，以及各种频率的方波、三角波、锯齿波和正负脉冲波信号等。利用信号发生器输出的信号，可以对元器件的性能及参数进行测量，还可以对电工和电子产品整进行指数验证、参数调整及性能鉴定。在多数电路传递网络中、电容与电感组合电路，、电容与电阻组合电路及信号调制器的频率、相位的检测中都可以得到广泛的应用。信号发生器按其频率的高低，可分为：超低频信号发生器，低频信号发生器，高频信号发生器，超高频
6、信号发生器，微波信号发生器；按产生波形的不同，可分为：正弦波信号发生器，脉冲波函数波信号发生器，任意波信号发生器； 按调制方式的不同，可分为：调频信号发生器（FM）、调幅信号发生器（AM），调相信号发生器（PM），脉冲调制信号发生器；此外，还可以产生两种或多种波形信号发生器。单片机智能信号发生器目前可直接数字合成（DDS），能够产生任意波形的信号，精度高，可程控，便于与其他设备接口构成各种系统。还有基于USB2.0的虚拟波形信号发生器，也可产生任意波形。本次设计设计的是一个可产生正弦波、方波、锯齿波及三角波的智能信号发生器。智能信号发生器可广泛应用于电子信息、机械、交通、地质、航天航空等专业，
7、在教学、科研、生产、工程等诸多领域应用非常广泛。1.2 本次设计的信号发生器的简介本次设计以单片机为核心配以一定的外围电路和软件，实现智能波的产生和输出，从总体上来看设计任务可以分为硬件设计和软件设计，这两者互相结合，不可分离。从时间上来看，硬件设计的绝大部分工作量在最初阶段，到后期往往还要作一些修改。软件设计任务贯穿始终，到中后期基本上都是软件设计任务。硬件设计部分包括：1. 单片机的存储器扩展和接口扩展设计。2. 单片机外部模块设计,包括键盘模块、D/A转换模块、信号放大模块和滤波模块设计。软件部分设计 单片机主程序包括初始化和键入值的判定，其他都是软件子程序如D/A转换、智能波的产生函数
8、及输出函数 。1.3 本设计任务本系统是基于AT89S52单片机的数字式低频信号发生器。采用AT89S52单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（NE4558）、按键和LED显示灯电路等。通过按键控制可产生方波、锯齿波、三角波、正弦波等，同时用LED显示灯指示对应的波形。其设计简单、性能优良，可用于多种需要低频信号源的场所，具有一定的实用性。 第2 章 总体方案论证与设计2.1 系统方案的比较方案一：采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波
9、分量，采用其他的措施虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。方案二：采用分立元件实现非稳态的多谐振振荡器，然后根据需要加入积分电路等构成正弦、矩形、三角等波形发生器。这种信号发生器输出频率范围窄，而且电路参数设定较繁琐，其频率大小的测量往往需要通过硬件电路的切换来实现，操作不方便。 方案三：采用单片机和DAC0832数模转换器生成波形，由于是软件滤波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。它的特点是价格低、性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。经比较，方案三既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比较高，所以采用该方案。2.2 控制芯片的选择方
10、案一：AT89S52单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机。方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与AT80S52兼容的微控制器的内核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准AT80S52的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。方案选择：方案二中C8051F005芯片系统内部结构复杂，不易控制，芯片成本高，对于本系统而言利用率低，AT89S52芯片比较常用，简单易控制，成本低，性能稳定故采用方案一。2
11、.3 总体硬件组成框图图2-1 总体硬件组成框图低频信号发生器系统主要由CPU、D/A转换电路、基准电压电路、电流/电压转换电路、按键和波形指示电路、电源等电路组成。其工作原理为当分别按下四个按键中的任一个按键就会分别出现方波、锯齿波、三角波、正弦波，并且有四个发光二极管分别作为不同的波形指示灯。第3章 系统硬件设计3.1 单片机的介绍图3-1 AT89S52引脚图3.1.1管脚说明 低频信号发生器采用AT89S52单片机作为控制核心，其内部组成包括：一个8位的微处理器CPU及片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接；片内数据存储器RAM低128字节，存放读/写数据；高128字节
12、被特殊功能寄存器占用；片内程序存储器4KB ROM；四个8位并行I/O（输入/输出）接口P3 -P0，每个口可以用作输入，也可以用作输出；两个定时/计数器，每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口。VCC：供电电压。GND：接地。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
13、冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的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。如想禁止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禁止，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，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电
