多功能信號發(fā)生器設計

單片機與接口技術課程設計（論文）多功能信號發(fā)生器設計院（系）名稱電子與信息工程學院專業(yè)班級通信122學號120學生姓名指導教師起止時間：2015.7.4—2015.7.13課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院教研室：通信工程學號學生姓名專業(yè)班級通信122課程設計（論文）題目多功能信號發(fā)生器設計課程設計（論文）任務完成多功能信號發(fā)生器的硬件和軟件設計。任務包括：1、系統(tǒng)硬件框圖設計說明2、采用單片機和D/A轉(zhuǎn)換器設計多種信號發(fā)生器，可輸出鋸齒波、三角波、方波；3、輸出信號電壓范圍為0～5V，分辨率為0.02V，頻率10～1KHz；4、可按鍵設置輸出波形、頻率；同時具有信號參數(shù)顯示功能。5、在keil中完成程序的編輯和調(diào)試；6、通過keil和proteus進行聯(lián)合仿真。指導教師評語及成績平時成績：答辯成績：論文成績：總成績：指導教師簽字：年月日注：平時成績占20%，答辯成績占40%，論文成績占40%。本科生課程設計（論文）第2章信號發(fā)生器的設計2.1設計原理數(shù)字信號可以通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，因此可通過產(chǎn)生數(shù)字信號再轉(zhuǎn)換成模擬信號的方法來獲得所需要的波形。89C51單片機本身就是一個完整的微型計算機，具有組成微型計算機的各部分部件：中央處理器CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通訊接口等，只要將89C51再配置鍵盤及、數(shù)模轉(zhuǎn)換及波形輸出、放大電路等部分，即可構成所需的波形發(fā)生器。89C51是整個波形發(fā)生器的核心部分，通過程序的編寫和執(zhí)行，產(chǎn)生各種各樣的信號，并從鍵盤接收數(shù)據(jù)，進行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號幅度的調(diào)節(jié)。當數(shù)字信號電路到達轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號也就是所需要的輸出波形。采用AT89S52單片機和DAC0832芯片，直接連接鍵盤和顯示。該種方案主要對AT89S52單片機的各個I/O口充分利用。P1口是連接鍵盤,P0口接顯示電路，P2口連接DAC0832輸出波形。這樣總體來說，能對單片機各個接口都利用上，而不在多用其它芯片，從而減小了系統(tǒng)的成本。也對按照系統(tǒng)便攜式低頻信號發(fā)生器的要求所完成。占用空間小，使用芯片少，低功耗。2.2設計思路課設需要各個波形的基本輸出。如輸出正弦波、方波、鋸齒波、三角波。這些波形的實現(xiàn)的具體步驟：（1）方波：按照設定的周期值將輸出的電壓改變即可。（2）鋸齒波：也使用查表法。將三角波的一個周期（360度）分為256個點，相鄰點等差，生成數(shù)組。反復輸出前128個數(shù)據(jù)到DAC0832,就可以在系統(tǒng)輸出端得到想要的鋸齒波。（3）三角波：將（2）中的數(shù)組256個數(shù)據(jù)全部輸出到DAC0832,循環(huán)，就可以在系統(tǒng)輸出端得到想要的三角波。通過P1口和輕觸開關S1-S4相連接來切換波形輸出。用P0口控制數(shù)碼管靜態(tài)顯示波形代號。用P2口向DAC0832發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換后，再把信號放大，最后接到示波器上顯示。2.3功能原理框圖波形輸出波形輸出P1P2P0AT89S52鍵盤控制數(shù)碼管顯示DAC0832運放圖2.1電路總框圖如框圖2.1，其中單片機通過P2口與數(shù)模轉(zhuǎn)換部分DAC0832的數(shù)據(jù)端口D0-D7相連，作為數(shù)字輸出。通過鍵盤控制來改變波形，調(diào)節(jié)幅值和頻率大小。

第3章信號發(fā)生器電路與仿真3.1D/A轉(zhuǎn)換電路圖3.1電路原理圖如圖3-1所示，待轉(zhuǎn)換的8位數(shù)字量由芯片的8位數(shù)據(jù)輸入線D10～D17輸入，經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換后，通過2個電流輸出端IOUT1和IOUT2輸出，IOUT1是邏輯電平為"1"的各位輸出電流之和，IOUT2是邏輯電平為"0"的各位輸出電流之和。DAC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換電路組成。輸入寄存器和DAC寄存器作為雙緩沖，因為在CPU數(shù)據(jù)線直接接到DAC0832的輸入端時，數(shù)據(jù)在輸入端保持的時間僅僅是在CPU執(zhí)行輸出指令的瞬間內(nèi)，輸入寄存器可用于保存此瞬間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。有時，微機控制系統(tǒng)要求同時輸出多個模擬量參數(shù)，此時對應于每一種參數(shù)需要一片DAC0832，每片DAC0832的轉(zhuǎn)換時間相同，就可采用DAC寄存器對CPU分時輸入到輸入寄存器的各參數(shù)在同一時刻開始鎖存，進而同時產(chǎn)生各模擬信號。DAC0832的數(shù)據(jù)輸出方式在微機應用系統(tǒng)中,通常使用的是電壓信號,而DAC0832輸出的是電流信號，這就需要由運算放大器組成的電路實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。其中有輸出電壓各自極性固定的單位性輸出和在隨動系統(tǒng)中輸出電壓有正負極性的雙極性輸出兩種輸出方式。DAC0832同CPU的連接。微處理器與DAC0832之間可以不加鎖存器，而是利用DAC0832內(nèi)部鎖存器，將CPU通過數(shù)據(jù)總線直接向DAC0832輸出的停留時間很短的數(shù)據(jù)保存，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束。

3.2鍵盤顯示模塊的設計由于本系統(tǒng)所用按鍵少，所以采用獨立鍵盤，其連接電路圖如圖3.2：圖3.2鍵盤顯示電路圖中獨立鍵盤引出的四根線分別接單片機的P1.1、P1.2、P1.3、P1.7、P1.8，另一端接地。各開關的功能如下，接P1.2：控制顯示矩形波；接P1.3：控制顯示鋸齒波；接P1.4：控制顯示三角波；接P1.7：增大頻率；接P1.8：減小頻率。3.3信號發(fā)生器總電路圖P1口是連接鍵盤,P0口接顯示電路，P2口連接DAC0832輸出波形。這樣總體來說，能對單片機各個接口都利用上，而不在多用其它芯片，從而減小了系統(tǒng)的成本。也對按照系統(tǒng)便攜式低頻信號發(fā)生器的要求所完成。占用空間小，使用芯片少，低功耗。如圖3.3所示：圖3.3實驗總電路第4章Proteus仿真結(jié)果當按下接P1.1口開關時，顯示矩形波，如圖4.1所示；圖4.1矩形波當按下接P1.2口開關時，顯示鋸齒波，如圖4.2所示；圖4.2鋸齒波當按下接P1.3口開關時，顯示三角波，如圖4.3所示；圖4.3三角波調(diào)節(jié)接P1.7,P1.8口開關，可控制波形頻率。調(diào)節(jié)開關，可得到較為清晰的波形圖：三角波，矩形波，鋸齒波，與實驗要求基本一致，如圖4.1，圖4.2，圖4.3。本仿真成功。第5章總結(jié)本次的設計中利用AT89C51和DAC0832以及放大器完成電路的設計，用開關來控制各種波形的轉(zhuǎn)換和波形頻率、占空比的調(diào)節(jié)，用單片機輸出后，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成波形，最終可以通過示波器觀察。在這次的軟件設計中，程序設計采用的是C語言。C語言簡潔高效，是最貼近硬件的高級編程語言，經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在已成熟為專業(yè)水平的高級語言。因此，在大型程序的設計中，多采用C語言進行程序編譯。而且，現(xiàn)在單片機產(chǎn)品推出時紛紛配套了C語言編譯器，應用廣泛。由于真正意義上的程序設計還不多，因此還不是很得心應手，所以在設計中遇到一些問題和一些難點。比如：在程序設計中如何實現(xiàn)程序結(jié)構的最優(yōu)化，以達到較高的質(zhì)量。這是以后設計中要注意的問題。 通過這次課程設計，我進一步了解了波形發(fā)生器的原理，在實際動手操作過程中，使我接觸了許多我以前沒接觸過的元件，而且重新溫習了剛學不久的C語言，使我學得了許多知識，使我獲益匪淺。這次課程設計，使我的動手能力得到了很大的提高，更使我們懂得理論知識的重要性，沒有理論的指導一切實際行動都是盲目的，且實際操作是我們得到的理論知識得到驗證，更能增加對理論知識的理解。本人簽字：

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附錄I信號發(fā)生器原理圖附錄II源程序#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbits1=P1^1;sbits2=P1^2;sbits3=P1^3;sbits7=P1^6;sbits8=P1^7;uintd1,d2;uints,p;uintn;ucharcodejctab[128]={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,0x70,0x72,0x74,0x76,0x78,0x7a,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,0xee,0xf0,0xf2,0xf4,0xf6,0xf8,0xfa,0xfc,0xfe};ucharcodesjtab[256]={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,0x70,0x72,0x74,0x76,0x78,0x7a,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,0xee,0xf0,0xf2,0xf4,0xf6,0xf8,0xfa,0xfc,0xfe,0xfe,0xfc,0xfa,0xf8,0xf6,0xf4,0xf2,0xf0,0xee,0xec,0xea,0xe8,0xe6,0xe4,0xe2,0xe0,0xde,0xdc,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd2,0xd0,0xce,0xcc,0xca,0xc8,0xc6,0xc4,0xc2,0xc0,0xbe,0xbc,0xba,0xb8,0xb6,0xb4,0xb2,0xb0,0xae,0xac,0xaa,0xa8,0xa6,0xa4,0xa2,0xa0,0x9e,0x9c,0x9a,0x98,0x96,0x94,0x92,0x90,0x8e,0x8c,0x8a,0x88,0x86,0x84,0x82,0x80,0x7e,0x7c,0x7a,0x78,0x76,0x74,0x72,0x70,0x6e,0x6c,0x6a,0x68,0x66,0x64,0x62,0x60,0x5e,0x5c,0x5a,0x58,0x56,0x54,0x52,0x50,0x4e,0x4c,0x4a,0x48,0x46,0x44,0x42,0x40,0x3e,0x3c,0x3a,0x38,0x36,0x34,0x32,0x30,0x2e,0x2c,0x2a,0x28,0x26,0x24,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x14,0x12,0x10,0x0e,0x0c,0x0a,0x08,0x06,0x04,0x02,0x00};voiddelay(uchark){ucharj;while((k--)!=0){for(j=0;j<125;j++);//{;}}}voidzhengxian(){P2=sintab[n];n=n+p;if(n>=256) n=0;}voidfangbo(){P2=0xff;//方波delay(d1-p);P2=0;delay(d2-p);}voidjuchi(){P2=jctab[n];n=n+p;if(n>=127) n=0;}voidsanjiao(){P2=sjtab[n];n=n+p;if(n>=255) n=0;}voidboxingkey(){if(s1==0){P0=0xF9;s=1;n=0;p=4;}elseif(s2==0){P0=0xA4;s=2;n=0;p=4;}elseif(s3==0){P0=0xB0;s=3;n=0;p=4;}elseif(s4==0){P0=0x99;s=4;n=0;p=4; }elseif(s5==0)//占空比增加{delay(10);//延時消抖if(s5==0){d1--;d2++;} while(!s5);//松手檢測，當s5=1（松手）跳出死循環(huán) delay(10);//消抖 while(!s5);//確實松手了}elseif(s6==0)//占空比減小{delay(10);//延時消抖if(s6==0){d1++;d2--;} while(!s6);//松手檢測，當P1_0=1（松手）跳出死循環(huán)