畢業(yè) 基于單片機(jī)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

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其次章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及目標(biāo)

2.1本次設(shè)計(jì)的任務(wù)及功能的實(shí)現(xiàn)

由MCS-51單片機(jī)的自帶時(shí)鐘，作為基準(zhǔn)頻率，通過DAC0832芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)，并經(jīng)過運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大作為最終信號(hào)。輸出的信號(hào)可分為三角波，方波，正弦波，且各個(gè)波形的頻率在10HZ—100HZ可調(diào)，幅度在1V-10V可調(diào)，并將其幅度和頻率在LED數(shù)碼管顯示出來，協(xié)同電阻旋鈕調(diào)理即可選擇適合的函數(shù)信號(hào)。

各部分功能實(shí)現(xiàn)：MCS-51單片機(jī)通過中斷的方式進(jìn)行工作，不斷對(duì)鍵盤依照一定頻率鍵盤進(jìn)行掃描，對(duì)獲得的信號(hào)進(jìn)行中斷處理，并串行口上輸出信號(hào)。之后通過譯碼器好和8255芯片對(duì)LED數(shù)碼管進(jìn)行置位，來顯示獲得的信號(hào)頻率和電壓幅度。當(dāng)然僅有單片機(jī)的傳信號(hào)的副度還太小，必需加一個(gè)放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，使之在1-10v間可調(diào)。

圖2-1理想中輸出的波形曲線

1.能產(chǎn)生頻率范圍在10HZ—100HZ和幅度在1-10V間可調(diào)的常見信號(hào)。2.電路板性價(jià)比高，可靠性強(qiáng)。

3.人機(jī)界面友好，使用靈活便利，操作簡(jiǎn)單明白。

方法：采用AT80C51單片機(jī)，DAC0832芯片，ADC0855芯片等連接鍵盤和led顯示管。

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2.2設(shè)計(jì)所需要的材料及軟件

硬件：MCS-51，8255芯片，DAC0832芯片，74HC138譯碼器，示波器，電腦，四行程開關(guān)，導(dǎo)線若干。

軟件：匯編語言編譯器，PROTEUS。

匯編語言用于對(duì)單片機(jī)編程所用，PROTEU是一個(gè)專業(yè)的電路繪圖軟件，可以畫出詳細(xì)的電路圖，并列出詳細(xì)的元件清單，最終我們可以利用其來進(jìn)行仿真，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證及測(cè)試，這樣減少了硬件之中不可避免的兼容性問題，減少硬件之間的損耗和誤差匹配。2.3總體設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)總體可分為四個(gè)模塊：運(yùn)算處理模塊，輸入模塊（每次的有新的輸入時(shí)，都要單片機(jī)中斷讀取，并將新的信號(hào)輸出），輸出模塊，數(shù)據(jù)顯示模塊。

課程設(shè)計(jì)需要各個(gè)波形的基本輸出。如輸出鋸齒波、三角波、方波、正弦波。這些波形的實(shí)現(xiàn)的具體步驟：鋸齒波實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，只需要一開始定義一個(gè)初值，然后不斷的加一，當(dāng)溢出后又重初值開始加起，就這樣循環(huán)下去。三角波的試驗(yàn)過程是先加后減，實(shí)現(xiàn)方法是先是從00H開始加1直到溢出后就執(zhí)行減1操作，就這樣不斷調(diào)用這個(gè)循環(huán)。方波的實(shí)現(xiàn)方法是連續(xù)輸出一個(gè)數(shù)，到某個(gè)時(shí)候就改變一下值，可以把值定義為正極性的，也可以是負(fù)極性。正弦波的實(shí)現(xiàn)是十分麻煩的。它的實(shí)現(xiàn)過程是通過定義一些數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行時(shí)直接輸出定義的數(shù)據(jù)就可以了也就是所謂的查表輸出。

頻率的設(shè)定我們通過一個(gè)滑動(dòng)變阻器來改變，并經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理，在輸出給LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。不同的頻率可以通過相應(yīng)的延時(shí)子程序來完成，每次輸出地信號(hào)都要進(jìn)過一個(gè)延時(shí)，以輸出正弦波為例，每次查表得延時(shí)時(shí)間都根據(jù)所設(shè)的頻率來決定，這樣就可以得到不同頻率的正弦波信號(hào)。

幅值的設(shè)定可以通過運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)，這里我們采用反比例放大電路較為簡(jiǎn)便，最外圍是一個(gè)可調(diào)變阻器，運(yùn)算放大器所得到單片機(jī)的信號(hào)幅值是一定的，通過改變反比例系數(shù)來改變幅值，這里也是數(shù)模轉(zhuǎn)換檢測(cè)這一反比例系數(shù)并送入單片機(jī)，處理后對(duì)這一幅值通過另一LED數(shù)碼管顯示。

數(shù)碼管顯示部分，每次新的信號(hào)來時(shí)，就對(duì)信號(hào)進(jìn)行鎖存，需要單片機(jī)一直循環(huán)掃描。多個(gè)數(shù)碼管通過7448并聯(lián)起來，單片機(jī)只要輸入一個(gè)具體的數(shù)即可而不必

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要對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)處理，這些工作交給7448就可以了，提高單片機(jī)的效率，減少誤差。

系統(tǒng)方塊圖：

圖2-2系統(tǒng)方塊圖

鍵盤信號(hào)掃描單片機(jī)運(yùn)算處理D\\A轉(zhuǎn)換或查表輸出信號(hào)運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大波形輸出經(jīng)LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的頻率和幅值

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第三章硬件電路設(shè)計(jì)

3.1主要硬件介紹

80C51單片機(jī).

80C51單片機(jī)屬于MCS-51系列單片機(jī)，由Intel公司開發(fā)，其結(jié)構(gòu)是8048的延伸，改進(jìn)了8048的缺點(diǎn)，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、減（SUBB）、比較（PUSH）、16位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù)運(yùn)算等指令，以及串行通信能力和5個(gè)中斷源。采用40引腳雙列直插式DIP（DualInLinePackage），內(nèi)有128個(gè)RAM單元及4K的ROM。80C51有兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外中斷，兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)中斷，及一個(gè)串行中斷，并有4個(gè)8位并行輸入口。80C51內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用12MHz的晶振頻率。由于80C51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時(shí)間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來作為控制核心[5]。

圖3-1單片機(jī)引腳圖

引腳功能：MCS-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片

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lP0.0~P0.7P0口8位雙向口線（在引腳的39~32號(hào)端子）。2P1.0~P1.7P1口8位雙向口線（在引腳的1~8號(hào)端子）。3P2.0~P2.7P2口8位雙向口線（在引腳的21~28號(hào)端子）。4P3.0~P3.7P2口8位雙向口線（在引腳的10~17號(hào)端子）。這4個(gè)I/O口具有不完全一致的功能，

P0口是一個(gè)八位的接口，具有雙重功能，其內(nèi)部有一個(gè)可控制的選擇開關(guān)。當(dāng)開關(guān)打到下方時(shí)，該位用作數(shù)據(jù)端口的I/O功能。輸出時(shí)，cpu寫入鎖存器的數(shù)據(jù)可由該位P0.X輸出；當(dāng)該位用作數(shù)據(jù)輸入時(shí)，必需保證其內(nèi)部的晶體管截止。

P1口是一個(gè)8位的雙向數(shù)據(jù)的I/O端口，它的功能單一，只用作數(shù)據(jù)的輸入或者輸出。

P2口也是一個(gè)八位的具有雙重功能的接口。可做地址線的高八位，也可當(dāng)數(shù)據(jù)I/O端口來用。

P3口有兩個(gè)功能：

除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特別功能，由特別寄放器來設(shè)置。如下表所示：

表3-1z單片機(jī)P3口的其次功能表

端口引腳P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7

其次功能RXD(串行輸入口)TXD(串行輸出口)INT0（外部中斷0）INT1（外部中斷1）T0（定時(shí)、計(jì)數(shù)器0）T1（定時(shí)、計(jì)數(shù)器1）WR（外部數(shù)據(jù)寫端口）RD（外部數(shù)據(jù)讀端口）有內(nèi)部EPROM的單片機(jī)芯片（例如8751