波形发生器的设计（程序仿真+电路图+任务书+说明书）

1、摘要本系统是基于at89c51单片机的数字式低频信号发生器。采用at89c51单片机 作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（dac0832）、运放电路（lm324）、按 键。通过按键控制可产生方波、三角波、止弦波等。其设计简单、性能优好，可用于 多种需要低频信号的场所，具有一定的实用性。各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较 为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发牛装置。为了实验、 研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分必要的。本文介绍的是利用at89c51单片机和数模转换器件dac0832产生所需不同信号 的低频信

2、号源，其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。文中简要介绍了 dac0832 数模转换器的结构原理和使用方法，at89c51的基础理论，以及与设计电路有关的 各种芯片。文屮着重介绍了如何利用单片机控制d/a转换器产生上述信号的硬件电 路和软件编程。本次关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足 实验的要求，而且具有很强的可行性。该信号源的特点是：体积小、价格低廉、性能 稳定、实现方便、功能齐全。关键词 波形发生器；三角波；正弦波；方波摘要1绪论1第1章方案设计21. 1 方案论述21.2方案论证2第2章硬件设计32. 1总体设计功能说明32. 2dac0832 芯片42.

3、3硬件放大电路2第3章软件设计33. 1程序流程图33. 2主要程序代码53. 3 调试8设计总结10参考文献11绪论波形发生器也称函数发生器，作为实验信号源，是现今各种电子电路实验设计应 用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而 成，且波形种类有限，多为锯齿波，正弦波，方波，三角波等波形。信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的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经之一， 不用依靠单片机。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。在科学研究和生产实践中，如工业过程

4、控制，生物医学，地震模拟机 械振动等领域常常要用到低频信号源。而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，漏电，损耗显著更是致命的弱点。一旦工作需求功能有 增加，则屯路复杂程度会大大增加。第1章方案设计1.1方案论述从科学所设计的不同范围以及器件的不同选择来构思，可以实现的方案有很多， 现提出两个可行的方案并分别论述其工作原理及可行性。方案一：方案一方框图如下图111所示。采用at89c51芯片，数模芯片采用 dac0831芯片，构成基本的波形发生电路，设置多个按键用来控制波形输出记忆调 整信号

5、频率的大小。此电路设计输出波形稳定，精度高。图11方案一电路流程图方案二：本方案的基本原理是在pc机上按下鼠标左键创建一个周期的波形，再 将各点值传送给单片机系统，产牛实际的模拟信号。模拟信号通过d/a转换器的转 换，得到所需要的波形型号。图1-2方案二电路流程图1.2方案论证单片机控制超低频任意信号波形发生器（方案一）与现有采用微处理器和数模转 换器组成的数字式低频信号发牛器（方案二）相比，由于采用直接数字波形合成技术, 频率准确度和稳定度较高。方案二中微处理器对信号的现实和处理非常方便，只是需 要同时编辑单片机语言和微处理器所需要的高级语言，工作量人而口较为复杂。因此 我选择了方案一。第2

6、章硬件设计2.1总体设计功能说明键盘输入部分主要用于选择波形。键盘共设3个键，用于选择三角波、矩形波、 正弦波3种不同的波形。89c51单片机用来执行某一波形发生程序，向d/a转换器 的输入端发送数据，将其转化成模拟量，并通过运算放人器调节波形的幅值，从而 在输岀端得到所需的波形。可由硬件设计好后，再根据要求进行具体编写。程序的主要功能是：首先程序在开始后，先判断p1o, pl.l , p1.2相应的波形，然后根据选择的波形输出相应的波形.程序将根据要求进行调节波形。 12v丄at 1312vled-red .0 dacq832r5400 - u1adm ,c1 100uf <tgxt&

7、gt;xtal1po.o/acoxta12po 1/ad1 p0.2/ad2r$tp0 5/ad6 poc/ace p07/ad7p2 0/6p2勺gp2.2/a10p$ehp2.3/a11alep2.<va12eap2.5/a13pi 0 p1.1p2.6/a14p2.7/a10p3 o/rxdp3.1hx£>pt-2p32antopi-3p3 3/1nt1p1 4 p1.6p3 4hd p3.6<t1p1-6p3b/wrp1.7p37/rde垃一20_30-4at80cm <t6xt30 ado 书心 37 22 笑 23m ad47 心332632 27

8、ad3 4 ad2 6 心 r，ado 7csvccwr1ile(by1/0yggnoyvh2di3灯er62£>wdmdisdiodiovrefdi7rfbi0ut2gndi0ut180 1020忖ghd ,7 gno q6 ad45 心94 26怡矣m,2 gnd图2-1总电路图2.2 dac0832 芯片20ileagnd dac0832do txinp 图22 dac0832引脚图集成芯片。与微处理器完全兼容。这个 da芯片以其价格低廉、接口简单、转 换控制容易等优点，在单片机应用系统 屮得到广泛的应用。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

9、电路及转换控制电路构成。1: dac0832的主要特性参数如下： 分辨率为8位；电流稳定时间lus；可单缓冲、双缓冲或直接数字输 入；只需在满量程下调整其线性度； 单一电源供电（+5v+15v）； 低功耗，200mwodac0832是8分辨率的d/a转换2： dac0832 结构：d0d7： 8位数据输入线，ttl电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据 会出错）；ile：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；cs：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；wri：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。pile、cs、wr1的逻辑组合产生le1,当le1为高电

10、平时，数据锁存器状态随输入数据线 变换，le1的负跳变时将输入数据锁存；xfer：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效;wr2： dac寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由wr1、xfer的逻辑组合产生le2,当le2为高电平时，dac寄存器的输出随寄存器的输 入而变化，le2的负跳变时将数据锁存器的内容打入dac寄存器并开始d/a转换。iout1：电流输出端1,其值随dac寄存器的内容线性变化；iout2：电流输出端2,其值与iout1值之和为一常数；rft：反馈信号输入线，改变rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；vcc：电源输入端，

11、vcc的范围为+5v+15v；vref：基准电压输入线，vref的范围为10v+10v；agnd：模拟信号地dgnd：数字信号地3： dac0832的工作方式：根据对dac0832的数据锁存器和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2.3信号放大电路3.1程序流程图第3章软件设计图31主流程图图3-2三角波流程图图3-3方波流程图图34正弦波流程图3.2主要程序代码mov a,#0ffhclrp1.5mov pl,ajnbp1.0,sanjiaojnbpl.ljuxingjnbp1.2,zxret.* 二角波 *sanjiao:mai:

12、mov dptr,#7fffhmov a,#00hloop1:movx dptr,aincanopcjnea,#offh,loop1loop2: dec amovx dptr,acjne a,#ooh,loop2incanopljmploop1；p1.0控制三角波的输出；p1.1控制矩形波的输出;p1.2控制止弦波的输出;置dac0832入口地址；置初始值;送数字电压值;加1;不等于0ffh转回去，牛成三角波从低到高的这部分，否者向下减1;送数字电压值；不等于00h转回去，生成三角波从高到 低的这部分，否者向下;为了不让第二个周期产生于前一个周期的00h的数字电压重复;必须加1后在返回到loo

13、p1ret矩形波juxing:start:mov dptr,#7fffhloop: mov a,#00h；完成一个周期循环后，再次进行循环movx dptr,alcall delaymov a,#0xffmovx dptr,alcall delayljmp loop；设置初值；设置上限电平为；形成方波宽度delay:mov r2,#100djnz r2,$ret* 正弓玄波 *zx：da01 :mov r7,#0ffhmov dptr ,#tabda02:mov a, #0hmovc a, a+dptrmov r0,dplmovr1,dphmov dptr,#7fffhmovx dptr, a

14、mov dpl,r0mov dph,r1inc dptrdjnz r7,da02ljmp da01tab :db 80h,83h,86h,89h,8dh,90h,93h,96hdb 99h,9ch,9fh,0a2h,0a5h,0a8h,0abh,0aehdb ob 1 h,0b4h,0b7h,0bah,0bch,0bfh,0c2h,0c5hdb 0c7h,0cah,0cch,0cfh,0d 1h, 0d4h,0d6h,0d8hdb odah,oddh,odfh,oe 1 h,0e3h, 0e5h,0e7h,0e9hdb oeah,oech,oeeh,oefh,of1 h, 0f2h,0f4h,

15、0f5hdb 0f6h,0f7h,0f8h,0f9h,0fah, ofbh,ofch,ofdhdb ofdh,ofeh,offh,offh,offh, offh,offh,offhdb offh,offh,offh,offh,offh, offh,ofeh,ofdhdb 0fdh,0fch,0fbh,0fah,0f9h, 0f8h,0f7h,0f6hdb 0f5h,0f4h,0f2h,0flh,0efh, oeeh,oech,oeahdb 0e9h,0e7h,0e5h,0e3h,0elh, odeh,oddh,odahdb 0d8h,0d6h,0d4h,0d 1 h,ocfh, 0cch,0c

16、ah,0c7hdb 0c5h,0c2h,0bfh,0bch,0bah, ob7h,ob4h,ob1hdb 0aeh,0abh,0a8h,0a5h,0a2h, 9fh, 9ch, 99hdb 96h, 93h, 90h, 8dh, 89h, 86h, 83h, 80hdb 80h, 7ch, 79h, 78h, 72h, 6fh, 6ch, 69hdb 66h, 63h, 60h, 5dh, 5ah, 57h, 55h, 51hdb 4eh, 4ch, 48h, 45h, 43h, 40h, 3dh, 3ahdb 38h, 35h, 33h, 30h, 2eh, 2bh, 29h, 27hdb

17、25h, 22h, 20h, 1eh, 1ch, 1ah, 18h, 16hdb 15h, 13h, 11h, 10h, oeh, odh, obh, oahdb 09h, osh, o7h, 06h, o5h, 04h, o3h, 02hdb 02h, o1h, ooh, ooh, ooh, ooh, ooh, oohdb ooh, ooh, ooh, ooh, ooh, ooh, 01h, 02hdb 02h, o3h, 04h, o5h, 06h, 07h, o8h, 09hdb oah, obh, odh, oeh, 10h, 11h, 13h, 15hdb 16h, 18h, 1ah

18、, 1ch, 1eh, 20h, 22h, 25hdb 27h, 29h, 2bh, 2eh, 30h, 33h, 35h, 38hdb 3ah, 3dh, 40h, 43h, 45h, 48h, 4ch, 4ehdb51h, 55h, 57h, 5ah, 5dh, 60h, 63h, 66hdb 69h, 6ch, 6fh, 72h, 76h, 79h, 7ch, 80hret3.3调试正弦波:digital oscilloscopeaufoone-shotcursorscliaihiel b cliaiiiiel dsourceb c o lllll'三角波digital oscilloscopeclmimel clevel(bac dc|e|auto |one-shot jcursorssourcebcdchannel bchannel dgnd方波:positionlevel20ffldinv