函数发生器课程设计.doc

黑龙江科技学院课程设计报告项 目 名 称： 函数发生器 所 属 课 程： 智能仪器 设 计 日 期： 2012.12.32012.12.7 班 级 测控 班 学 号 号 姓 名 指导教师 成 绩 电气与信息工程学院课程设计报告说明一、写报告前，请认真阅读课程设计报告说明。二、打印装订要求1、一律用A4纸，双面打印，并左侧装订，一式1份，并同时上交电子版（电子版上传邮箱123244441）。课程设计报告说明页也打印。2、课程设计概述部分占一页；课程设计内容长度根据实际需要填写；结论和指导教师评语及成绩单独占一页。保证打印格式工整。三、报告内容要求1、课程设计目的结合实际自己写，不要雷同2、课程设计要求按下发的设计题目写3、课程设计原理简要说明所完成课程设计项目所涉及的理论知识4、课程设计内容 这是课程设计报告极其重要的内容。概括整个课程设计过程。（最好在上述内容基础上画出相应的流程图、设计思路和设计方法，再配以相应的文字进行说明。）一、课程设计概述1、课程设计目的 1).通过本次课程设计，复习以前的科目如：传感器，运算放大器，单片机等。 2).把这些学过的科目串联起来，起到用汇贯通的作用。 3).为以后的毕业设计打下基础。2、课程设计要求 1).功能要求：利用D/A转换器，系统能输出三角波、梯形波、锯齿波信号，使用键盘或电位器来调整输出频率，并能在显示器显示设定值。使用按键切换上述三种输出波形。2).硬件要求：使用D/A、LED显示器、按键或电位器等。LED显示器、按键数目尽量少，但要说明显示方式和操作步骤。3、课程设计原理采用单片机和数模/转换DAC0832实现波形的产生。波形的产生是通过STC89C52执行方波波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。在89C52的Pl口接5个按扭，通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率，每种波形对应一个按钮。此方案的优点是电路原理比较简单，实现起来比较容易。此方案地实现题目要求，三种波形的产生可由程序控制，并通过按键选择波形输出，在示波器上显示波形。波形的周期与频率步进也可以用程序改变。在本设计的基础上，加上LCD显示器，则可通过按钮设定所需要的波形频率，并在LCD上显示频率、幅值电压。输出波形稳定，精度高，滤波好，抗干扰效果好，连接简单，性价比高。 二、课程设计内容1.引言函数发生器又称为波形发生器，它是一种很常用的信号源.广泛地应用在各种电子领域。目前国内生产的函数发生器大都自动化程度很低、结构复杂，可靠性和准确度也比较差，不能满足科研和生产的要求，随着大规模集成电路和单片机应用的迅速发展，为仪器更新换代提供了可能性本文介绍一种由89C52单片机组成的多功能波形发生器，它可产生方波、正弦波、三角波、梯形波、锯齿波和脉冲信号等多种波形。整机具有结构简单、使用方便和性价比高等特点，是一台价格低廉、功能多样的智能仪器。2.总体方案根据题目要求，经过仔细考虑，充分考虑各种因素，制定了整体设计方案:以STC89C52单片机为控制核心，P0口接DAC0832信号输入并数模转换，程序控制产生三种波形，通P1口接5个按键，控制频率、幅值和占空比，由按键选择三种波形的输出。由uA741运放实现DAC0832输出电流到电压的转换，在LED上实时显示频率与幅值，波形在示波器上显示。 3.硬件电路3.1 单片机电路3.1.1 功能与基本原理功能:形成扫描码，键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；产生定时中断；形成波形的数字编码，并输出D/A接口电路和显示驱动电路。AT89S51外接12M晶振作为时钟频率，并采用电源复位设计。复位电路采用上电复位，它的工作原理是，通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过对电容充电。RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始工作。产生方波程序思路:根据定时器溢出的时间，将频率值换算为定时器溢出的次数(T1over-num)。使用变量(T1-cnt)暂存定时器Tl的溢出次数，当达到规定的次数(Tl-over-num)肘，将输出管脚的状态取反达到方波的产生。另外，采用查询的方式实现按键的扫描和LCD液晶的显示，中断服务程序实现方波的产生和连续按键的计时功能。3.1.2资源分配软、硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求，资源分自己为:单片机用12M晶振，P0口与DAC0832相连;P1口接六个按键，实现频率、幅度、占空比的调节，以及波形选择;P2口接LED液晶显示器，实时显示频率与幅值。3.2 波形转换(D/A)电路功能:将波形样值的编码转换成模拟值，完成的波形输出。由一片0832和uA741运放组成。DAC0832是一个具有两个输入数据寄存器的8位DAC。目前生产的DAC芯片分为两类，一类芯片内部设置有数据寄存器，不需要外加电路就可以直接与微型计算机接口。另一类芯片内部没有数据寄存器，输出信号随数据输入线的状态变化而变化，因此不能直接与微型计算机接口，必须通过并行接口与微型计算机接口。DAC0832是具有20条引线的双列直插式CMOS器件，它内部具有两级数据寄存器，完成8位电流D/A转换，故不需要外加电路。0832是电流输出型，示波器上显示波形，通常需要电压信号，电流信号到电压信号的转换可以由运算放大器uA741实现。单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值进行编码，收到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。假如N个点构成波形的一个周期，则0832输出N个样值点后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。重复输出N个点，成为第二个周期。利用单片机的晶振控制输出周期的速度，也就是控制了输出的波形的频率。这样就控制了输出的波形及其幅值和频率。3.3 显示接口电路七段数码管根据其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。根据管脚资料，您可以判断使用的是何总接口类型. LED 数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有12 mA，最大极限电流也只有1030 mA，所以它的输入端在5 V电源或高于TTL高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA3.4 键盘接口电路本题中的5个按键，分别实现波形的选择，以及幅值频率的加减。还可在输出其他波形，如方波时，可增加两个按键用于改变占空比的大小。4.系统软件部分设计主程序和子程序都放在89S52单片机中。主程序的功能是:开机以后负责查键，即做键盘扫描及显示工作，然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理。子程序的功能有:延肘子程序程序、中断子程序、调|帽子程序、调频子程序、显示等。4.1 主程序流程图 4.2 幅值频率设定子程序流程图 4.3 显示子程序流程图本题中的显示部分可以显示两行信息，分别为电压和频率，电压可显示两位，频率可显示四位数。 4.4中断子程序流程图从入口进入子程序后，根据choice变量值选择输出波的类型，之后根据按键设定幅值频率。 参考文献：1.STC89C52系列单片机数据手册2. 张洪润主编.单片机应用技术教程(第二版)北京:清华大学出版社3. 丁元杰. 单片微机原理及应用.北京:机械工业出版社4. 万福君主编.单片机微机原理系统设计与应用.合肥:中国科学技术大学出版社三、结论 通过本次课程设计，我复习了很多东西。明白了许多以前不会的和已经遗忘的。本次课程设计是以单片机为处理器，通过键盘输入所要的波形及特性，单片机产生数字量，经过DAC0832转化成所需波形。通过LED显示当前频率及幅值。在本次课程设计里面发现对电脑软件过于陌生，时间是别人花费的多倍，效率太低。特别是画电路图，我用的是CAD，没有元件，只能每个都是自己画，用其他软件，可以得到元件的电路模型，速度自然提升。看来是该都学几个好点的学习用的软件。