铜陵学院基于5单片机的信号发生器设计

1、 学年 第 1 学期单片机原理及接口技术课 程 设 计 报 告题 目： 基于51单片机的信号发生器设计 专 业： 电子信息工程 班 级： 姓 名： 指导教师： 电气工程学院年月20日1、任务书课题名称基于51单片机信号发生器设计指导教师（职称） 执行时间学年第 1 学期 第 7 周学生姓名学号承担任务设计目的随着电子技术的发展,信号发生器经常要用在各种科学技术领域和工程实践中。选择适当的嵌入式处理器、DA转换芯片，放大器，设计出一种基于单片机的多功能信号发生器的设计，能够实现键盘控制下输出正弦波、方波、三角波等波形。设计要求1.设计一个能自动稳定产生方波和三角波的函数发生器2.输出信号频率范围

2、：1HZ100HZ;3.输出电压：方波=<24V,三角波=8V,摘 要 本文以STC89C51单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器。信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可能自动稳定产生方波和三角波，波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。波形和频率的改变通过软件控制，幅度的改变通过硬件实现。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的设计原理。本系统可以产生最高频率100HZ的波形。该信号发生器具有体积小、价格低、性能稳定、功能齐全的优点。关键词: 低频信号发生器; 单片机; D /A转换; 目 录一.设计原理1二.方案论证2 2.1 信号发生电路方案论证2

3、2.2 单片机的选择方案论证2 2.3 显示方案论证2三总体系统设计3四硬件实现及单元电路设计4 4.1单片机最小系统的设计44.2 波形产生模块设计44.3 显示模块的设计5五安装调试及测量数据分析65.1调试过程65.2频率的测量数据75.3出现的问题与解决的方法75.4系统仿真波形75.5效果分析85.6测量仪器8参考文献9第一章设计原理利用51单片机采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，能产1Hz100Hz的波形。通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，并通过液晶屏1602显示其

4、各自的类型以及数值，系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分以及液晶显示部分三部分。第二章方案论证 2.1 信号发生电路方案论证 方案一：通过单片机控制D/A，输出三种波形。此方案输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。但此方案电路简单、成本低。 方案二：使用传统的锁相频率合成方法。通过芯片IC145152，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波，积分电路转换成三角波。此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。 方案三：利用MAX038芯片组成的电路输出波形。MAX038是精密高频波形产生电路，能够产生准确的三角波、方波和正弦波三种周

5、期性波形。但此方案成本高，程序复杂度高。以上三种方案综合考虑，选择方案一。2.2 单片机的选择方案论证 方案一：STC89C51单片机芯片全面兼容其它51单片机，是51单片机是主流大军，每一个高等院校、普通学校、网站、业余单片机培训都是以51单片机为入门教材的，所以，教材最多，例子最多。STC89C51内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级 方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准8052的数字外设部件，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和

6、其他数字外设及功能部件，而且执行速度快。但其价格较贵。 以上两种方案综合考虑，选择方案一2.3 显示方案论证 方案一：采用LED数码管。LED数码管由8个发光二极管组成，每只数码管轮流显示各自的字符。由于人眼具有视觉暂留特性，当每只数码管显示的时间间隔小于1/16s时人眼感觉不到闪动，看到的是每只数码管常亮。使用数码管显示编程较易，但要显示内容多，而且数码管不能显示字母。方案二：采用LCD液晶显示器1602。其功率小，效果明显，显示编程容易控制，可以显示字母。以上两种方案综合考虑，选择方案二。   第三章总体系统设计该系统采用单片机作为数据处理及控制核心

7、，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和变换，采用按键输入，利用液晶显示电路输出数字显示的方案。将设计任务分解为按键电路、液晶显示电路等模块。图3 总电路图第四章硬件实现及单元电路设计 4.1单片机最小系统的设计89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用80C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图4.1所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：1. 有可供用户使用的大量I/O口线。2. 内部存储器容量有限。3. 应用系统开发具有特殊性。图4.1 89C51单

8、片机最小系统4.2 波形产生模块设计 由单片机采用编程方法产生三种波形、通过DA转换模块DAC0832在进过滤波放大之后输出。其电路图如下： 图4.2 DAC0832的电路图 图4.3 波形产生电路如上图所示，单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端，DAC0832的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。DAC0832的为八位数据并行输入的，其结构图如下： 图4.4 DAC0832的内部结构4.3 显示模块的设计通过液晶1602显示输出的波形、频率，其电路图如下： 图4.5液晶显示如上图所示，1602的八位数据端接单片机的P1口，其三个使能端RS、RW、E分别接单片机的管脚。通过软

9、件控制液晶屏可以显示波形的种类以及波形的频率。第五章安装调试及测量数据分析5.1调试过程;1 不通电，用万用表根据电路图仔细检查各线路连接是否正常。2 首先是调试单片机部分，DA和运算放大器芯片不接。用STC_ISP_V483软件通过串口下程序。看是否可以正常下程序。3当可以正常下程序时，给51单片机下一个让所有I/0口一会儿输入0，延时，再输出1，以此类推。用万用表测量各I/O口得电压是不是一会儿高，一会儿低。4安上DA和运算放大器芯片，给单片机下一个输出正弦波的测试程序，通过示波器看输出是否正常。5 给单片机下一个完整的程序，分别按下S1，看波形是否改变。按下S2，看频率是否改变。5.2频

10、率的测量数据： 单位：HZ周期T2T3T4T5T6T7T8T理论值98.356.548.242.634.228.424.918.7实际值97.855.848.043.133.828.624.519.4表5-15.3出现的问题与解决的方法：1. 调试单片机的串口时，发现不能正常的下程序。我想可能是单片机坏了借了一块学习板测试了一下单片机芯片，发现可以正常下载。这说明很可能是MAX232的电路出了问题。我仔细查看了电路图，又上网查了下其他的MAX232的电路图，发现我的电路图和别人的不一样。我是按照郭天翔的那本新概念51单片机C语言教程 入门、提高、开发、拓展全第130页的串口电路画的图，电路图中

11、MAX232的TIOU1接串口的第3脚。而其他书上有些电路图却是MAX232的TIOU1接到了串口的第2脚。于是我将MAX232的TIOU1接串口的第2脚，再下程序，终于可以正常下载了。2刚开始写的测试程序输出的波形失真很大。我想可能是波形的ROM表里的数据值过小，导致DA输出的误差很大。因而卧将波形的ROM表里的数据值调大，在测试时发现波形变得好多了。3. 调试波形的时候我发现矩形波的失真比较大。我想到可能是低通滤波器的截止频率太低了，因而我将RC低通滤波器的电阻由1K换成了100欧姆，效果好了很多。5.4系统仿真波形：图5.1 正弦波图5.2方波图5.3 三角波5.5效果分析：由5.2的频

12、率理论值与实际值，可知频率在T,2T,3T,4T,5T,6T,7T,8T上频率误差很小。最终的波形输出效果也很不错。5.6测量仪器1.示波器。2.直流稳压电源。3.万用表。参 考 文 献1 姜志海，黄玉清等.单片机原理及应用M .北京：电子工业出版社2009.82 张毅刚，MCS-51单片机应用设计M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 2008.43 蒋智勇，单片微型计算机原理及应用M. 沈阳：辽宁科学技术出版社 1991.24 穆兰，单片微型计算机原理及接口技术M. 北京：机械工业出版社 2008.65 何立名，单片机应用文集M. 北京：北京航天航空大学出版社 2006.56 郭天翔，新概念5

13、1单片机C语言教程M .北京：电子工业出版社 2009.17 童诗白，华成英；模拟电路技术基础M. 北京：高等教育出版社 2006.5 课题名称答辩教师（职称） 答辩时间 学年第 学期 第 周答辩记录1P0口的性能有哪些？答：P0是一个8位漏极开路型双向I/O口。内部不带上拉电阻，当外接上拉电阻时，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载电路。通常在使用时外接上拉电阻，用来驱动多个数码管。 在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，不需要外接上拉电阻。2电压表的最大分辨率（精度）是多少？如何提高其精度？答：由于单片机为8位处理器，当输入电压为5.00V

14、时，输出数据值为255（FFH）因此单片机最大的数值分辨率为0.0196V（5/255）。这就决定了该电压表的最大分辨率（精度）只能达到0.0196V。测试时电压数值的变化一般以0.02V的电压幅度变化，要获得更高的精度要求，应采用12位、13位的A/D转换器。3. 单片机的中断有哪些？答：0 外部中断0 1 定时器0中断 2 外部中断1 3 定时器1中断 4 串行口中断 5 定时器2中断4你们编写程序的特点是什么？有什么感想和特点？ 答：我们使用模块化程序设计的思想，把一个很大的程序模块化，简单化，分工化，使大的问题简单化。模块化程序设计为团队合作完成大的工程创造了可能，带来了方便。5 你们对你们的数字电压表误差作何分析，如何矫正？答：简易数字电压表测得的值基本上均比标准值偏大0.01-0.02V。这可以通过校正0808的基准电压来解决，因为该电压表设计时直接用7805的供电电源作为基准电压，电压可能有偏差。可以用软件编程来校正测量值。6你们的调试和测试方案是什么？答：本设计应用Proteus6及KEIL51软件,首先根据自己设计的电路图用Proteus6软件画出电路模型；然后我们用KEIL51软件对所编写的程序进行编译