波形发生器课程设计说明

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1、 课程设计说明书课程设计名称： 专业课程设计 课程设计题目： 波形发生器 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 电子信息工程 班级： 100412 学号： 10041222 姓名： 齐丕君 评分： 教师： 孙成立 20 13 年 7 月 5 日 专业 课程设计任务书20 12 20 13学年 第 2 学期分散1周 第 17 周 19 周集中 题目波形发生器内容及要求： （1）.能产生正弦波、方波、三角波； （2）.输出波形的范围：100HZ1KHZ； （3）.输出波形的幅度范围：05VPP且可调；进度安排：（1）第16周17周根据指导老师布置的题目，查资料，设计方案，画出电路图。（2）第17

2、周电子时钟显示与校时设计：软件编程（在试验箱上实现）（3）第18周完成焊接与程序调试。（4）第19周周二检查验收。（5）第19周周五交报告。 学生姓名：齐丕君指导时间 第17周到第19周指导地点：E 楼 505室任务下达2013 年 6 月 17 日任务完成20 13 年 7 月 5 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师 孙成立系（部）主任王忠华摘要本设计是基于AT89C51单片机的数字式低频信号发生器。采用AT89C51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（LM324）、按键等。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波等。其设计简单

3、、性能优好，可用于多种需要低频信号的场所，具有一定的实用性。各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分必要的。本设计是利用AT89C51单片机和数模转换器件DAC0832产生所需不同信号的低频信号源，其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。设计简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，AT89C51的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。设计中着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。信

4、号频率幅度也按要求可调。本次关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，而且具有很强的可行性。该信号源的特点是：体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。关键词：AT89C51 DAC0832 LM324 目录第一章 实验要求及设计思路51.1 设计内容及要求51.2 设计方案5第二章 硬件设计及分析6 2.1 MCS-51单片机的内部结构6 2.2 D/A转换电路62.3键盘输入电路82.4 电压放大电路8第三章 系统软件设计10 3.1 软件设计概述10 3.2 主程序流程10 3.3 波形的选择11第四章 系统仿真与原理图15 4.1 实验仿真电路

5、图15 4.2 实验仿真波形图15第五章 实验调试和测试结果与分析185.1 硬件调试185.2 软件调试185.3 测试结果18第六章 结论与心得19参考文献20附录1 元件清单21附录2 程序清单及注释22第一章 实验要求及设计思路1.1 设计内容及要求 设计一个波形发生器，要求如下： 1.能产生正弦波、方波、三角波； 2.输出波形的范围：100HZ1KHZ； 3.输出波形的幅度范围：05VPP且可调；1.2设计方案根据设计需要，可采用单片机程序产生3种波形，并通过一片D/A转换器输出。另外，采用一个滑动变阻器来改变参考电压，从而改变输出波形幅值，见图1.1所示。通过按钮或开关来设定波形的

6、类型、频率。波形选择按钮频率选择开关单片机D/A转换器运算放大器波形显示器滑动变阻器 图1.1 波形发生器原理框图 第二章 硬件电路方案设计2.1 MCS-51单片机的内部结构2.1.1 内部结构概述典型的MCS-51单片机芯片集成了以下几个基本组成部分。1 一个8位的CPU2 128B或256B单元内数据存储器（RAM）3 4KB或8KB片内程序存储器（ROM或EPROM）4 4个8位并行I/O接口P0P3。5 两个定时/计数器。6 5个中断源的中断管理控制系统。7 一个全双工串行I/O口UART（通用异步接收、发送器） 8 一个片内振荡器和时钟产生电路。图3.2 单片机引脚2.2 D/A转

7、换电路功能：将波形样值的编码转换成模拟值，完成波形输出。 DAC0832是一个具有两个输入数据寄存器的8位DAC。目前生产的DAC芯片分为两类，一类芯片内部设置有数据寄存器，不需要外加电路就可以直接与微型计算机接口。另一类芯片内部没有数据寄存器，输出信号随数据输入线的状态变化而变化，因此不能直接与微型计算机接口，必须通过并行接口与微型计算机接口。DAC0832是具有20条引线的双列直插式CMOS器件，它内部具有两级数据寄存器，完成8位电流D/A转换，故不需要外加电路。 单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值进行编码，的到的数字量存入各个波形

8、表，执行程序时通过查表方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。假如N个点构成波形的一个周期，则0832输出N个样值点后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。重复输出N个点，成为第二个周期。利用单片机的晶振控制输出周期的速度，也就是控制了输出的波形的频率。这样就控制了输出的波形及其幅值和频率。DAC0832结构： D0D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；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（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的

9、逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量

10、程精度；Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V+15V；VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V+10V；AGND：模拟信号地DGND：数字信号地DAC0832的工作方式：根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。2.3键盘输入电路键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。在键闭合测试，检查是否有键闭合去抖动。当测试到有键闭合后，需进行去抖动处理。由于按键闭合时的机械弹性作用，按键闭合时不会马上稳定接通，按键断开时也不会马上断开，由此在按键闭合与断开

11、的瞬间，会出现电压抖动。键盘抖动的时间一般为510ms，抖动现象会引起CPU对一次键操作进行多次处理，从而可能产生错误，因而必须设法消除抖动的不良后果。通过去抖动处理，可以得到按键闭合与断开的稳定状态。去抖动的方法有硬件与软件两种：硬件方法是加去抖动电路，如可通过RS触发器实现硬件去抖动；软件方法是在第一次检测到键盘按下后，执行一段10ms的延迟子程序后再确认该键是否确实按下，躲过抖动，待信号稳定之后，再进行键扫描。通常多采用软件方法。按照键盘与单片机的连接方式可分为独立式键盘与矩阵式键盘。独立式键盘相互独立，每个按键占用一根I/O口线，每根I/O口在线的按键工作状态不会影响其它按键的工作状态

12、。这种按键软件程序简单，但占用I/O口线较多（一根口线只能接一个键），适用于键盘应用数量较少的系统中，由于本系统设置的按键较少，因此采用的是独立式键盘。2.4电压放大电路DAC0832的输出电压比较小。因此，要将该电压信号在示波器中显示出来，需要有一个放大器将此电信号放大到所需范围之内。由于放大电路的增益是可调的，故运用运算放大电路能将电压信号放大到所要求的范围。第三章 系统软件设计3.1 软件设计概述系统软件由主程序和产生波形的子程序组成，软件设计主要是产生各种波形的子程序的编程，通过编程可得到各种波形。周期的改变可采用插入延时子程序的方法来实现。软件原理流程图如下。开始初始化延时子程序波形

13、产生程序键盘处理子程序结束图3.1 软件原理流程框图3.2主程序流程系统软件由主程序和产生波形的子程序组成，软件设计重点是设计各种波形的子程序的程序，通过编程可得到各种波形。波形周期的改变可采用插入延时子程序的方法来实现。主程序开始后通过读取按钮状态，判别是哪种波形需求，然后调用相应的子程序，输出相应的波形。利用8位D/A转换器DAC0832,可以将8位数字量转换成模拟量输出。数字量输入的范围为0255，对应的模拟量输出的范围在VREF-到VREF+之间。根据这一特性，可以利用单片机的并行口输出的数字量，产生常用的波形。3.3 波形的选择利用8位D/A转换器DAC0808,可以将8位数字量转换

14、成模拟量输出。数字量输入的范围为0255，对应的模拟量输出的范围在VREF-到VREF+之间。根据这一特性，可以利用单片机的并行口输出的数字量，产生常用的波形。单片机是通过用户键盘输入，选择希望输出的信号波形。本系统中，对用户输入的功能键对应的波形如下规定：1：得到的输出波形为正弦波。2：得到的输出波形为方波。3：得到的输出波形为三角波。 利用单片机控制实现波形输出的程序流程图如图所示YYY开始Key1按下Key1按下输出三角波输出方波输出正弦波Key2按下NNN图3.3 按键波形选择程序流程图3.3.1 三角波流程三角波产生是通过P0口将00H送入寄存器A中，DAC0832输出A中的内容，通过A中数值的加1递升，同时延时，当A中的内容为0FF时，A中的内容减1递减，从而循环产生三角波