單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告模板

1、-. z.單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)題 目：專 業(yè)：班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師：目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc270874172概述 PAGEREF _Toc270874172 h 2HYPERLINK l _Toc2708741731.系統(tǒng)方案 PAGEREF _Toc270874173 h 2HYPERLINK l _Toc2708741741.1信號(hào)發(fā)生部分 PAGEREF _Toc270874174 h 3HYPERLINK l _Toc2708741751.2顯示部分 PAGEREF _Toc270874175 h 3HYPERLINK l

2、 _Toc2708741762.系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc270874176 h 4HYPERLINK l _Toc2708741772.1總體設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc270874177 h 4HYPERLINK l _Toc2708741782.2總體框圖 PAGEREF _Toc270874178 h 4HYPERLINK l _Toc2708741793.硬件電路 PAGEREF _Toc270874179 h 5HYPERLINK l _Toc2708741803.1單片機(jī)電路 PAGEREF _Toc270874180 h 5HYPERLINK l _Toc2708

3、74181功能與基本原理 PAGEREF _Toc270874181 h 5HYPERLINK l _Toc270874182資源分配 PAGEREF _Toc270874182 h 6HYPERLINK l _Toc2708741833.2波形轉(zhuǎn)換(D/A)電路 PAGEREF _Toc270874183 h 6HYPERLINK l _Toc2708741843.3顯示接口電路 PAGEREF _Toc270874184 h 7HYPERLINK l _Toc2708741853.4 鍵盤接口電路 PAGEREF _Toc270874185 h 8HYPERLINK l _Toc27087

4、41863.5電源電路 PAGEREF _Toc270874186 h 9HYPERLINK l _Toc2708741874.軟件設(shè)計(jì)及流程 PAGEREF _Toc270874187 h 9HYPERLINK l _Toc2708741884.1主程序流程圖 PAGEREF _Toc270874188 h 10HYPERLINK l _Toc2708741894.2幅值頻率設(shè)定子程序流程圖 PAGEREF _Toc270874189 h 11HYPERLINK l _Toc2708741904.3顯示子程序流程圖 PAGEREF _Toc270874190 h 12HYPERLINK l

5、_Toc2708741914.4中斷子程序流程圖 PAGEREF _Toc270874191 h 13HYPERLINK l _Toc2708741925.設(shè)計(jì)的改進(jìn) PAGEREF _Toc270874192 h 14HYPERLINK l _Toc2708741936.結(jié)束語 PAGEREF _Toc270874193 h 15HYPERLINK l _Toc270874194參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc270874194 h 16HYPERLINK l _Toc270874195附錄 PAGEREF _Toc270874195 h 17HYPERLINK l _Toc2708741

6、96附錄1元件清單 PAGEREF _Toc270874196 h 17HYPERLINK l _Toc270874197附錄2電路原理圖 PAGEREF _Toc270874197 h 18HYPERLINK l _Toc270874198附錄3程序清單 PAGEREF _Toc270874198 h 19概述波形發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。本函數(shù)發(fā)生器采用STC89C52 單片機(jī)作為控制核心，外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路（DAC0832）、運(yùn)放電路（uA741）、按鍵和LCD顯示電路等。電路采用STC89C52單片機(jī)和一片DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)

7、換器組成數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，它具有價(jià)格低、性能高和在低頻圍穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少等特點(diǎn)。由于采用了uA741運(yùn)算放大器和濾波電路，使其電路更加具有較高的穩(wěn)定性能，性能比高。此電路清晰，出現(xiàn)故障容易查找錯(cuò)誤，操作簡單、方便。通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、三角波、正弦波，同時(shí)用LCD1602顯示幅值和頻率。所產(chǎn)生的波形VP-P圍為05 V，。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、性能優(yōu)良，具有一定的實(shí)用性。1.系統(tǒng)方案題目對(duì)于功能的要求：利用D/A轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)能輸出三角波、梯形波、鋸齒波信號(hào)，使用鍵盤或電位器來調(diào)整輸出頻率，并能在顯示器顯示設(shè)定值。使用按鍵切換上述三種輸出波形。對(duì)于硬件要求：使用

8、D/A、LED顯示器、按鍵或電位器等。LED顯示器、按鍵數(shù)目盡量少，但要說明顯示方式和操作步驟。根據(jù)要求對(duì)下面方案進(jìn)行論證。1.1信號(hào)發(fā)生部分采用單片機(jī)和數(shù)模/轉(zhuǎn)換DAC0832實(shí)現(xiàn)波形的產(chǎn)生。波形的產(chǎn)生是通過STC89C52執(zhí)行方波波形發(fā)生程序，向D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。在89C52的P1口接8個(gè)按扭,通過軟件編程來選擇各種波形、幅值電壓和頻率，每種波形對(duì)應(yīng)一個(gè)按鈕。此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路原理比較簡單，實(shí)現(xiàn)起來比較容易。此方案地實(shí)現(xiàn)題目要求，三種波形的產(chǎn)生可由程序控制，并通過按鍵選擇波形輸出，在示波器上顯示波形。波形的周期與頻率步

9、進(jìn)也可以用程序改變。在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，加上LCD顯示器，則可通過按鈕設(shè)定所需要的波形頻率，并在LCD上顯示頻率、幅值電壓。輸出波形穩(wěn)定，精度高，濾波好，抗干擾效果好，連接簡單，性價(jià)比高。1.2顯示部分LCD液晶顯示，LCD液晶不但能顯示字符和數(shù)字，而且顯示效果較好，容易編程實(shí)現(xiàn)。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)思路根據(jù)題目要求，經(jīng)過仔細(xì)考慮，充分考慮各種因素，制定了整體設(shè)計(jì)方案：以STC89C52單片機(jī)為控制核心，P0口接DAC0832信號(hào)輸入并數(shù)模轉(zhuǎn)換，程序控制產(chǎn)生三種波形，通過P1口接8個(gè)按鍵，控制頻率、幅值和占空比，由按鍵選擇三種波形的輸出。由uA741運(yùn)放實(shí)現(xiàn)DAC0832輸出電流到電壓的轉(zhuǎn)

10、換，。在LCD1602上實(shí)時(shí)顯示頻率與幅值，波形在示波器上顯示。2.2總體框圖本系統(tǒng)總體框圖如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)框圖3.硬件電路本系統(tǒng)由單片機(jī)、波形轉(zhuǎn)換(D/A)電路、顯示接口電路、鍵盤接口電路等部分構(gòu)成。3.1單片機(jī)電路功能與基本原理功能：形成掃描碼，鍵值識(shí)別、鍵處理、參數(shù)設(shè)置；形成顯示段碼；產(chǎn)生定時(shí)中斷；形成波形的數(shù)字編碼，并輸出到D/A接口電路和顯示驅(qū)動(dòng)電路。 AT89S51外接12M晶振作為時(shí)鐘頻率，并采用電源復(fù)位設(shè)計(jì)。復(fù)位電路采用上電復(fù)位，它的工作原理是，通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過對(duì)電容充電。RST端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低

11、電平，單片機(jī)開始工作。產(chǎn)生方波程序思路：根據(jù)定時(shí)器溢出的時(shí)間，將頻率值換算為定時(shí)器溢出的次數(shù)（T1_over_num）。使用變量（T1_t）暫存定時(shí)器T1的溢出次數(shù)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的次數(shù)（T1_over_num）時(shí)，將輸出管腳的狀態(tài)取反達(dá)到方波的產(chǎn)生。另外，采用查詢的方式實(shí)現(xiàn)按鍵的掃描和LCD液晶的顯示，中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)方波的產(chǎn)生和連續(xù)按鍵的計(jì)時(shí)功能。資源分配軟、硬件設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中不可缺少的，為了滿足功能和指標(biāo)的要求，資源分配為：單片機(jī)用12M晶振，P0口與DAC0832相連；P1口接六個(gè)按鍵，實(shí)現(xiàn)頻率、幅度、占空比的調(diào)節(jié)，以及波形選擇；P2口接LCD1602液晶顯示器，實(shí)時(shí)顯示頻率與幅值。3.2波

12、形轉(zhuǎn)換(D/A)電路功能：將波形樣值的編碼轉(zhuǎn)換成模擬值，完成的波形輸出。 由一片0832和uA741運(yùn)放組成。DAC0832是一個(gè)具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC。目前生產(chǎn)的DAC芯片分為兩類，一類芯片部設(shè)置有數(shù)據(jù)寄存器，不需要外加電路就可以直接與微型計(jì)算機(jī)接口。另一類芯片部沒有數(shù)據(jù)寄存器，輸出信號(hào)隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化而變化，因此不能直接與微型計(jì)算機(jī)接口，必須通過并行接口與微型計(jì)算機(jī)接口。DAC0832是具有20條引線的雙列直插式CMOS器件，它部具有兩級(jí)數(shù)據(jù)寄存器，完成8位電流D/A轉(zhuǎn)換，故不需要外加電路。0832是電流輸出型，示波器上顯示波形，通常需要電壓信號(hào)，電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換

13、可以由運(yùn)算放大器uA741實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)向0832發(fā)送數(shù)字編碼，產(chǎn)生不同的輸出。先利用采樣定理對(duì)各波形進(jìn)行抽樣，然后把各采樣值進(jìn)行編碼，收到的數(shù)字量存入各個(gè)波形表，執(zhí)行程序時(shí)通過查表方法依次取出，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后輸出就可以得到波形。假如N個(gè)點(diǎn)構(gòu)成波形的一個(gè)周期，則0832輸出N個(gè)樣值點(diǎn)后，樣值點(diǎn)形成運(yùn)動(dòng)軌跡，即一個(gè)周期。重復(fù)輸出N個(gè)點(diǎn)，成為第二個(gè)周期。利用單片機(jī)的晶振控制輸出周期的速度，也就是控制了輸出的波形的頻率。這樣就控制了輸出的波形及其幅值和頻率。具體連接如圖3.1所示。圖3.1 D/A轉(zhuǎn)換電路3.3顯示接口電路功能：驅(qū)動(dòng)LCD1602液晶顯示，掃描按鈕。 由LCD1602液晶顯示器和7個(gè)

14、按鈕組成。當(dāng)*一按鈕按下時(shí)，掃描程序掃描到之后，通過P2口將數(shù)字信號(hào)發(fā)送到LCD1602。LCD1602種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，它的外接電壓也是+5V。掃描利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)，當(dāng)*一按鍵按下時(shí)，掃描程序立即檢測到，隨后調(diào)用子程序，執(zhí)行相應(yīng)的功能。其與單片機(jī)的連接如圖3.2所示。圖3.2 顯示接口電路3.4 鍵盤接口電路本題中的八個(gè)按鍵，分別實(shí)現(xiàn)波形的選擇，以及幅值頻率的加減。其中預(yù)留三個(gè)按鍵作為擴(kuò)展，可在輸出其他波形，如方波時(shí)，可增加兩個(gè)按鍵用于改變占空比的大小。其與單片機(jī)的連接如圖3.3所示。圖3.3鍵盤接口電路3.5電源電路系統(tǒng)中需要5V電源，采用一個(gè)電源管理芯片，將9

15、V的電池電源轉(zhuǎn)換為5V. 其與單片機(jī)的連接如圖3.4所示。圖3.4電源電路4.軟件設(shè)計(jì)及流程主程序和子程序都放在89S52單片機(jī)中。主程序的功能是：開機(jī)以后負(fù)責(zé)查鍵，即做鍵盤掃描及顯示工作，然后根據(jù)用戶所按的鍵轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序進(jìn)行處理。子程序的功能有：延時(shí)子程序程序、中斷子程序、調(diào)幅子程序、調(diào)頻子程序、顯示等。4.1主程序流程圖圖4.1主程序流程圖4.2幅值頻率設(shè)定子程序流程圖圖4.2幅值頻率設(shè)定子程序流程圖4.3顯示子程序流程圖本題中的顯示部分可以顯示兩行信息，分別為電壓和頻率，電壓可顯示兩位，頻率可顯示四位數(shù)。圖4.3顯示子程序流程圖4.4中斷子程序流程圖從入口進(jìn)入子程序后，根據(jù)choic

16、e變量值選擇輸出波的類型，之后根據(jù)按鍵設(shè)定幅值頻率。圖4.4中斷子程序流程圖5.設(shè)計(jì)的改進(jìn)基于DDS查表法產(chǎn)生函數(shù)波形：直接數(shù)字頻率合成是一種先進(jìn)的頻率合成原理，他是從相位概念出發(fā)直接合成所需要波形的一種新的頻率合成技術(shù)。DDS原理依據(jù)奈奎斯特采樣定理，以采樣時(shí)鐘f對(duì)固化在ROM或FLASH中的N點(diǎn)正弦離散表進(jìn)行采樣。該正弦表對(duì)應(yīng)單位正弦波形在0-2的離散值，每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址即是相應(yīng)相位的尋址偏移量。對(duì)于一般正弦信號(hào)，在任意時(shí)刻的相位為對(duì)應(yīng)的離散正弦表的尋址偏移量offset。DDS主要由標(biāo)準(zhǔn)采樣時(shí)鐘源、相位累加器、離散正弦表、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器構(gòu)成。DDS查表法可用于正弦波形的輸出，而

17、在本題中，鋸齒波、三角波、梯形波的輸出，采用的是算法計(jì)算，這樣做，幅值以及相位錯(cuò)誤都較少。-. z.6.結(jié)束語經(jīng)過近這個(gè)月的鍛煉和學(xué)習(xí),我們學(xué)到了許多書本上沒有的知識(shí),從方案的論證、課題的選擇、電路原理，到程序的編寫，一步步，我們收獲很大。在設(shè)計(jì)中，我們力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件靈活方面的特點(diǎn)，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。這中間，我們也遇到了許多困難，在老師的幫助下，一個(gè)個(gè)也都戰(zhàn)勝了。由于我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)接觸單片機(jī)時(shí)間還不長，有很多東西我們還沒有學(xué)好，學(xué)精，所以，設(shè)計(jì)的方案可能不是最好的，但我們已經(jīng)盡到我們最大努力來完成此次作品，希望取得好的結(jié)果，能學(xué)到更加多得知識(shí)。所以，在以后的學(xué)習(xí)中，我們要更加努力

18、，才能處于不敗之地。在此，要感我們的指導(dǎo)老師，給我們進(jìn)行了很多的輔導(dǎo)，不僅在技術(shù)上給了我很大幫助，也在系統(tǒng)需求和設(shè)計(jì)方面給予了我很大幫助。老師的諄諄教導(dǎo)，使我們受益匪淺。-. z.參考文獻(xiàn)1勛、源主編.單片機(jī)實(shí)用教程.：航空航天大學(xué),20002 珍付、植桐主編.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù).：清華大學(xué),20033 朝清主編.單片機(jī)原理及接口技術(shù).：航空航天大學(xué),19994 胡漢才主編.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).：清華大學(xué)，20025 萬福君主編.單片機(jī)微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),20016 明英主編.8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材.：清華大學(xué),20027 洪潤主編.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程（第二

19、版）.：清華大學(xué),20038 淑清主編.片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用.:國防工業(yè),20019 譚浩強(qiáng)主編.C程序設(shè)計(jì).:清華大學(xué),2007-. z.附錄附錄1元件清單DesignatorPart Type78057805C1RB7.6-15C2RAD-0.3C3RAD-0.3C4104C6C+C7104C8C+R1SSOP16R9A*IAL-0.3S1SPST-2S2SPST-2S3SPST-2S4SPST-2S5SPST-2S6SPST-2S7SPST-2S8SPST-2S9SPST-2U1J20AU2SO8_NU31602U4SOT129-1Y1R38附錄2電路原理圖附圖電路原理圖附錄3程序

20、清單#include #define uchar unsigned charsbit rs=P30;sbit rw=P31;sbit eg=P32;uchar code table=Volt;uchar code table2=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;uchar b=0,c=0,d=0,i,tl,th;uint k=0int ww=0,qw=0,bw=9,sw=3,gw=3,n=20,chh=50;/ww為萬位數(shù)字,qw為千位數(shù)字,bw為百位數(shù)字, /sw為十位數(shù)字,gw為個(gè)位數(shù)字.int t,f,m,choice=1; /t為時(shí)間變量，f為頻率變量，choice為波形類型選擇

21、變量，*void delay(unsigned int *)int i,j;for(i=0;i*;i+)for(j=0;j120;j+);/寫指令函數(shù)*void writezl(unsigned char zl)rs=0;rw=0;/滿足寫指令的條件；P2=zl;delay(5);eg=1;delay(5);eg=0;/寫數(shù)據(jù)函數(shù)*void writesj(unsigned char sj)rs=1;rw=0;/滿足寫數(shù)據(jù)的條件；P2=sj;delay(5);eg=1;delay(5);eg=0;/初始化程序*void initial()eg=0;writezl(0*38);/顯示模式設(shè)置；w

22、ritezl(0*0c);/開顯示，不開光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍；writezl(0*06);/寫數(shù)據(jù)時(shí)，每寫一個(gè)數(shù)據(jù)，指針后移動(dòng)一位，但是整屏不動(dòng)；writezl(0*80+0*00);/在顯示器的第一行第一位開始寫數(shù)據(jù)；/顯示函數(shù)*void display()int i;for(i=0;i3;i+)writesj(tablei);writezl(0*80+0*04) ;writesj(table2chh/10);writezl(0*80+0*05);writesj(.);writezl(0*80+0*06);writesj(table2chh%10);writezl(0*80+0*07);writ

23、esj(V);writezl(0*02);/清除指針，但是不清楚顯示容；writezl(0*80+0*40);/跳轉(zhuǎn)到下行的第一位開始置顯示；writesj(F);writezl(0*80+0*41);writesj(r);writezl(0*80+0*42);writesj(e);writezl(0*80+0*43);writesj(table2ww);writezl(0*80+0*44);writesj(table2qw);writezl(0*80+0*45);writesj(table2bw);writezl(0*80+0*46);writesj(table2sw);writezl(0*

24、80+0*47);writesj(table2gw);writezl(0*80+0*48);writesj(H);writezl(0*80+0*49);writesj(z);writezl(0*80+0*50);writesj( );/*鍵選擇發(fā)波類型,1為正弦波,2為三角波,3為方波*/void key1(void) if(choice4)choice=choice+1; elsechoice=1;/幅度加*/void key2(void)if(chh!=50)chh+;else chh=chh;/幅度減*/void key3(void)if(chh!=0)chh-;/預(yù)留按鍵，無用*/vo

25、id key4(void)/頻率加*/void key5(void)if(n=3000)n=n+100;/頻率減*/void key6(void)if(n!=20)n=n-100;/預(yù)留按鍵，無用*/void key7(void)/預(yù)留按鍵，無用*/void key8(void)/*計(jì)算顯示數(shù)字 */void jisuan(void)TR0=0;/關(guān)閉定時(shí)器f=n;t=1000000/f;th=(65536-t)/256;tl=(65536-t)%256;ww=f/10000;f=f%10000;qw=f/1000;f=f%1000;bw=f/100;f=f%100;sw=f/10;gw=f%10;TR0=1;/*鍵盤掃描*/voi