銅陵學(xué)院基于5單片機的信號發(fā)生器設(shè)計

~學(xué)年第1學(xué)期《單片機原理及接口技術(shù)》課程設(shè)計報告題目：基于51單片機的信號發(fā)生器設(shè)計專業(yè)：電子信息工程班級：姓名：指導(dǎo)教師：電氣工程學(xué)院年月20日1、任務(wù)書課題名稱基于51單片機信號發(fā)生器設(shè)計指導(dǎo)教師（職稱）執(zhí)行時間學(xué)年第1學(xué)期第7周學(xué)生姓名學(xué)號承擔(dān)任務(wù)設(shè)計目的隨著電子技術(shù)的發(fā)展,信號發(fā)生器經(jīng)常要用在各種科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和工程實踐中。選擇適當(dāng)?shù)那度胧教幚砥?、DA轉(zhuǎn)換芯片，放大器，設(shè)計出一種基于單片機的多功能信號發(fā)生器的設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)鍵盤控制下輸出正弦波、方波、三角波等波形。設(shè)計要求1.設(shè)計一個能自動穩(wěn)定產(chǎn)生方波和三角波的函數(shù)發(fā)生器2.輸出信號頻率范圍：1HZ~100HZ;3.輸出電壓：方波=<24V,三角波=8V,

摘要本文以STC89C51單片機為核心設(shè)計了一個低頻函數(shù)信號發(fā)生器。信號發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù),通過硬件電路和軟件程序相結(jié)合,可能自動穩(wěn)定產(chǎn)生方波和三角波，波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可任意改變。波形和頻率的改變通過軟件控制，幅度的改變通過硬件實現(xiàn)。介紹了波形的生成原理、硬件電路和軟件部分的設(shè)計原理。本系統(tǒng)可以產(chǎn)生最高頻率100HZ的波形。該信號發(fā)生器具有體積小、價格低、性能穩(wěn)定、功能齊全的優(yōu)點。關(guān)鍵詞:低頻信號發(fā)生器;單片機;D/A轉(zhuǎn)換;目錄一.設(shè)計原理…………………1二.方案論證…………………22.1信號發(fā)生電路方案論證……………22.2單片機的選擇方案論證……………22.3顯示方案論證………………………2三．總體系統(tǒng)設(shè)計……………3四．硬件實現(xiàn)及單元電路設(shè)計………………44.1單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計………………44.2波形產(chǎn)生模塊設(shè)計……………………44.3顯示模塊的設(shè)計………………………5五．安裝調(diào)試及測量數(shù)據(jù)分析………………65.1調(diào)試過程………………65.2頻率的測量數(shù)據(jù)………………………75.3出現(xiàn)的問題與解決的方法……………75.4系統(tǒng)仿真波形…………75.5效果分析………………85.6測量儀器………………8參考文獻………………………9PAGE12第一章．設(shè)計原理利用51單片機采用程序設(shè)計方法產(chǎn)生鋸齒波、正弦波、矩形波三種波形，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，能產(chǎn)1Hz—100Hz的波形。通過鍵盤來控制三種波形的類型選擇、頻率變化，并通過液晶屏1602顯示其各自的類型以及數(shù)值，系統(tǒng)大致包括信號發(fā)生部分、數(shù)/模轉(zhuǎn)換部分以及液晶顯示部分三部分。

第二章．方案論證2.1信號發(fā)生電路方案論證方案一：通過單片機控制D/A，輸出三種波形。此方案輸出的波形不夠穩(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)確的三角波、方波和正弦波三種周期性波形。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。2.2單片機的選擇方案論證方案一：STC89C51單片機芯片全面兼容其它51單片機，是51單片機是主流大軍，每一個高等院校、普通學(xué)校、網(wǎng)站、業(yè)余單片機培訓(xùn)都是以51單片機為入門教材的，所以，教材最多，例子最多。STC89C51內(nèi)部有EEPROM，可以在程序中修改，斷電不丟失。還增加了兩級中斷優(yōu)先級

方案二：C8051F005單片機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。但其價格較貴。

以上兩種方案綜合考慮，選擇方案一2.3顯示方案論證方案一：采用LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管組成，每只數(shù)碼管輪流顯示各自的字符。由于人眼具有視覺暫留特性，當(dāng)每只數(shù)碼管顯示的時間間隔小于1/16s時人眼感覺不到閃動，看到的是每只數(shù)碼管常亮。使用數(shù)碼管顯示編程較易，但要顯示內(nèi)容多，而且數(shù)碼管不能顯示字母。方案二：采用LCD液晶顯示器1602。其功率小，效果明顯，顯示編程容易控制，可以顯示字母。以上兩種方案綜合考慮，選擇方案二。

第三章．總體系統(tǒng)設(shè)計該系統(tǒng)采用單片機作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，由單片機完成人機界面、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)計任務(wù)分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。圖3總電路圖第四章．硬件實現(xiàn)及單元電路設(shè)計4.1單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用80C51單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖1.有可供用戶使用的大量I/O口線。2.內(nèi)部存儲器容量有限。3.應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。圖4.189C514.2波形產(chǎn)生模塊設(shè)計由單片機采用編程方法產(chǎn)生三種波形、通過DA轉(zhuǎn)換模塊DAC0832在進過濾波放大之后輸出。其電路圖如下：圖4.2DAC0832的電路圖圖4.3波形產(chǎn)生電路如上圖所示，單片機的P0口連接DAC0832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，其結(jié)構(gòu)圖如下：圖4.4DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.3顯示模塊的設(shè)計通過液晶1602顯示輸出的波形、頻率，其電路圖如下：圖4.5液晶顯示如上圖所示，1602的八位數(shù)據(jù)端接單片機的P1口，其三個使能端RS、RW、E分別接單片機的管腳。通過軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。第五章．安裝調(diào)試及測量數(shù)據(jù)分析5.1調(diào)試過程;1．不通電，用萬用表根據(jù)電路圖仔細檢查各線路連接是否正常。2．首先是調(diào)試單片機部分，DA和運算放大器芯片不接。用STC_ISP_V483軟件通過串口下程序。看是否可以正常下程序。3．當(dāng)可以正常下程序時，給51單片機下一個讓所有I/0口一會兒輸入0，延時，再輸出1，以此類推。用萬用表測量各I/O口得電壓是不是一會兒高，一會兒低。4．安上DA和運算放大器芯片，給單片機下一個輸出正弦波的測試程序，通過示波器看輸出是否正常。5．給單片機下一個完整的程序，分別按下S1，看波形是否改變。按下S2，看頻率是否改變。5.2頻率的測量數(shù)據(jù)： 單位：HZ周期T2T3T4T5T6T7T8T理論值98.356.548.242.634.228.424.918.7實際值97.855.848.043.133.828.624.519.4表5-15.3出現(xiàn)的問題與解決的方法：1.調(diào)試單片機的串口時，發(fā)現(xiàn)不能正常的下程序。我想可能是單片機壞了借了一塊學(xué)習(xí)板測試了一下單片機芯片，發(fā)現(xiàn)可以正常下載。這說明很可能是MAX232的電路出了問題。我仔細查看了電路圖，又上網(wǎng)查了下其他的MAX232的電路圖，發(fā)現(xiàn)我的電路圖和別人的不一樣。我是按照郭天翔的那本《新概念51單片機C語言教程入門、提高、開發(fā)、拓展全》第130頁的串口電路畫的圖，電路圖中MAX232的TIOU1接串口的第3腳。而其他書上有些電路圖卻是MAX232的TIOU1接到了串口的第2腳。于是我將MAX232的TIOU1接串口的第2腳，再下程序，終于可以正常下載了。2．剛開始寫的測試程序輸出的波形失真很大。我想可能是波形的ROM表里的數(shù)據(jù)值過小，導(dǎo)致DA輸出的誤差很大。因而臥將波形的ROM表里的數(shù)據(jù)值調(diào)大，在測試時發(fā)現(xiàn)波形變得好多了。3.調(diào)試波形的時候我發(fā)現(xiàn)矩形波的失真比較大。我想到可能是低通濾波器的截止頻率太低了，因而我將RC低通濾波器的電阻由1K換成了100歐姆，效果好了很多。5.4系統(tǒng)仿真波形：圖5.1正弦波圖5.2方波圖5.3三角波5.5效果分析：由5.2的頻率理論值與實際值，可知頻率在T,2T,3T,4T,5T,6T,7T,8T上頻率誤差很小。最終的波形輸出效果也很不錯。5.6測量儀器1.示波器。2.直流穩(wěn)壓電源。3.萬用表。參考文獻[1]姜志海，黃玉清等.單片機原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社2009.8[2]張毅剛，MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2008.4[3]蔣智勇，單片微型計算機原理及應(yīng)用[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社1991.2[4]穆蘭，單片微型計算機原理及接口技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社2008.6[5]何立名，單片機應(yīng)用文集[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社2006.5[6]郭天翔，新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社2009.1[7]童詩白，華成英；模擬電路技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社2006.5課題名稱答辯教師（職稱）答辯時間學(xué)年第學(xué)期第周答辯記錄1．P0口的性能有哪些？答：P0是一個8位漏極開路型雙向I/O口。內(nèi)部不帶上拉電阻，當(dāng)外接上拉電阻時，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負載電路。通常在使用時外接上拉電阻，用來驅(qū)動多個數(shù)碼管。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，不需要外接上拉電阻。2．電壓表的最大分辨率（精度）是多少？如何提高其精度？答：由于單片機為8位處理器，當(dāng)輸入電壓為5.00V時，輸出數(shù)據(jù)值為255（FFH）因此單片機最大的數(shù)值分辨率為0.0196V（5/255）。這就決定了該電壓表的最大分辨率（精度）只能達到0.0196V。測試時電壓數(shù)值的變化一般以0.02V的電壓幅度變化，要獲得更高的精度要求，應(yīng)采用12位、13位的A/D轉(zhuǎn)換器。3.單片機的中斷有哪些？答：0外部中斷0

1定時器0中斷

2外部中斷1

3定時器1中斷

4串行口中斷

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