C51單片機(jī)的波形發(fā)生器

1、通信專業(yè)技能實(shí)訓(xùn)報告題 目 基于Proteus的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 班 級 學(xué) 生 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 魏長智 二一 九 年 一 月 五 日目 錄1 前言- 1 -2 硬件設(shè)計(jì)- 2 -2.1 啟動方式選擇- 2 -2.2 框圖設(shè)計(jì)- 2 -2.3 電路圖設(shè)計(jì)- 3 -3 DAC0832性能與特征- 4 -3.1 D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口探究- 4 -3.1.1 數(shù)據(jù)線連接- 4 -3.1.2 地址線連接- 4 -3.1.3 控制線連接- 4 -3.2 DAC0832的認(rèn)識- 5 -3.2.1 DAC0832的結(jié)構(gòu)- 5 -3.2.2 DAC0832的引腳

2、- 6 -3.2.3 DAC0832的啟動控制方式- 7 -4 程序設(shè)計(jì)- 8 -4.1 程序流程圖- 8 -4.1.1 程序設(shè)計(jì)思路- 8 -4.1.2流程圖- 8 -4.2 用C語言實(shí)現(xiàn)- 10 -5 Proteus仿真及結(jié)果- 13 -5.1方波：- 13 -5.2正弦波：- 14 -5.3三角波：- 15 -5.4梯形波：- 16 -5.5鋸齒波：- 17 -實(shí)訓(xùn)結(jié)語：- 18 -參考文獻(xiàn)- 19 -1 前言波形發(fā)生器也稱函數(shù)發(fā)生器，作為實(shí)驗(yàn)信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒波，正弦

3、波，方波，三角波等波形。作為一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。函數(shù)信號發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路。通過對函數(shù)波形發(fā)生器的原理以及構(gòu)成分析，可設(shè)計(jì)一個能變換出三角波、正弦波、方波的函數(shù)波形發(fā)生器。本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用AT89C51單片機(jī)為核心硬件，對直流電動機(jī)進(jìn)行速度控制。并且輔助以硬件部分的驅(qū)動、復(fù)位、LED顯示等電路，軟件部分對AT89C51進(jìn)行模塊化程序的輸入，通過按鈕控制，實(shí)現(xiàn)對直流電動機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等控制功能。同時利用DAC0823轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，由LED與電動機(jī)轉(zhuǎn)速顯示控制效果。利

4、用AT89C51芯片進(jìn)行低成本直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，簡化系統(tǒng)構(gòu)成、提高系統(tǒng)性能，滿足了生產(chǎn)要求。2 硬件設(shè)計(jì)2.1 啟動方式選擇因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個波形發(fā)生器，要求能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、梯形波、鋸齒波，而且由按鍵控制輸出的波形。故各個波形輸出并非同步輸出，而是由按鍵控制，單個輸出，并且本例只需要一個DAC，如果選擇雙緩沖方式就會加大不必要的難度；直通方式不能有效的控制DAC轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)流失。故選擇單緩沖啟動控制方式來驅(qū)動DAC0832。2.2 框圖設(shè)計(jì)根據(jù)2.1節(jié)的判斷，選擇AT89c51單片機(jī)作控制，實(shí)現(xiàn)電路框如下：圖2.1 硬件設(shè)計(jì)框圖2.3 電路圖設(shè)計(jì)根據(jù)以上框圖

5、，選擇+12V的基準(zhǔn)電壓，選擇一級集成運(yùn)放作放大電路，連接A/D轉(zhuǎn)換電路圖如下：圖2.2 單片機(jī)與DAC的連接方式3 DAC0832性能與特征 3.1 D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口探究D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口具有軟硬相依性。在連接過程中要考慮到數(shù)據(jù)線、地址線、控制線的連接。3.1.1 數(shù)據(jù)線連接D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口要考慮到兩個問題：一個是位數(shù)，當(dāng)高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器與8位數(shù)據(jù)總線的51單片機(jī)接口時，51單片機(jī)的數(shù)據(jù)必須分時輸出，這時就必須考慮數(shù)據(jù)分時傳送的格式和輸出電壓“毛刺”問題；二是D/A轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有輸入鎖存器時，必須在單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器之間增設(shè)鎖存器

6、或者I/O口。最常用的是8位帶鎖存端的D/A轉(zhuǎn)換器與8位單片機(jī)的接口，這時只需要將單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線和D/A轉(zhuǎn)換器的8位數(shù)據(jù)輸入端一一對應(yīng)即可。3.1.2 地址線連接一般的D/A轉(zhuǎn)換器只有片選信號，而沒有地址線。這時單片機(jī)的地址線采用全譯碼或者部分譯碼，經(jīng)譯碼器輸出控制片選信號，也可以用某一位I/O線來控制片選信號。也有少數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器有少量的地址線，用于選中片內(nèi)獨(dú)立的寄存器或者選擇輸出通道，這時單片機(jī)執(zhí)行的地址線與D/A轉(zhuǎn)換器的地址線對應(yīng)連接。3.1.3 控制線連接D/A轉(zhuǎn)換器主要有片選信號、寫信號、及啟動轉(zhuǎn)換信號等，一般由單片機(jī)的有關(guān)引腳或譯碼器提供。一般來說，寫信號多由單片機(jī)的信號控制；啟

7、動信號常常由片選信號與寫信號的組合形式（LE1、LE2）形成，當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行一條輸出指令時，傳送的地址使轉(zhuǎn)換器的片選信號有效。3.2 DAC0832的認(rèn)識 圖3.1 DAC0832的管腳結(jié)構(gòu)3.2.1 DAC0832的結(jié)構(gòu)DAC0832的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，主要由控制邏輯電路、輸入寄存器、DAC寄存器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。由上圖邏輯控制電路可知：LE1=(+）ILELE2=+由LE1控制輸入寄存器讀入數(shù)據(jù)，由LE2控制輸入寄存器向DAC寄存器傳輸數(shù)據(jù)，同時開始D/A轉(zhuǎn)換。3.2.2 DAC0832的引腳DAC0832的引腳如圖2.2所示：DI0DI7：8位數(shù)據(jù)輸入線，高電平有效。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允

8、許控制輸入線，高電平有效。：片選信號輸入線，低電平有效。：輸入鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖有效。輸入鎖存器的信號就是LE1。LE1負(fù)跳變有效。：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。：DAC寄存器寫選通信號輸入線，負(fù)脈沖有效。DAC鎖存信號就是LE2，LE2的負(fù)跳變有效。：模擬電流輸出線。：模擬電流輸出線，采用單極性輸出時，通常接地。：反饋信號輸入線。反饋電阻被制作在芯片里，用作外接運(yùn)放的反饋電阻，為D/A轉(zhuǎn)換器提供電壓輸出。：參考電壓輸入端。要求外接一精密電壓源，電壓范圍在-10V+10V之間選定。通過的符號來改變輸出極性。: 電源接口。AGND：模擬地。DGND：數(shù)字地。注：數(shù)字信號的高頻噪聲

9、很大，如果模擬信地和數(shù)字地混合的話，就會把數(shù)字的噪聲傳到模擬部分，造成干擾。如果分開的話，高頻噪聲可以在電源處通過濾波來消除掉。3.2.3 DAC0832的啟動控制方式DAC0832有三種啟動控制方式：（1）直通方式：將信號都接地，ILE信號引腳接高電平，只要數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)線上，兩級鎖存器同時開始工作，并啟動D/A轉(zhuǎn)換，即轉(zhuǎn)換器處于非受控狀態(tài)。在這種工作方式下，轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)線不能直接和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線（P0.0P0.7）相連接。因?yàn)镻0口分時復(fù)用為低8位的地址總線和數(shù)據(jù)總線，對輸出無鎖存能力，會使轉(zhuǎn)換器的輸出不確定。但是可以將ADC的數(shù)據(jù)線連接到某個I/O口上，執(zhí)行端口輸出指令（MOV Px A

10、）即可啟動一次D/A轉(zhuǎn)換。這種方式很少采用。（2）單緩沖方式：兩級鎖存器接受同一種控制，例如將 和 直接接地，8位ADC鎖存器處于非受控狀態(tài)，只有8位輸入鎖存器處于受控狀態(tài)，即此時僅有LE1控制ADC。這種方式在不要求多個模擬同步輸出時采用。（3）雙緩沖方式：倆個鎖存器都處于受控狀態(tài)，單片機(jī)要對轉(zhuǎn)換器進(jìn)行兩步寫操作：第一次執(zhí)行指令使LE1有效，稱作第一級緩沖，第二次執(zhí)行指令使LE2有效，稱作第二級緩沖。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)接收和啟動轉(zhuǎn)換可以異步進(jìn)行，可在D/A轉(zhuǎn)換的同時接收下一個轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，以提高轉(zhuǎn)換速度，還可以實(shí)現(xiàn)多個轉(zhuǎn)換器同時啟動轉(zhuǎn)換，同步輸出。4 程序設(shè)計(jì)4.1 程序流程圖4.1.1 程序

11、設(shè)計(jì)思路（1）因?yàn)橐褂玫桨粹o（本例中選擇獨(dú)立按鍵），必須使用到鍵盤掃描，首先要進(jìn)行鍵盤消抖，然后通過掃描確定是哪個按鍵被按下，通過I/O口（本例中為P1口）的數(shù)據(jù)判斷選擇五種波形中的哪一個；（2）根據(jù)（1）中的結(jié)果，通過編程產(chǎn)生各個波形的數(shù)字信號；（3）控制DAC轉(zhuǎn)換數(shù)字信號為模擬信號。程序框圖如下： 圖4.1 程序設(shè)計(jì)思路4.1.2流程圖在本流程圖中分別以k1、k2、k3、k4、k5代表單片機(jī)的I/O口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4；設(shè)置flag1、flag2、flag3、flag4、flag5為1時分別代表方波、正弦波、三角波、梯形波、鋸齒波。當(dāng)確認(rèn)按鍵按下時，令相對應(yīng)

12、的flagx=1，然后用連續(xù)的判斷程序來選擇將要輸出的波形。程序?qū)崿F(xiàn)了只需按一下按鈕便可持續(xù)輸出對應(yīng)的波形。流程圖如下： 圖4.2 程序流程圖4.2 用C語言實(shí)現(xiàn)根據(jù)程序流程圖用C語言編程，C語言實(shí)現(xiàn)的代碼為:#include<reg52.h>typedef unsigned char u8;typedef unsigned int u16;sbit k0=P10; sbit k1=P11; sbit k2=P12; sbit k3=P13; sbit k4=P14;sbit led1=P30;sbit led2=P31;sbit led3=P32;sbit led4=P33;sb

13、it led5=P34;u8 temp;u8 const code SIN_code256=0x80,0x83,0x86,0x89,0x8c,0x8f,0x92,0x95,0x98,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb0,0xb3,0xb6,0xb9,0xbc,0xbf,0xc1,0xc4,0xc7,0xc9,0xcc,0xce,0xd1,0xd3,0xd5,0xd8,0xda,0xdc,0xde,0xe0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe8,0xea,0xec,0xed,0xef,0xf0,0xf2,0xf3,0xf4,0xf6,0xf7,0xf8

14、,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfc,0xfd,0xfe,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfe,0xfd,0xfc,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf3,0xf2,0xf0,0xef,0xed,0xec,0xea,0xe8,0xe6,0xe4,0xe3,0xe1,0xde,0xdc,0xda,0xd8,0xd6,0xd3,0xd1,0xce,0xcc,0xc9,0xc7,0xc4,0xc1,0xbf,0xbc,0xb9,0xb6

15、,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x92,0x8f,0x8c,0x89,0x86,0x83,0x80,0x7d,0x79,0x76,0x73,0x70,0x6d,0x6a,0x67,0x64,0x61,0x5e,0x5b,0x58,0x55,0x52,0x4f,0x4c,0x49,0x46,0x43,0x41,0x3e,0x3b,0x39,0x36,0x33,0x31,0x2e,0x2c,0x2a,0x27,0x25,0x23,0x21,0x1f,0x1d,0x1b,0x19,0x17,0x15,0x14,0x12

16、,0x10,0xf,0xd,0xc,0xb,0x9,0x8,0x7,0x6,0x5,0x4,0x3,0x3,0x2,0x1,0x1,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x1,0x1,0x2,0x3,0x3,0x4,0x5,0x6,0x7,0x8,0x9,0xa,0xc,0xd,0xe,0x10,0x12,0x13,0x15,0x17,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x23,0x25,0x27,0x29,0x2c,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3b,0x3d,0x40,0x43,0x46,0x48,

17、0x4b,0x4e,0x51,0x54,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6c,0x6f,0x73,0x76,0x79,0x7c;void delay (u16 num)u16 x,y;for (x=num; x>0; x-)for (y=110; y>0; y-);void main(void)u8 temp,a,t;a = 0x00;temp = 0x00;P0=0;while(1) led4=0;led2=0;led3=0;led1=0; led5=0; if(k1=0) /juchi led2=led2; for(temp=0xff;

18、temp<0x00;temp-) P0=temp; if (temp = 0x00) temp = temp; if(k2=0) /sanjiaoled3=led3; for(a=0x00;a<0xff;a+) P0=a;for(a=0xff;a>0x00;a-)P0=a;if(k3=0) /tixing led4=led4; for(a=0x00;a<0xff;a+) P0=a;delay(3); for(a=0xff;a>0x00;a-) P0=a;delay(5); if(k4=0) /zhengxian led5=led5;for(t=0;t<255

19、;t+)P0=SIN_codet; if(k0=0) /juxing led1=1; P0=temp;delay(30); P0=temp ;delay(30); 5 Proteus仿真及結(jié)果將程序代碼在Kill中編譯輸出.HEX文件，燒寫進(jìn)單片機(jī)中，用Proteus仿真軟件仿真，得到的輸出波形為：5.1方波： 圖5.1 輸出方波波形由仿真結(jié)果可知，通過鍵盤輸入觸發(fā)信號選擇方波輸出后，觸發(fā)信號經(jīng)過AT89c51單片機(jī)后，根據(jù)單片機(jī)內(nèi)寫入的程序，通過P0口輸出數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換，成為模擬信號，最后經(jīng)過運(yùn)算放大器放大輸出，通過示波器顯示輸出波形。并且顯示波形為方波的led燈點(diǎn)亮。根據(jù)

20、方波信號可以明顯看出符合c語言程序設(shè)計(jì)：P0=temp;delay(30); P0=temp ;delay(30);P0口先輸出0信號，并延遲30ms，之后再取反輸出高電平同樣延遲30ms從而形成方波信號。形成一個方波信號后一直循環(huán)該程序，即可完成輸出持續(xù)的方波信號。5.2正弦波：圖5.2 輸出正弦波形由仿真結(jié)果可知，通過鍵盤輸入觸發(fā)信號選擇正弦波輸出后，觸發(fā)信號經(jīng)過AT89c51單片機(jī)后，根據(jù)單片機(jī)內(nèi)寫入的程序，通過P0口輸出數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換，成為模擬信號，最后經(jīng)過運(yùn)算放大器放大輸出，通過示波器顯示輸出波形。并且顯示波形為正弦波的led燈點(diǎn)亮。根據(jù)正弦波信號可以明顯看出符合c

21、語言程序設(shè)計(jì)：for(t=0;t<255;t+)；P0=SIN_codet; P0口根據(jù)循環(huán)方式，從事先準(zhǔn)備好的由256個數(shù)據(jù)形成的正弦波采點(diǎn)數(shù)組，依次輸出數(shù)組中數(shù)據(jù)對應(yīng)的電平，不同數(shù)據(jù)輸出不同電平，循環(huán)256次。如t=0輸出第一個數(shù)據(jù)的電平；t=11，輸出第十二個數(shù)據(jù)的電平。形成一個正弦波信號之后一直循環(huán)該程序，即可完成輸出持續(xù)的正弦波信號。5.3三角波： 圖5.3 輸出三角波形由仿真結(jié)果可知，通過鍵盤輸入觸發(fā)信號選擇三角波輸出后，觸發(fā)信號經(jīng)過AT89c51單片機(jī)后，根據(jù)單片機(jī)內(nèi)寫入的程序，通過P0口輸出數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換，成為模擬信號，最后經(jīng)過運(yùn)算放大器放大輸出，通過示

22、波器顯示輸出波形。并且顯示波形為三角波的led燈點(diǎn)亮。根據(jù)三角波信號可以明顯看出符合c語言程序設(shè)計(jì)：for(a=0x00;a<0xff;a+) P0=a;for(a=0xff;a>0x00;a-) P0=a;P0口先輸出0信號，并且根據(jù)循環(huán)輸出信號依次升高至0xff，形成三角波的一側(cè)，之后根據(jù)循環(huán)依次遞減至0x00，形成完整的三角波。形成一個三角波信號之后一直循環(huán)該程序，即可完成輸出持續(xù)的三角波信號。5.4梯形波： 圖5.4 輸出梯形波形由仿真結(jié)果可知，通過鍵盤輸入觸發(fā)信號選擇梯形波輸出后，觸發(fā)信號經(jīng)過AT89c51單片機(jī)后，根據(jù)單片機(jī)內(nèi)寫入的程序，通過P0口輸出數(shù)字信號，數(shù)字信號

23、經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換，成為模擬信號，最后經(jīng)過運(yùn)算放大器放大輸出，通過示波器顯示輸出波形。并且顯示波形為梯形波的led燈點(diǎn)亮。根據(jù)梯形波信號可以明顯看出符合c語言程序設(shè)計(jì)：for(a=0x00;a<0xff;a+)P0=a;delay(5);for(a=0xff;a>0x00;a-)P0=a;delay(3);P0口先輸出0信號，并且根據(jù)循環(huán)輸出信號依次升高至0xff，形成三角波的一側(cè)，再延遲一段時間，之后根據(jù)循環(huán)依次遞減至0x00，再延遲一段時間，形成完整的梯形波。形成一個梯形波信號之后一直循環(huán)該程序，即可完成輸出持續(xù)的梯形波信號。5.5鋸齒波： 圖5.5 輸出鋸齒波形 由仿真結(jié)果可知，

24、通過鍵盤輸入觸發(fā)信號選擇鋸齒波輸出后，觸發(fā)信號經(jīng)過AT89c51單片機(jī)后，根據(jù)單片機(jī)內(nèi)寫入的程序，通過P0口輸出數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換，成為模擬信號，最后經(jīng)過運(yùn)算放大器放大輸出，通過示波器顯示輸出波形。并且顯示波形為鋸齒波的led燈點(diǎn)亮。根據(jù)鋸齒波信號可以明顯看出符合c語言程序設(shè)計(jì)：for(temp=0xff;temp<0x00;temp-) P0=temp; if (temp = 0x00)temp = temp; P0口先輸出信號根據(jù)循環(huán)從高到低開始降低，當(dāng)降到0信號時P0口輸出信號取反回到高電平，從而形成鋸齒波信號。形成一個鋸齒波信號之后一直循環(huán)該程序，即可完成輸出持續(xù)的鋸齒波信號。實(shí) 訓(xùn) 結(jié) 語：通過一周的課程設(shè)計(jì)，使我對單片機(jī)的結(jié)構(gòu)功能和使用方法有了更深的了解，也加強(qiáng)了我對kill、Proteus的使用熟練度，為以后熟練運(yùn)用打下了良好的基礎(chǔ)，我能將學(xué)習(xí)的理論知識運(yùn)用的課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，這加強(qiáng)了我對單片機(jī)相關(guān)知識、C語言以及數(shù)電模電知識的運(yùn)用與掌握。設(shè)計(jì)單片機(jī)是一個復(fù)雜而且消耗時間很長的過程，需要先進(jìn)行項(xiàng)目構(gòu)思，尋找設(shè)計(jì)