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1、目录本 科 毕 业 设 计 论 文题 目 简易波形发生器设计 系 别 电气与信息工程 专 业 测控技术与仪器 班 级 学 号 学生姓名 指导老师 2011年 6月摘 要基于单片机的简易波形发生器是一种常用的信号源,它广泛地应用在电子技术实验、自动控制系统和其他科研领域。本课题硬件设计是采用89S52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）、和独立联接式按键。通过KEIL51软件进行程序的编写。以实现波形和幅值的选择。先将设计方案采用PROTEUS仿真，仿真通过以后再进行硬件的安装和调试，结果表明：本设计基本完成任务，能够产生正弦波、三角波、方波和
2、锯齿波四种波形，并可以通过键盘选择波型和五个幅值的调整。关键词： 波形发生器，单片机89S52,DAC0832ABSTRACTA simple microcontroller-based waveform generator is a common source, which is widely used in electronic technology experiment, automatic control systems and other scientific fields.This topic is the use of 89C51 microcontroller hardware
3、 design as the control core, external digital / analog converter (DAC0832), operational amplifiers (LM324), and independent connection type button. Then KEIL51 software prepared program,Selecting the wave according to Waveform and amplitudeFirst using Proteus to emulate system design , When it finis
4、hed start the hardware installation and commissioning, results showed that: The basic design complete the task, capable of generating sine wave, triangle wave, square wave, and saw-tooth waveforms, and you can select the wave through the keyboard type and adjust five amplitudes.KEY WORDS: Waveform g
5、enerator, Microcontroller 89S52, DAC0832目录摘 要IIABSTRACTIII第一章 绪论11.1选题背景及意义11.2国内外发展现状11.3 本论文所做的工作21.4 本论文的结构安排2第2章 系统总体设计32.1系统总体框图设计32.2系统的主要性能指标32.3元器件的选择3第3章 系统硬件设计93.1资源分配93.2单片机最小系统93.3各模块电路的设计93.3.1单片机与D/A连接图103.3.2 按键电路103.3.3电流电压转换电路11第4章 系统软件设计134.1单片机软件开发系统134.2主程序模块174.3锯齿波程序模块194.4三角波程
6、序模块204.5正弦波程序模块214.6方波程序模块22第5章 波形发生器的调试及结果255.1软件仿真255.2硬件电路测试305.3结果分析315.4调试小结31第六章 结论与展望336.1 结论336.2 展望33致 谢35参考文献37附录1 PROTEUS原理图39附录2 源程序41I绪论第一章 绪论1.1选题背景及意义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
7、个小而完善的计算机系统。波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常。用一般的信号发生器，不但笨重，而且只发一些简单的波形，不能满足需要。例如用户要调试串口通信程序时，就要在计算机上写好一段程序，再用线连接计算机和用户实验板，如果不正常，不知道是通讯线有问题还是程序有问题。用E2000/L的波形发生器功能，就可以定义串口数据。通过逻辑探勾输出，调试起来简单快捷。基于单片机的简易波形发生器是一种常用的信号源,它广泛地应用在电子技术实验、自动控制系统和其他科研领域。目前, 简易波形发生器的构成方法有很多,例如采用DDS(Direct2Digital S
8、ynthesis)型的任意波发生器、采用专用的信号发生芯片MAX038以及传统的AWG 。本设计通过分析比较后采用传统的方法来实现多功能波形发生器。借助高性能单片机运算速度高,系统集成度强的优势,设计的这种信号发生器,比以前的数字式信号发生器具有硬件简单,理解及实现起来较容易,该方案的设计思路较为清晰,且容易对频率和幅值进行控制等优点。1.2国内外发展现状任意波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。任意波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能
9、够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。 近几年来，国际上任意波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：（1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得任意波形发生器能应用于越来越广的领域。任意波形发生器软件的开发正使任意波形的输入变得更加方便和容易。任意波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。同时可以利用一种非常强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成vf(t)形式的波形方程的数学表达式产生。各种计算机语言的飞速发展也推动了任意波形发生器软件技术的发展。目前可
10、以利用可视化编程语言(如Visual Basic Visual C等等)编写任意波形发生器的软面板，这样允许徒手从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。（2）随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，有在繁荣起来。不过现在的新的台式仪器的形态，和几年前的已有很大的不同。这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。1.3 本论文所做的工作本论文主要进行了以下工作：（1）通过查阅相关资料，学习信号发生器的工作原理及了解其应用场合。（2）复习“MCS-51单片机原理及其系统设计”，掌握其接口扩展包括：显示键盘等（3）掌握单片机
11、仿真软件KEIL和PROTEUS的使用（4）组建基于单片机的信号发生器系统，画出总体结构框图（5）采用汇编语言编写应用程序，输出不同波形，幅度可以调节并且在示波器上显示（6）最后完成对系统测试结果的统计和分析（7）撰写论文。1.4 本论文的结构安排全文共分为六章，本章介绍本课题的研究现状和选题目的意义等；第二章介绍波形发生器设计的总体方案与论证；第三章介绍波形发生器系统硬件电路的设计；第四章介绍波形发生器系统功能的软件设计（信号产生、D/A转换等的软件设计），并给出了各个子模块的程序流程图；第五章介绍了系统的调试过程和调试结果，并对系统调试过程中出现的问题进行了分析;第六章结论和展望。系统总体
12、设计第2章 系统总体设计2.1系统总体框图设计通过查阅相关的资料，本设计采用单片机（AT89S52）和数模转换芯片（DAC0832）实现波形的产生，波形的产生由程序控制，向D/A的输入端按一定的规律发送数据，经过D/A和LM324输出，通过两个中断控制不同波形的产生。总体框图如图2-1所示，此方案通过编程简化了外部电路，原理简单，容易实现。使用8个按键共同实现正弦波，方波，三角波，锯齿波这四种常见波形的产生及幅值调节的功能。按钮开关单片机控制单元D/A示波器图2-1系统原理框图2.2系统的主要性能指标主要功能是实现利用单片机AT89S52和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现正弦波，方波，
13、三角波，锯齿波这四种常见波形的发生，并且通过按键利用DAC接口实现波形发生器可以产生锯齿波、三角波、方波和正弦波等常用标准波形。将P1.0,P1.1,P1.2和P1.3分别作为这四种波的控制位，当相应的控制键按下后，出现相应的波形主要性能指标正弦波的频率范围：下限频率为0.1Hz，上限频率暂时不确定，但应尽量提高，对于四种波形它们的幅值都有五种即1V、2V、3V、4V和5V。 2.3元器件的选择该波形发生器有以下几部分组成：（1）控制模块（2）按键（3）采样模块三部分组成。（1）控制模块：方案：用单片AT89S52作为系统的主控核心。单片机具有体积小，使用灵活的，易于人机对话和良好的数据处理，
14、有较强的指令寻址和运算功能等优点。且单片机功耗低，价格低廉的优点。89S52单片机有44个引脚PLCC和TQFP方形封装形式，40个引脚的双列直插式封装形式，最常用的40个引脚封装形式及其配置如图3-1所示，各个引脚功能说明如图2-2： 图2-2 单片机89S52GND：接地P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要
15、外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表1-1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或
