波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)參考模板

1、波形發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總說明各種各樣的信號是通信領(lǐng)域的重要組成部分，其中正弦波、鋸齒波、三角波和方波等是較為常見的信號。在科學(xué)研究及教學(xué)實(shí)驗(yàn)中常常需要這幾種信號的發(fā)生裝置。為了實(shí)驗(yàn)、研究方便，研制一種靈活適用、功能齊全、使用方便的信號源是十分必要的。本文介紹的是利用AT89C51單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件DAC0832產(chǎn)生所需不同信號的低頻信號源。文中簡要介紹了DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理和使用方法，AT89C51的基礎(chǔ)理論，以及與設(shè)計(jì)電路有關(guān)的各種芯片。根據(jù)對畢業(yè)生設(shè)計(jì)的要求，文中著重介紹了利用單片機(jī)控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號的硬件電路和軟件編程。信號頻率幅度也按要求可調(diào)。本次產(chǎn)生不同低頻信號

2、的信號源的設(shè)計(jì)方案，不僅在理論和實(shí)踐上都能滿足實(shí)驗(yàn)的要求，而且具有很強(qiáng)的可行性。該信號源的特點(diǎn)是：體積小、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)方便、功能齊全。關(guān)鍵詞：單片機(jī) AT89C51 DAC0832 波形發(fā)生器1 / 30目錄1 緒論12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1信號發(fā)生電路方案論證22.1.1 單片機(jī)的選擇論證22.1.2鍵盤方案論證32.1.3總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.2硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)42.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)52.2.2 波形產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)62.2.3鍵盤顯示模塊的設(shè)計(jì)72.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)82.3.1主程序：82.3.2鋸齒波的實(shí)現(xiàn)過程102.3.3三角波的實(shí)現(xiàn)過程112.3.4方波的實(shí)現(xiàn)過程13

3、2.3.5正弦波的實(shí)現(xiàn)過程15結(jié)論18致謝19參考文獻(xiàn)20附錄21 1 緒論波形發(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，正弦波，方波，三角波等波形。信號發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路經(jīng)之一，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動等領(lǐng)域常常要用到低頻

4、信號源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所需的RC很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是致命的弱點(diǎn)。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會大大增加。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過考慮，我們確定方案如下：利用AT89C52單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生鋸齒波、三角波、正弦波、方波四種波形，再通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，濾波放大，最終由示波器顯示出來，通過鍵盤來控制四種波形的類型選擇、頻率變化，最終輸出顯示其各自的類型以及數(shù)值。2.1信號發(fā)生電路方案論證 方案一：通過單片機(jī)控制D/A，輸出四種波形。此方案輸出

5、的波形不夠穩(wěn)定，抗干擾能力弱，不易調(diào)節(jié)。但此方案電路簡單、成本低。 方案二：使用傳統(tǒng)的鎖相頻率合成方法。通過芯片IC145152，壓控振蕩器搭接的鎖相環(huán)電路輸出穩(wěn)定性極好的正弦波，再利用過零比較器轉(zhuǎn)換成方波，積分電路轉(zhuǎn)換成三角波。此方案，電路復(fù)雜，干擾因素多，不易實(shí)現(xiàn)。 方案三：利用MAX038芯片組成的電路輸出波形。MAX038是精密高頻波形產(chǎn)生電路，能夠產(chǎn)生準(zhǔn)確的鋸齒波、三角波、方波和正弦波四種周期性波形。但此方案成本高，程序復(fù)雜度高。以上三種方案綜合考慮，選擇方案一。2.1.1 單片機(jī)的選擇論證 方案一：AT89C52單片機(jī)是一種高性能8位單片微型計(jì)算機(jī)。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器CPU

6、、存儲器、寄存器、I/O接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構(gòu)成較為完整的計(jì)算機(jī)、而且其價(jià)格便宜。方案二：C8051F005單片機(jī)是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn)8052的數(shù)字外設(shè)部件，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件，而且執(zhí)行速度快。但其價(jià)格較貴以上兩種方案綜合考慮，選擇方案一 2.1.2鍵盤方案論證方案一：矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的按鍵觸點(diǎn)接于由行、列母線構(gòu)成的矩陣電路的交叉處。當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時(shí)，所有的行和列線都斷開，行線都呈高電平。當(dāng)某一個(gè)鍵閉合時(shí)，該鍵所對應(yīng)的行線和列線被短

7、路。方案二：獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤具有硬件與軟件相對簡單的特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是按鍵數(shù)量較多時(shí)，要占用大量口線。以上兩種方案綜合考慮，選擇方案二。2.1.3總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，由單片機(jī)完成人機(jī)界面、系統(tǒng)控制、信號的采集分析以及信號的處理和變換，采用按鍵輸入，利用液晶顯示電路輸出數(shù)字顯示的方案。將設(shè)計(jì)任務(wù)分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。圖2.1為系統(tǒng)的總體框圖 圖2.1 總體方框圖2.2硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 在proteus中選取元器件構(gòu)造出系統(tǒng)的仿真圖，可以實(shí)際的模仿電路的運(yùn)行情況，檢查設(shè)計(jì)的是否合理。下面是系統(tǒng)的整個(gè)仿真圖圖2.2 系統(tǒng)整體仿真圖2.2.1單片機(jī)

8、最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)AT89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用AT89C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖2.3 89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)：有可供用戶使用的大量I/O口線。內(nèi)部存儲器容量有限。應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。圖2.3 89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2.2 波形產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì) 由單片機(jī)采用編程方法產(chǎn)生四種波形、通過DA轉(zhuǎn)換模塊DAC0832在進(jìn)過濾波放大之后輸出。其電路圖如下：2.3 波形產(chǎn)生模塊如上圖所示，單片機(jī)的P0口連接DAC083

9、2的八位數(shù)據(jù)輸入端，DAC0832的輸出端接放大器，經(jīng)過放大后輸出所要的波形。DAC0832的為八位數(shù)據(jù)并行輸入的。由于單片機(jī)產(chǎn)生的是數(shù)字信號，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，所以該文選用價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易并具有8位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。但實(shí)際上，DAC0832輸出的電量也不是真正能連續(xù)可調(diào)，而是以其絕對分辨率為單位增減，是準(zhǔn)模擬量的輸出。DAC0832是電流型輸出，在應(yīng)用時(shí)外接運(yùn)放使之成為電壓型輸出。結(jié)構(gòu)圖如下圖所示2.4 DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

10、2.2.3鍵盤顯示模塊的設(shè)計(jì)由于本系統(tǒng)所用按鍵少，所以采用獨(dú)立鍵盤，其連接電路圖如下：圖2.5 鍵盤圖中獨(dú)立鍵盤引出的四根線分別接單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3，另一端接地。各開關(guān)的功能如上圖所示。2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2.3.1主程序：產(chǎn)生指定波形可以通過DAC來實(shí)現(xiàn)不同波形產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上是對輸出的二進(jìn)制數(shù)字量進(jìn)行相應(yīng)改變來實(shí)現(xiàn)的。 本題目中方波信號是利用定時(shí)器中斷產(chǎn)生的每次中斷時(shí)將輸出的信號按位反即可。三角波信號是將輸出的二進(jìn)制數(shù)字信號依次加1達(dá)到0xff時(shí)依次減1并實(shí)時(shí)將數(shù)字信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到。鋸齒波信號是將輸出的二進(jìn)制數(shù)字信號依次加1達(dá)到0xff時(shí)置為0x00并實(shí)時(shí)將數(shù)字信號

11、經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到的 正弦波是利用MATLAB將正弦曲線均勻取樣后得到等間隔時(shí)刻的y方向上的二進(jìn)制數(shù)值然后依次輸出后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到。圖2.6 系統(tǒng)的整體流程圖2.3.2鋸齒波的實(shí)現(xiàn)過程鋸齒波的實(shí)現(xiàn)過程是首先定義一個(gè)初值然后進(jìn)行加法操作，加的步數(shù)的多少則根據(jù)要求的頻率來進(jìn)行。然后加到某個(gè)數(shù)之后就再重新設(shè)置為初值，再重復(fù)執(zhí)行剛剛的操作，如此循環(huán)下去。流程圖如下所示。圖2.7 鋸齒波的實(shí)現(xiàn)的流程圖下面是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鋸齒波的仿真結(jié)果：圖2.8 鋸齒波的仿真圖2.3.3三角波的實(shí)現(xiàn)過程 三角波的實(shí)現(xiàn)是設(shè)置一個(gè)初值，然后進(jìn)行加數(shù)，同樣是加到某個(gè)數(shù)之后再進(jìn)行減數(shù)，減到初值之后就再返回到先前的操作，這個(gè)操作跟鋸齒

12、波的實(shí)現(xiàn)是相似的。此程序輸入的VREF的電壓是5V，因此該波形輸出的最大頻率是初值為00H和最終值為0FFH，且步數(shù)為1。程序流程圖如下圖所示：2.9 三角波的實(shí)現(xiàn)的流程圖下面是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三角形波的仿真結(jié)果： 2.10 三角形波的仿真圖2.3.4方波的實(shí)現(xiàn)過程 此波形的實(shí)現(xiàn)比較簡單，只需開始的時(shí)候設(shè)置一個(gè)初值然后直接輸出這個(gè)值就行了，輸出一段時(shí)間后，然后再重新置一個(gè)數(shù)據(jù)，然后再輸出這個(gè)數(shù)據(jù)一段時(shí)間，但是此時(shí)的時(shí)間一定要等于前面那段時(shí)間。這樣才是一個(gè)方波，如果兩個(gè)時(shí)間不相同，那就相當(dāng)于一個(gè)脈沖波了。流程圖如下圖所示：2.11 方波的實(shí)現(xiàn)的流程圖下面是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方波的仿真結(jié)果：2.12 方波的仿真圖2

13、.3.5正弦波的實(shí)現(xiàn)過程正弦波的實(shí)現(xiàn)則相對比較復(fù)雜，因?yàn)檎也ǖ膶?shí)現(xiàn)是輸出各個(gè)點(diǎn)的值就行了，可是各個(gè)點(diǎn)值則要通過正弦函數(shù)來求出，不過這些值直接去網(wǎng)上下載下來使用就可以了。輸出的數(shù)據(jù)剛好是256個(gè)數(shù)據(jù)，這樣則可以直接相加就可以得到理想的正弦曲線。流程圖如下圖所示：2.13 正弦波的實(shí)現(xiàn)的流程圖下面是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正弦波的仿真結(jié)果：2.14 正弦波的仿真結(jié)果從仿真結(jié)果來看：設(shè)計(jì)的單片機(jī)為核心的波形發(fā)生器達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求的結(jié)果。結(jié)論經(jīng)過將近一周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在這次設(shè)計(jì)中，完成了一下任務(wù)：1、 利用AT89C51單片機(jī)為核心，利用數(shù)摸轉(zhuǎn)換芯片0832完成數(shù)摸

14、轉(zhuǎn)換2、 以按鍵來選擇要產(chǎn)生的波形 。 3、 用示波器觀察波形。要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因。這就要求我們對硬件系統(tǒng)中各組件部分有充分透徹的理解和研究，并能對之靈活應(yīng)用。完成這次設(shè)計(jì)后，我在書本理論知識的基礎(chǔ)上又有了更深層次的理解。同時(shí)在本次設(shè)計(jì)的過程中，我還學(xué)會了高效率的查閱資料、運(yùn)用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整。偶而還會遇到錯(cuò)誤的資料現(xiàn)象，這

15、就要求我們應(yīng)更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)。最后還要在此感謝各位畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師們和我的組員們，他們在整個(gè)過程中都給予了我充分的幫助與支持。致謝在我寫本論文的過程中，老師給我提供了許多資料，并對實(shí)踐中出現(xiàn)的問題給予耐心的解答，完稿之后在百忙之中仔細(xì)閱讀，給出修改意見。，在此對老師表示感謝。參考文獻(xiàn)1 李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M.2 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.3 張毅剛, 彭喜圓, 譚曉昀, 曲春波.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.4 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育出版社.5 張洪潤,易濤.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程M.清華大學(xué)出版社.附錄源程序：ORG 0000H LJMP

16、 MAIN ORG 0100HMAIN: JNB P1.0,P10 JNB P1.1,P11 JNB P1.2,P12 JNB P1.3,P13 LJMP MAINP10: MOV R7,#00H LCALL SQU LJMP MAINP11: MOV R7,#01H LCALL SAW LJMP MAINP12: MOV R7,#02H LCALL TRI LJMP MAINP13: MOV R7,#03H LCALL SIN LJMP MAINSQU: JNB P1.1,N1 /方波 JNB P1.2,N2 JNB P1.3,N3 LJMP SSQUN1: MOV R7,#01H LJMP

17、 TC0N2: MOV R7,#02H LJMP TC0N3: MOV R7,#03H LJMP TC0SSQU: CJNE R7,#00H,TC0 MOV R0,#00H ;MOV DPTR,#7FFFHK00: ;MOV A,#0FFH ;MOVX DPTR,A MOV P0,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL00: DEC R3 CJNE R3,#255,L00 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K00 MOV R0,#00HK01: ;MOV A,#00H ;MOVX DPTR,A MOV P0,#00H MOV

18、P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL01: DEC R3 CJNE R3,#255,L01 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K01 LJMP SQUTC0: RETSAW: JNB P1.0,N4 / 鋸形波 JNB P1.2,N5 JNB P1.3,N6 LJMP SSAWN4: MOV R7,#00H LJMP TC1N5: MOV R7,#02H LJMP TC1N6: MOV R7,#03H LJMP TC1SSAW: CJNE R7,#01H,TC1 MOV R0,#0FFH ;MOV DPTR,#7FFFHK10: ;MOV A,

19、R0 ;MOVX DPTR,A MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL10: DEC R3 CJNE R3,#255,L10 INC R0 CJNE R0,#255,K10 LJMP SAWTC1: RETTRI: JNB P1.0,N7 /三角形波 JNB P1.1,N8 JNB P1.3,N9 LJMP TTRIN7: MOV R7,#00H LJMP TC2N8: MOV R7,#01H LJMP TC2N9: MOV R7,#03H LJMP TC2TTRI: CJNE R7,#02H,TC2 MOV R0,#00H ;MOV D

20、PTR,#7FFFHK20: ;MOV A,R0 ;MOVX DPTR,A MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL20: DEC R3 CJNE R3,#255,L20 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K20K21: ;MOV A,R0 ;MOVX DPTR,A MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL21: DEC R3 CJNE R3,#255,L21 DEC R0 DEC R0 CJNE R0,#0,K21 LJMP TRITC2: RETSIN: JNB

21、P1.0,N10 / 正弦波 JNB P1.1,N11 JNB P1.2,N12 LJMP SSINN10: MOV R7,#00H LJMP TC3N11: MOV R7,#01H LJMP TC3N12: MOV R7,#02H LJMP TC3SSIN: CJNE R7,#03H,TC3 MOV R0,#00H ;MOV DPTR,#7FFFHK30: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR ;MOV DPTR,#7FFFH ;MOVX DPTR,A MOV P0,A INC R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,A

22、L30: DEC R3 CJNE R3,#255,L30 CJNE R0,#255,K30 LJMP SINTC3: RETTAB: DB 80H,82H,84H,86H,88H,8AH,8CH,8EH,90H,92H,94H,96H,98H,9AH,9CH,9EH DB 0A0H,0A2H,0A4H,0A6H,0A8H,0AAH,0ABH,0ADH,0AFH,0B1H,0B2H,0B4H,0B6H,0B7H,0B9H,0BAH DB 0BCH,0BDH,0BFH,0C0H,0C1H,0C3H,0C4H,0C5H,0C6H,0C8H,0C9H,0CAH,0CBH,0CCH,0CDH,0CEH DB 0CEH,0CFH,0D0H,0D1H,0D1H,0D2H,0D2H,0D3H,0D3H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D5H,0D5H,0D5H DB 0D5H,0D5H,0D5H,0D5H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D3H,0D3H,0D2H,0D2H,0D1H,0D1H,0D0H,0CFH DB 0CEH,0CEH,0CDH,0C