基于单片机的低频信号发生器

1、实 习 报 告实习名称： 单片机应用实习 学生姓名： 方宇光学 号： 20141797 院系名称： 电气与信息工程学院 专业班级： 电气14- 1班指导教师： 葛洪军、张鹏职 称： 教授 、副教授 二一六年六月二十七日1实习题目 低频可变信号发生器的设计实习时间2016年6月27日至 2016 年 7月 15日共 3周实习地点 实验楼513室同组人姓名 方宇光、 陈君斌实习内容摘要：单片机是在20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是由中央处理器（CPU）芯片、ROM芯片、RAM芯片和I/O接口以及其他外围电路等通过印刷电路板上总线连接成一体的完整的计算机系统。具有成本低、体积小

2、、性能稳定等特点。信号发生器是一种在生产实践和科技领域中都有着广泛应用的一种信号源。传统的正弦信号源根据实际需要一般价格昂贵，低频输出时性能不好且不便于自动调节，工程实用性较差。现利用单片机的优越特性制作一种体积小，使用方便的低频信号发生器。以AT89C52单片机为核心结合低速D/A，通过设计与编程实现了锯齿波、方波、正弦波的产生及其自由切换的输出。指导教师评语：成 绩指导教师签字：年 月 日注：1、在此页后附实习总结。其内容应包括：实习目的、实习内容及实习结果等项目。2、此页为封皮，用A4幅面纸正反面打印。3、实习总结使用A4幅面纸张书写或打印，并附此页后在左侧一同装订。1实习任务书学生姓名

3、方宇光院系电气与信息工程学院专业班级电气工程及其自动化14-1班指导教师姓名葛洪军职称教授 是否外聘是 否题目名称低频可变信号发生器的设计一、设计的内容、目的和意义 信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的一般可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。而在科学研究和工业过程控制中常常要用到低频信号源。由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC要很大。大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证。体积大，损耗显著更是其致命的弱

4、点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。 利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其频率底线很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。本项目主要介绍利AT89C51单片机和DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器的具体实现。也就是在51单机系统中实现D/A转换的典型实例。硬件上，51单片机和D/A器件共同完成主要的功能；软件上，单片机控制D/A转换的接口程序是项目的核心程序。二、设计的技术指标要求1、研究方法（1）总体按照最优化的方法进行软件设计和硬件设计，走软件实现道

5、路；（2）对软硬件进行模块划分，并对各单元电路结合EDA工具进行论证设计； （3）在查阅文献基础上展开设计，力求创新。2、技术要求（1）有四个独立式按键；（2）可根据按键输出正弦波，方波（50HZ），三角波，锯齿波（3）有独立式电源13、 实习完成后应提交的成果 实习期间我们通过自己设计电路、准备元器件、焊接电路，将设计的电子密码锁实物做出来，使其达到我们的预期要求，同时还应该完成实习报告和实习日志。最后带着实物和实习报告参加答辩，结束本次实习。4、 实习的工作进度安排（1）6月27日至6月29日：确定实践题目，查找相应资料确定设计方案。（2）6月30日：提交设计方案，审核通过领取相应元器件。

6、（3）7月1日至7月14日：根据设计方案进行实物的焊接，芯片的烧写及整体设计的调试。（4）7月15日：完成相应的日志级实验报告，进行答辩5、 主要参考资料 1刘海成主编. 单片机及应用原理教程M. 北京.中国电力出版社 2康华光主编.电子技术基础M.高等教育出版社 3李朝青主编.单片机原理及接口技术M.北京.航空航天大学出版社 4王守中，赵朋朋，索世文编著. 51单片机应用开发速查手册M. 北京.人民邮电出版社 5彭为，黄科，雷道仲编著. 单片机典型系统设计实例精讲M. 北京.电子工业出版社.P275P298  6魏二有主编.单片机应用系统设计与实现教程M.北京.清华大学出版社.P1

7、27P141六、备注指导教师签字：年 月 日教研室主任签字： 年 月 日实习总结目录第1章 总设计方案及器件介绍-1 1.1 总体设计方案与预算-1 1.2程序流程-3 1.3 主要电路元器件介绍-3 第2章 总硬件电路设计方案-5 2.1 总体硬件设计-5 2.2 单片机引脚分配-6 2.3. 复位电路-6 2.4键盘接口电路具体设计-7 2.5数模转换电路-7 第3章 软件设计方案-8 实习结果-13 实习心得-13 方案结算-14 附录1：电路图-15 附录2：参考文献-1611实习目的: 利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其频率底线很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频

8、率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。本项目主要介绍利AT89C51单片机和DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器的具体实现。也就是在51单机系统中实现D/A转换的典型实例。硬件上，51单片机和D/A器件共同完成主要的功能；软件上，单片机控制D/A转换的接口程序是项目的核心程序。实习内容:第1章 总设计方案及器件介绍1.1 总体设计方案与预算 方案1：利用t1计时器中断来计时并使用主程序来进行按钮显示，辨别，处理。按钮使用可保持按钮。 方案2：利用延时函数进行计时，采用外部中断响应来进行按钮处理，完成函数的切换及波形的选择。

9、 方案3：利用t1中断延时进行计时，采用外部中断响应来进行按钮处理，完成函数的切换，选择。不采用优先级设置（存在风险！） 方案4：利用t1中断延时进行计时，才用外部中断响应进行按钮处理，完成函数的切换，选择。设置优先级，以外部中断为最优先，计时函数为次优先。完成任务。 确定方案及理由：方案1函数计时时有识别按钮函数运作，对整体波行有影响。方案3函数中断响应相互干扰，存在风险。方案4优先级设置不熟练，无实际经验，不采用。故采用方案2作为本次实习的方案。方案预算LM358 1个2元DAC 0832 1个5元7805 1个3元7905 1个3元C52单片机1个10元瓷片电容104 1个15元电解电容

10、100u 1个 10uf 1个 2200uf 2个电容 30pf2个 0.33uf2个 0.1uf2个12m晶振 1个电阻 1K2个 4.7K 5个IN4007二极管4个2元开关5个2.5元220伏电源插头（带导线）1个1元220V-9V变压器1个10元电路板1个5元四输入与门1个3元共计61.5元LM358芯片滤波放大DAC0832数模转换电路外中断1AT89C52功能选择按键1.2程序流程:复位按键1.3 主要电路元器件介绍：1.3.1 单片机简介 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only

11、 Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机5。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C51 提供以下标准功能：4k字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口

12、线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 1.3.2 DAC0832的介绍DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片6，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。所以这个芯片的应用

13、很广泛, D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。 图1.3-2 DAC0832引脚图1.3.3 LM358的介绍LM358是常用的双运放,这里我们介绍一下它的一些资料。简介: LM358 里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、

14、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC 增益 部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。内部结构图如图1.3-3所示。 图1.3-3 LM358引脚图第2章 总硬件电路设计方案2.1 总体硬件设计 单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能

15、单元（如ROM、I/O、定时/计数器等）容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计适当的电路。二是系统配置，即按照功能要求配置外围设如显示器、D/A转换等，要设计合适的电路。系统的扩展和模块设计应遵循下列原则： (1) 尽可能选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率和结构的灵活性。 (2) 系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求。 (3) 硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结果与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件响应来的长

16、，而且占用CPU时间。所以，选择软件方案时，要考虑到这些因素。 (4) 可靠性及抗干扰性设计是硬件系统设计不可缺少的部分，它包括芯片、器件选择，去耦滤波等。 (5)单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，解决的办法是增加驱动能力，增设线驱动器或减少芯片功耗，降低总线负载。 (6)系统的扩展及各功能模块的设计在满足系统功能要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需。 (7)在考虑硬件总体结构的同时要注意通用性的问题。 根据以上原则，进行硬件设计。系统采用较为普及的89C52单片机作为系统的核心。它不但容易实现设计指标，而且还有较好的性价比。 (1) 程

17、序存贮器 89C52内部自带8K的ROM，512B的RAM，所以不需要对其扩展存储器。 (2) 键盘接口 独立键盘适用于按键数量较少的场合，系统采用了独立键盘设计。(3) D/A转换 本设计D/A转换部分采用DAC0832芯片。(4) 信号变换部分 对信号的变换部分采用四运放集成芯片LM358，它采用8脚双列直插塑料封装，它的内部包含两组形式完全相同的运算放大器。 2.2 单片机引脚分配 XTAL1、XTAL2：外接电路，产生时钟信号；RST：外接复位电路；P1：外接数模转换与放大电路，波形信号输出；P2：外接独立键盘；P3：外部中断信号输入；AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反

18、相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶休或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器 ，外接石英晶体(或陶瓷振器)及电容C1, C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1, C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难程序及温度稳定性，这里选择使用石英晶休，我们的电容使用30pF。如使用陶瓷谐振器的话，应选择40pF士10pF的容值的电容。也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路的情况时，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。2.3. 复位

19、电路当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位操作。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启

20、动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值,复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。52单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，至于内部RAM内部的数据则不变。2.4键盘接口电路具体设计 工作原理如下： 1检测键盘

21、上是否有键按下：2. 中断程序判断具体按键：3. 转到相应程序： 图2.4按键设计图2.5数模转换电路 由于单片机产生的是数字信号，要想得到所需要的波形，就要把数字信号转换成模拟信号，所以该文选用价格低廉、接口简单、转换控制容易并具有8位分辨率的数模转换器DAC0832。连接电路如图2.5-1所示。DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。但实际上，DAC0832输出的电量也不是真正能连续可调，而是以其绝对分辨率为单位增减，是准模拟量的输出。DAC0832是电流型输出，在应用时外接运放LM358使之成为电压型输出。根据对DAC0832的数

22、据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。本设计选用直通方式。DAC0832的数据口和单片机的P1口相连。 图2.5 DAC0832连接图第3章 软件设计方案主程序流程如图所示： 图3.1 主程序流程图中断程序如图所示： 图3.2 中断程序流程图 本系统的软件包括以下几个程序模块： (1)初始化程序； (2)显示程序； (3)键盘扫描程序与处理程序； (4)定时器0服务程序； (5)正弦波发生程序及其服务程序；(6)三角波发生程序； (7)方波发生程序； (8)锯齿波发生程序。汇编程序：ORG 0000HLJMP MAINORG 0

23、003HLJMP ANJIANORG 000BHLJMP T0_ISRORG 0030HJUCHIA EQU P2.1SANJIAOA EQU P2.2FANGBOA EQU P2.3T0_ISRA EQU P2.4MAIN: SETB EA SETB EX0 SETB IT0 SETB PX0 MOV TMOD,#02H MOV TH0,#178 MOV TL0,#178 CLR PT0F1: MOV A,40H JZ LOOP MOV A,41H JZ LOOP1 MOV A,42H JZ LOOP3 MOV A,43H JZ LOOP4 SJMP F1JUCHI:CLR A LOOP:M

24、OV P1,A INC A CJNE A,#0FFH,LOOP MOV A,40H JZ JUCHI LJMP MAINSANJIAO:CLR ALOOP1:MOV P1,AINC ACJNE A,#0FFH,LOOP1LOOP2:MOV P1,ADEC AJNZ LOOP2MOV A,41H JZ LOOP1LJMP MAINFANGBO: LOOP3:MOV A,#00H MOV P1,A ACALL DELAY MOV A,#0FFH MOV P1,A ACALL DELAY MOV A,42H JZ LOOP3 LJMP MAINLOOP4: MOV A,43H JZ LOOP4TIA

25、OJIANFANHUI:LJMP MAINDELAY:MOV R6,#200DEL1: MOV R7,#24 DEL2:DJNZ R7,DEL2 DJNZ R6,DEL1 RETT0_ISR:MOV A,44H MOV DPTR,#TAB PUSH ACC MOVC A,A+DPTR MOV B,#2 DIV AB MOV P1,A POP ACC INC A MOV 44H,A RETI TAB:DB 128,131,134,137,140,143,146,149,152,155,158,162,165,167,170,173 DB 176,179,182,185,188,190,193,1

26、96,198,201,203,206,208,211,213,215 DB 218,220,222,224,226,228,230,232,234,235,237,238,240,241,243,244 DB 245,246,248,249,250,250,251,252,253,253,254,254,254,255,255,255 DB 255,255,255,255,254,254,254,253,253,252,251,250,250,249,248,246 DB 245,244,243,241,240,238,237,235,234,232,230,228,226,224,222,2

27、20 DB 218,215,213,211,208,206,203,201,198,196,193,190,188,185,182,179 DB 176,173,170,167,165,162,158,155,152,149,146,143,140,137,134,131 DB 128,124,121,118,115,112,109,106,103,100, 97, 93, 90, 88, 85, 82 DB 79, 76, 73, 70, 67, 65, 62, 59, 57, 54, 52, 49, 47, 44, 42, 40,37, 35, 33 DB 31, 29, 27, 25,

28、23, 21, 20, 18, 17, 15, 14, 12, 11, 10, 9, 7, 6, 5, 5, 4 DB 3, 2, 2, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 2, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 7, 9, 10, 11 DB 12, 14, 15, 17, 18, 20, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35 DB 37, 40, 42, 44, 47, 49, 52, 54, 57, 59, 62, 65, 67, 70, 73, 76 DB 79, 82, 85, 88, 90, 93, 97,100,

29、103,106,109,112,115,118,121,124ANJIAN:ACALL DELAY JNB JUCHIA,D1 JNB SANJIAOA,D2 JNB FANGBOA,D3 JNB T0_ISRA,D4 LJMP EDD1: CLR ET0 CLR TR0 MOV 40H,#0 MOV 41H,#1 MOV 42H,#1 MOV 43H,#1 LJMP EDD2: CLR ET0 CLR TR0 MOV 40H,#1 MOV 41H,#0 MOV 42H,#1 MOV 43H,#1 LJMP EDD3: CLR ET0 CLR TR0 MOV 40H,#1 MOV 41H,#1

30、 MOV 42H,#0 MOV 43H,#1 LJMP EDD4: SETB ET0 SETB TR0 MOV 40H,#1 MOV 41H,#1 MOV 42H,#1 MOV 43H,#0 LJMP EDED: RETIEND实习结果：基于单片机的低频信号发生器设计，该课题的设计目的是充分运用大学期间所学的专业知识，考察现在正在使用的信号发生器的基本功能，完成一个基本的实际系统的设计全过程。关键是这个实际系统设计的过程，在整个过程中我可以充分发挥单片机知识。特别是这个信号发生器的设计中涉及到一个典型的控制过程。通过单片机控制一个模数转换器 DAC0832 产生所需要的电流，然后使用运算放大器 LM358可以将其电流输出线性地转换成电压输出，通过程序的控制，可以产生一系列有规律的波形。这样一个信号发