波形發(fā)生器實驗報告

1、單片機課程設計報告設計題目波形發(fā)生器學生姓名學 號專業(yè)班級指導教師2014年02月23日1、用戶需求1、產(chǎn)生三角波、方波、正弦波信號2、 輸出信號的頻率和幅度可以通過按鍵來改變，分析波形產(chǎn)生的最高頻率。2、設計任務基于AT89C51的波形發(fā)生器主要功能如下：（1）可以三產(chǎn)生角波、方波、正弦波信號并通過按鍵控制。（2）輸出信號的頻率和幅度可以通過按鍵來改變，分析波形產(chǎn)生的最高頻率。（3）以單片機為核心，經(jīng)過 D/A轉換和放大電路的處理，最后輸出信號。3、原理框圖及說明根據(jù)設計任務，設計如下框圖：圖1、原理框圖電源部分，為單片機提供5V穩(wěn)壓電源；8位按鍵提供給用戶用來選擇需要輸出的波形， 以及修改

2、頻率及方波占空比；數(shù)碼管顯示所選擇的的波形代號，1代表正弦波，2代表方波,3代表鋸齒波，4代表三角波；幅度調(diào)節(jié)電路用來調(diào)節(jié)輸出波形的幅度；D/A轉換及放大電路可以將數(shù)字信號轉換成模擬信號輸出我們所需要的波形；顯示電路則是將波形顯示在屏幕上。89C51上電后，掃描P1 口，判斷是否有鍵按下，進行相應的操作。根據(jù)原理框圖，設計電路圖如附件1.設置的3位按鍵分別為 S1代表正弦波，S2代表方波，S3代表鋸齒波，S4代表三角波， S5代表增加方波占空比， S6代表減小方波占空比，S7代表增加頻率，S8代表減小頻率。4、主要電路說明、元件選擇及參數(shù)計算簡易函數(shù)信號發(fā)生器原件清單如下:原件名稱型號數(shù)量個用

3、途原件名稱型號數(shù)量個用途單片機AT89S521控制核心集成塊DAC08321數(shù)模轉換晶振12MHz1晶振電路集成塊uA4701放大電路電容30pF2晶振電路電阻100K?2放大電路電解電容10V1復位電路電阻50K?1放大電路電阻10K?1復位電路電源12V/0.5A1放大電路排阻10K?*101電源+5V/0.5A1提供+5V按鍵9選擇波形、 復位鍵、調(diào) 節(jié)方波空 占比、調(diào)節(jié) 頻率4.1主控芯片單片機的介紹AT89C51的引腳如圖2.2所示XTAL2陽亦gRSTPQlADiiPQ環(huán)西PQ 了魚 DTPSENP2.1XR9iALEP2.W.120陀環(huán)心PinP2J&J(R.11P1B1

4、P.I/TXOP1J2pinpginTHpi.*P3.</TDpmP1J5P3J&VURP1.TF3.7/irc>39P亠363s3*m32-亠22劉？12526M 二1D111313F 工1C17圖2.2引腳排列圖AT89C51單片機的40個引腳可分為：電源引腳2根、時鐘引腳兩根、控制引 腳4根、輸入/輸出引腳32根。各引腳功能描述如下：(1) 主電壓引腳 VCc：電源端，正常工作時接+5V電源 Vss：接地端(2) 時鐘引腳 XTAL1內(nèi)部振蕩電路的反相放大器的輸入端，接外部晶振和微調(diào)電容的 一端。采用外部時鐘電路時，對 HMO型工藝的單片機而言，此引腳應接地；對 CH

5、MO型而言，此引腳應接外部時鐘的輸入端。內(nèi)部振蕩電路的反相放大器的輸出端，接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。 采用外部時鐘電路時，對HMO型工藝的單片機而言，此引腳應接外部時鐘的輸 入端；對CHMO型而言，此引腳懸空。(3 )控制引腳 RST/V>d：復位信號/備用電源輸入引腳。當振蕩運行時，RST引腳保持2個機器周期的高電平后，就可以使8051完成復位工作。該引腳的第二功能是Wd, 即備用電源的輸入端，具有掉電保護功能。在主電源Vcc掉電期間，該引腳可接+5V備用電源，由VPd向內(nèi)部RAM提供備用電源，保持內(nèi)部 RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。 ALE/PROG地址鎖存允許信號/編程脈沖輸入端。當C

6、PU訪問片外存儲器 時，ALE輸出信號控制鎖存P0 口的低8位地址，從而實現(xiàn)P0 口的數(shù)據(jù)與低位地 址的分時復用。當8051上電正常工作后，ALE端以不變頻率(振蕩器頻率的fosc/6 周期性地輸出正脈沖信號。該脈沖可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。該 引腳的第二功能PROG1做編程脈沖的輸入端。 PSEN外部程序存儲器讀選通信號端，低電平有效。 EA/Vpp:內(nèi)部ROM和外部ROMS擇端/編程電壓輸入端。當EA接高電平時， CPU訪問片內(nèi)ROM但當PC值超過0FFFH時，將自動轉去執(zhí)行片外ROM旨令；當 EA接低電平時，CPU訪問片外ROM該引腳的第二功能是VPp是作為編程電壓的 輸入端

7、。(4)輸入/輸出引腳 P0.0P0.7:P0 口的8位口線。P0 口是一個8位漏極開路型雙向I/O ,既 可作地址/數(shù)據(jù)總線使用，又可作通用的I/O 口使用。當CPUS問片外存儲器時， P0 口分時先作低8位地址總線，后作雙向數(shù)據(jù)總線，P0 口能以吸收電流的方式 驅動8個LSTTL電路。 P1.0P1.7:P1 口的8位口線。P1 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位準 雙向I/O 口。作為通用的I/O 口，它能驅動4個LSTTL負載。 P2.0P2.7:P2 口的8位口線。P2 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的的 8位 準雙向I/O 口。當CPU訪問片外存儲器時，P2 口輸出高8位地址總線，與P0

8、口 配合，組成16位片外存儲器單元地址。P2 口驅動4個LSTTL負載。(5)DAC0832是8位CMO數(shù)/模轉換芯片，其特點如下：分辨率8位的并行D/A轉換器。雙列直插式(DIP) 封裝，CMO低功耗(功耗為20mW器件。單電源供電。參考電壓為-10V+10V,從+5V+15V均可正常工作。 電流輸出型芯片，需外接運算放大器。 電流建立時間為 1us。 片內(nèi)二級數(shù)據(jù)緩存，數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖和直通方式。數(shù)/模轉換器DAC0832S 1個8位數(shù)據(jù)寄存器、1個8位DAC寄存器、1個8位 D/A轉換器和控制邏輯組成。DAC0832各引腳功能： D7D0:8位數(shù)字量輸入端，接 CPL數(shù)據(jù)線D

9、7D0。 I out1模擬電流輸出端1,輸出值隨DAC寄存器內(nèi)容線性變化。 I OUT 2模擬電流輸出端 2， I OUT1 + I OUT2= 常數(shù)。一般情況下，在單極性輸出 時，I OUT2接地，在雙極性輸出時I OUT2接運算放大器。 Vref ：參考電壓輸出端。 Vref 可以外接一個正電壓， 也可以接一個負電壓， 范圍為-10V+10V。參考電壓決定數(shù)字量 0255 (00H- FFH轉化出來的模擬 量電壓值的幅度。 Rfb:反饋電阻輸出引腳。DAC0832是電流輸出，為了取得電壓輸出，需在 電流輸出端接運算放大器，構成I/V轉換電路。DAC0832部已經(jīng)有反饋電阻， 所以 Rfb

10、端可以直接與外部運算放大器相連， 相當于將一個反饋電阻接在運算放 大器的輸出端和輸入端之間。 Vcc：電源電壓。AGND模擬量地。DGND數(shù)字量地。 CS片選信號，低電平有效。當 CS=0時，DAC0832T作。 ILE :輸入鎖存器允許信號，高電平有效。 WR：1 寫控制信號 1，低電平有效。 WR：2 寫控制信號 2，低電平有效。 XFER數(shù)據(jù)傳送信號，低電平有效。4.2 復位與振蕩電路對于 MCS-51 一般的晶振可以在 1.2MHZ12MHZ 之間選擇，這是電容 C 可以對應的選擇10pf-30Pf。一條引腳接在XTAL1,另一條接在XTAL2。復位電路 如圖 2，由 C3 和 R1

11、構成。由于 51 單片機為低電平復位，圖示電路利用電容的特性，在剛 剛外加5V電源時RST腳的電壓為低。選擇 12MHz晶體，C1、C2、C3選擇30pF電容，R1選擇10K電阻。圖2、復位與振蕩電路4.3顯示電路顯示元件選擇8段LED數(shù)碼管，共陽極。段選信號經(jīng)過上拉電阻接到51的P0 口，位選信號由按鍵接至 P1.0到P1.3提供，因此得到數(shù)碼管L1顯示分別為1、2、3、4.顯示數(shù)碼管與P0 口對應表F 口 DTAD>aP 口皿妙1 P 口環(huán)2 FOSA&a 陽”亦D RP2：H.ESPASK-7Awc牛-顯示數(shù)碼管顯示1顯示2顯示3顯示4P0 口0xF90xA4OxBO0x9

12、9圖2、顯示電路4.4按鍵電路由于89C51的P1 口內(nèi)部有上拉電阻，為簡化電路，用按鍵開關直接接對應引腳P1.0、至P1.7到地。其中P1.0接正弦波按鍵，p1.1接方波按鍵，p1.2接鋸齒波按鍵，p1.3接三角 波按鍵，p1.4接增加方波占空比按鍵， p1.5接減小方波占空比按鍵， p1.6接增加頻率按鍵，F(xiàn)VfeHAL6EAp1.7接減小頻率按鍵。當按鍵按下，P1 口為零，進行選擇。；<3 R：正弦彼二二工j口 - O1 1、,I1 ' 右淤*O = o=鋸齒詫_ J f|J = a二方披占空比+】:r 1!， r, rQ 0=方波占空上圖4、按鍵電路4.5D/A轉換及放大

13、電路P2 口接入用于 D/A轉換的為了將數(shù)字信號轉換成模擬信號得到我們需要的波形，在 DAC0832芯片，并接入UA741運放用于將信號放大。OJTAD口 S.D + 口口 J/AfrTPZIV驅FZ.VAS 也困RK3 Pza'Aii P2.WA12F2J&A1+?inH- bF3.-TTX&PSriirmPlJriimps.fnoF37fRip - 4亠盞盞U2 -8_WH.il OMIDWCILgHYIHTWRZ0DXPiER017 1*D 11E) BDOYKEFRF E110 BTZGMllDl» I1T115IB tgU AT«1 u*T

14、EXT>:V：二* 7Sir B L圖5、輸出驅動電路4.6調(diào)幅電路通過滑動變阻器的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)電壓，從而使波形的振幅發(fā)生變化。5、軟件規(guī)劃5.1軟件流程圖開始初始化按鍵設置設置波形各點輸出電壓值波形函數(shù)鍵盤控制函數(shù)主函數(shù)調(diào)用波形函數(shù)結束5.2軟件劃分根據(jù)設計要求，先定義按鍵對應的端口，在定義各波形輸出點的電壓值，編寫波形函 數(shù)及按鍵控制函數(shù)，完成程序的設計。設計的全局變量：（1） 定義按鍵變量：sbit s仁 P1A0; sbit s2=P1A1; sbit s3=P1A2; sbit s4=P1A3; sbit s5=P1A4; sbit s6=P1A5; sbit s7=P1A6;

15、sbit s8=P1A7;（2） 定義全局變量:uint d1,d2;uint s,p; uint n;（3） 定義正弦波各個輸出點的電壓值：uchar code sin tab256（4） 定義鋸齒波各輸出點的電壓值uchar code jctab128（5） 定義三角波各輸出點的電壓值uchar code sjtab256（6） 初始化變量：d1=10; d2=10;n=0;p=4; PO=Oxff; P仁 Oxff;設計函數(shù)如下：（1）主函數(shù) mai n（），調(diào)用各函數(shù) 顯示輸出的波形。程序循環(huán)。（2）延時函數(shù) delay （uchar k） 功能：等待顯示器反應（3）產(chǎn)生正弦波函數(shù) s

16、in（）功能：掃描P2 口，產(chǎn)生正弦波。（4）產(chǎn)生方波函數(shù) fan g（）功能：掃描P2 口，產(chǎn)生方波。（5）產(chǎn)生鋸齒波juchi（）功能：掃描P2 口，產(chǎn)生鋸齒波。（6）產(chǎn)生三角波 tran（）功能：掃描P2 口，產(chǎn)生三角波（7） 鍵盤控制函數(shù)box in gkey（）功能：設置按鍵的控制功能，返回到具體的函數(shù)中。6、測試（測試方案設計、測試記錄、結果分析）制作完成后，進行如下測試，結果合格。功能要求功能描述測試結果（1）按鍵是否滿足設計的功能S1按下，顯示正弦波數(shù)碼管顯示1，示波器顯 示正弦波S2按下，顯示方波數(shù)碼管顯示2，示波器顯 示方波S3按下，顯示鋸齒波數(shù)碼管顯示3，示波器顯 示鋸齒

17、波S4按下，顯示三角波數(shù)碼管顯示4，示波器顯 示三角波S5按下，方波占空比增加方波占空比增加S6按下，方波占空比減小方波占空比減小S7按下，頻率增加波形頻率增加S7按下，頻率減小波形頻率減小幅度是否能調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)滑動變阻器，幅度改變波形幅度能夠改變測試結果:1按下按鍵1,數(shù)碼管顯示1,示波器輸出正弦波D gitJil OscilloKO'pekX11、A Ah aArJIF/VVVv 按下按鍵2,數(shù)碼管顯示2,示波器輸出方波。2、Digital OKiHoKopr4、按下按鍵4,數(shù)碼管顯示4,示波器輸出三角波。5、按下按鍵5,方波占空比增加。Digital Owill©scope

18、6、按下按鍵6,方波占空比減小。7、按下按鍵7,波形頻率增加，以正弦波為例。Dvgitdl OsdUoscopc8、按下按鍵8,波形頻率減小，以正弦波為例。Ogrtal OKilloscope9,使用調(diào)節(jié)幅度變阻器，可使波形幅度發(fā)生改變，以正弦波為例。7、體會與感想一周的課程設計結束了，本次課程設計的題目是波形發(fā)生器，雖然時間不是很長，但在這短短的時間里，我學到了很多的東西，首先學會了用keil軟件來編程以及用 proteus軟件來仿真，也知道了一個單片機的工作過程，還復習了單片機的一系列內(nèi)容，包括：復位電路、時鐘電路、數(shù)碼管與單片機的接口等。對于一些器件的工作原理也有了進一步的了解， 如：8

19、9C51單片機，數(shù)碼管等。對于軟件程序和硬件電路的結合，更加深刻體會了單片機系 統(tǒng)的妙處。與此同時，還在對一些硬件的使用上，電路板的設計上有了很大的進步，對今后的學習有很大的幫助。在實驗過程中，我遇到了一些問題（1 ）初次使用keil軟件及proteus軟件，對其熟練地掌握有一些困難，在電路原理圖的設計過程中總是出現(xiàn)錯誤， 對元件的名稱有許多的不了解。但在同學和老師的幫助下找到了正確的元件。（2 ）在程序的設計上也遇到了問題，對于C語言掌握的不是特別熟練，導致出現(xiàn)了許多的語法錯誤，在一些細節(jié)上也出現(xiàn)了錯誤，丟失了一些符號。（3）在仿真過程中，程序與電路圖不對應，需要對照著修改，電路圖也可能不能

20、實現(xiàn)自己 所需要的功能。（4）在連接電路過程中，總是出現(xiàn)波形失真或不穩(wěn)定的現(xiàn)象，但在我們的共同努力下，調(diào)出了一個較好的方波。但本次課程設計我學會了很多，明白了更多的道理，總的來說有以下收獲：（1）對波形發(fā)生器有了深刻的認識，明白了波形器的原理，了解了我們所用的函數(shù)發(fā) 生器的原理，我們生活中的許多事物都可以通過自身實踐來明白（2）通過對電路的設計，對 51 系列單片機的原理和功能有了進一步的了解，學到了 更多的電路知識， 如復位電路的原理， 晶振電路的作用， 上拉電阻的功能， 熟悉了 DAC0832 芯片的原理和功能，認識了 uA741 運放器，并且能對其進行應用。（3）通過原理圖的繪制，學會了

21、proteus 軟件的使用，并且能用它完成一些簡單的電路設計，并且對元器件的封裝有了一定的了解和認識。（4）通過自己動手設計，增強了自身的實踐動手能力，對電路原理的應用有了更深刻的認識。（5）在仿真階段，尤其是在硬件電路的檢查階段，有很深的體會，有時候一個簡單的 錯誤就有可能造成電路無法正常工作，通過找錯排錯，更加熟悉了電路的原理和 51 單片機 的工作原理。通過本次課程設計，我看到了自身還存在許多不足，在實踐動手能力方面比較弱，對一些電路知識掌握得不是很好， 對程序設計有很多的缺陷， 還好在尋求別的同學和老師的幫 助下，完成了課程設計。附1、原理圖.fiF2.ABWK*7p is n <

22、;i u *- «0，iT&hV二：方槻占空比"】二 D - 0»JiaiaiBiB3Z/IE .卜EliPOQADDR0.WI rasfiosPQ6AQ6Rsn啣ATfiLZRs IisS 起uEFPZEEAEKJL的PZMfl FZMU 即櫛aP3DRXI pilriXD p器而 paaiiTlFJtfra F3STT1 pmwT P3J<F-.lrllxE?Si|! >ifl 1 lar LI Id S #ij6 »I.T3iO'： 2ETU2cl匹 iLaBrifflrgrbU艸Rd aip h HII LJIQUlL

23、 I®lhIUPFifpin?CUT1Hrs CI*DaiIF-IEig衛(wèi)I：7i寫；方被占空1:(-)二；増腫率；IAT*I二廠-廠-LJ:;誠小舸；> Jb 0 - 0»TSJ附2、程序清單#in elude <reg52.h>#in clude<absacc.h>#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intsbit s1=P1A0; / 輸出正弦波sbit s2=P“1； / 輸出方波sbit s3=P"2; /輸出鋸齒波sbit s4=P"3;輸

24、出三角波sbit s5=P1A4;增加方波正占空比sbit s6=P"5;增加方波負占空比sbit s7=P1A6;II 增加頻率sbit s8=P"7;II 減小頻率uint d1,d2; uint s,p; uint n;uchar code sin tab256=II正弦波各個輸出點的電壓值0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96, 0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae, 0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5, 0xc7,0xca,0xcc,0xc

25、f,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8, 0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9, 0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5, 0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd, 0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff, 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd, 0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6, 0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0

26、xec,0xea, 0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda, 0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7, 0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1, 0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99, 0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80, 0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69, 0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51, 0x4

27、e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a, 0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27, 0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16, 0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a, 0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02, 0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02, 0x02,0x03,0x04,0

28、x05,0x06,0x07,0x08,0x09, 0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15, 0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25, 0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38, 0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e, 0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66, 0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80 ;uchar code jctab128=II設定鋸齒波各輸

29、出點的電壓值0x00,0x02,0x04,0x06,0x08,0x0a,0x0c,0x0e,0x10,0x12,0x14,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x24,0x26,0x28,0x2a,0x2c,0x2e,0x30,0x32,0x34,0x36,0x38,0x3a,0x3c,0x3e,0x40,0x42,0x44,0x46,0x48,0x4a,0x4c,0x4e,0x50,0x52,0x54,0x56,0x58,0x5a,0x5c,0x5e,0x60,0x62,0x64,0x66,0x68,0x6a,0x6c,0x6e,0x70,0x72,0x74

30、,0x76,0x78,0x7a,0x7c,0x7e,0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c,0x8e,0x90,0x92,0x94,0x96,0x98,0x9a,0x9c,0x9e,0xa0,0xa2,0xa4,0xa6,0xa8,0xaa,0xac,0xae,0xb0,0xb2,0xb4,0xb6,0xb8,0xba,0xbc,0xbe,0xc0,0xc2,0xc4,0xc6,0xc8,0xca,0xcc,0xce,0xd0,0xd2,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdc,0xde,0xe0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe8,0xea,0xec

31、,0xee,0xf0,0xf2,0xf4,0xf6,0xf8,0xfa,0xfc,0xfe;uchar code sjtab256=/設定三角波各輸出點的電壓值0x00,0x02,0x04,0x06,0x08,0x0a,0x0c,0x0e,0x10,0x12,0x14,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x24,0x26,0x28,0x2a,0x2c,0x2e,0x30,0x32,0x34,0x36,0x38,0x3a,0x3c,0x3e,0x40,0x42,0x44,0x46,0x48,0x4a,0x4c,0x4e,0x50,0x52,0x54,0x56,

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