键盘控制的多种波形发生器

1、键盘控制多种波形发生器课程设计课程设计量化评分标准 指标最高分评分要素评分方案设计35方案选择合理，分析、设计正确，原理清楚，电路、程序流程图清晰，结构合理，程序简洁、正确。  调试15过程清晰，调试方案设计合理，测试点选择适当，程序编写正确，调试步骤清楚。 结果20电路及程序运行结果正确，达到预期效果。  设计报告20报告结构严谨，逻辑严密，论述层次清晰，语言流畅，表达准确，重点突出，报告完全符合规范化要求，用计算机打印成文。 工作态度10工作态度认真，按时完成设计任务，是否独立完成。  总 评 成 绩

2、 指导老师评语：设计题目: 键盘控制的多种波形发生器摘要本文以STC89C52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,可输出自定义波形,如正弦波、三角波、三角波、方波及其他任意波形。 本系统以单片机AT89S51为系统的控制核心,结合D/A转换芯片DAC0832设计一个简易低频信号源的设计，通过CH451外接键盘控制选择多种波形发生，用示波器观察输出波形。关键词：信号源    STC89C52  DAC0832   CH451 一、 要求1、单片机产生多种波形2

3、、键盘控制选择波形发生（三角波、锯齿波、正弦波、方波） 二、 设计分析2.1 设计思路波形发生器设计思路框图如下所示。波形的产生是通过AT89S51 执行某一波形发生程序，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。 单片机控制系统Ch451键盘控制模块DAC0832波形输出电路复位、振荡电路I/V转换放大电路 图1 设计思路框图(1)主控模块采用ATMEL公司生产的STC89C52单片机作为系统的控制器。51系列的单片机的使用简单，软件编程灵活。自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低、体积小、技术成熟和成本低。(3) 波形产生

4、模块DAC0832芯片是8位并行、中速(建立时间1us)、CMOS工艺制造的8位单片D/A转，DAC0832换器转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。由于DAC0832输出为电流量，而波形最终需要转换为电压量来显示波形幅度，所以在DAC0832电路后接I/V转换电路，在这里采用LM324集成运放来实现电流/电压的转换。(4) 按键控制模块可使用矩阵键盘来控制单片机，使用矩阵键盘可使电路的功能大大的提高，同时在单片机编程设计上也会相应困难， 可以使用专用芯片CH451通过串口与单片机相连，只需占用单片机少量引脚，这样设计变的更合理。在一些简单的控制上，就不用使用矩阵键盘的控制了

5、。 2.3 设计流程图主程序设计流程图如图2所示：开始初始化按键扫描程序按键处理程序波形输出 结束图2 设计流程框图子程序设计流程如图3所示：方波 S4是否 按下？是否有键按下S1是否按下？S2是否按下？S3是否按下？正弦波三角波锯齿波结束图3 子程序设计流程框图三、 设计思路及模块3、1 控制芯片设计中主要采用STC89C52型单片机，它具有如下优点：（1）拥有完善的外部扩展总线，通过这些总线可方便地扩展外围单元、外围接口等。（2）该单片机内部拥有4K字节的FLASH ROM程序存储器空间和256字节的RAM数据存储空间，完全可以满足程序的要求。由于该芯片可电擦写，故可重复使用。如果更改程序

6、内容，可将芯片拿下重新烧写。（3）该单片机与工业标准的MCS51型机的指令集和输出引脚兼容。中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。时钟电路。由于频率较大时，三角波、正弦波、方波等波中每一点延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间即可得到指定频率的波形，该电路用11.0592MHz晶振。图1.1 STC89C52的内部结构图3、2 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

7、并具有8位分辨率的数模转换器DAC0832。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，在应用时外接运放使之成为电压型输出。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。本设计选用直通方式。DAC0832的数据口和单片机的P0口相连。CSDA：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽

8、应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，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； 图2、1 DA转换电路3、3 键盘控制电路3、3、1、CH451的引脚和功能CH451是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及P监控的多功能外围芯片。CH451内置RC振荡电路，可以直接动态驱动8位数码管或64位LED，具有BCD译码或不译码功能，可实现数据的左移、右移、左循环、右循环、各数字独立闪烁等控制功能。CH451内置大电流驱动级，段电流不小于30mA，字电流不小于160mA，并有16级亮度控制功能；在键盘控制方面，该器件内置64

9、键键盘控制器，可实现8×8矩阵键盘扫描，并内置去抖动电路，可提供按键中断与按键释放标志位等功能；在外部接口方面，CH451可选择简洁的1线串行接口或高速4线串行接口，且内置上电复位，可提供高电平有效复位和低电平有效复位两种输出，同时内置看门狗电路Watch-Dog。CH451提供有28引脚的DIP28与SOP28封装以及DIP24封装形式，28脚与24脚在功能上稍有差别，24的引脚定义如表表3、1所列。 表3、1 CH451的DIP24封装形式的引脚定义引脚号名称类型说明2VCC电源正电源端，持续电流不小于200mA15GND电源公共接地端，持续电流不小于200mA4LOAD输入串行

10、接口的数据加载，内置上拉电阻5DIN输入串行接口的数据输入，内置上拉电阻3DOUT输出串行接口的数据输出和键盘中断6DCLK输入串行接口的数据时钟，内置上拉电阻同时用于看门狗的清除输入1、2418SEG7SEG0三态输出/输入数码管的段驱动，高电平有效，键盘扫描输入，高电平有效，内置下拉714DIG7DIG0输出数码管的字驱动，低电平有效，键盘扫描输出，高电平有效16RES输出上电复位和看门狗复位，高电平有效17N.C.空脚未使用，禁止连接 表3、2 CH451外接矩阵键盘的按键代码表按键代码DIG7DIG6DIG5DIG4DIG3DIG2DIG1DIG0SEG047H46H 45H44H43

11、H42H41H40HSEG14FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48HSEG257H56H 55H54H53H52H51H50HSEG35FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58HSEG467H66H 65H64H63H62H61H60HSEG56FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68HSEG677H76H 75H74H73H72H71H70HSEG77FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H 图3、1 CH451控制键盘电路图 3、4调试说明 STC89C52试验箱板图以及区域划分如图3、1所示。主要由复位、晶振电路、蜂鸣器、开关、16个发光二极管LED、脉冲发生电路、

12、8155扩展（包括七段LED显示和4*4键盘等）、A/D扩展、D/A扩展、温度传感器、日时钟、16*16的LED点阵、CH451键盘和七段LED扩展、字符LCD、点阵LCD、RS232/485串口等组成，用户可以单独使用每个部分，也可根据实际需要进行不同的组合，以实现功能复杂的系统，本次课程设计还要外加示波器观察波形：电源开关电源指示灯复位开关蜂鸣器RS232串口485串口16*16LED点阵时钟CH451键盘及LED控制区按键区A/D转换区D/A转换区8155扩展区时钟源区发光二极管区点阵、字符LCD区STC89c52图3、1 STC89C52实验箱的俯视图3、5 设计结果及错误分析3、5、

13、1 可以通过键盘控制选择三角波、方波、锯齿波、矩形波的输出，用示波器观察。3、5、2 程序运行没错，但是下载之后没效果，检查之后发现是实验箱上的入口地址没定义。3、5、3 键盘控制不能实现，仔细检查之后发现键盘编码没有对应相应按键，修改之后可以实现。3、5、4 输出波形有点失真，三角波顶部出现一小部分平的失真，检查之后是送入数组有问题，通过送入的数据连续递增和连续递减之后数组有问题，不能用一个数组通过递增递减来实现，之后生成了其他几种波形数组送入DA0832，能产生连续波形。四、 总结基于单片机的信号发生器设计，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DAC

14、0832产生所需要的电流，然后使用运算放大器LM741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。这样一个信号发生装置在控制领域有相当广泛的应用范围。最终做出来的信号发生器满足了题目中的所有要求：1.产生四种波形。正弦波、三角波、矩形波、锯齿波。 2.幅度可调，峰峰值在05V之间变化。 信号发生器可以生成更多的波形，只需要再加些波形表即可。在这里得感谢学校为我们提供个这样一个实践的机会，当然还得感谢实验室指导老师们的细心指导。附录一原理图 1、1 单片机最小系统原理图1、2 DA转换原理图1、3 键盘控制原理图1、4 实验箱总体原理图实物图 电源开关电源指

15、示灯复位开关蜂鸣器RS232串口485串口16*16LED点阵时钟CH451键盘及LED控制区按键区A/D转换区D/A转换区8155扩展区时钟源区发光二极管区点阵、字符LCD区STC89c52附录二程序清单 /*头文件包含模块* #include <reg51.h> #include<intrins.h> #include<absacc.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /*CH451键盘头文件定义模块* #define ch451_rest 0x0201 /复位 #define

16、 ch451_leftmov 0x0300 /设置移位方式-左移 #define ch451_leftcyc0x0301/设置移位方式-左循 #define ch451_rightmov0x0302 /设置移位方式-右移 #define ch451_rightcyc 0x0303 /设置移位方式-右循 #define ch451_dispkeydog_off 0x0400 /关显示、键盘、看门狗 #define ch451_disp_on 0x0401 /开显示 #define ch451_dispkey_on 0x0403 /开显示、键盘 #define ch451_dispkey_dog

17、0x0407 /开显示、键盘、看门狗功能 #define ch451_dispmode_16 0x0500 /设置默认显示方式：16进制 #define ch451_dispmode_bcd 0x0580 /设置BCD译码方式 #define ch451_twinkle 0x0600 /设置闪烁控制、低8位分别对应8个LCD，高电平闪烁，低电平不闪烁 #define ch451_dig0 0x0800 / 数码管0显示 #define ch451_dig1 0x0900 / 数码管1显示 #define ch451_dig2 0x0a00 / 数码管2显示 #define ch451_dig3

18、 0x0b00 / 数码管3显示 #define ch451_dig4 0x0c00 / 数码管4显示 #define ch451_dig5 0x0d00 / 数码管5显示 #define ch451_dig6 0x0e00 / 数码管6显示 #define ch451_dig7 0x0f00 / 数码管7显示 #define nop 0x000 /空操作 sbit ch451_dclk=P10; /串行数据上升延激活 sbit ch451_din=P11; /串行数据输出、接451的数据输入 sbit ch451_load=P12; /串行数据加载、上升延激活 sbit ch451_dout

19、=P13; /串行数据输入、接451的数据输出 unsigned char ch451_key;/存放键盘中断读取的键值 unsigned char Disp_buff=0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10; /全部灭 void ch451_init(void); void ch451_write(unsigned int data0); /写命令和数据 void ch451_Enable(void);/使能451 void ch451_Dispkey_enable(void);/显示451显示和按键功能 void Delay_ms(unsigned

20、char n); unsigned char ch451_key_read(void); void ch451_led_write(unsigned char *p); uchar tabArry4; /保存显示数据char flag=1; /按键标志，当flag=1时表示没有按下，当flag=0时表示有按键按下int keycount=0; /按键计数uchar waveth,wavetl; /用于对定时器付值uint frecount=100; /频率计数uint mbjs; /码表计数，共采32个点 sbit W=P36;/*程序模块*/=正弦波数据= uchar code sin_ta

21、b256= 0x80, 0x83, 0x86, 0x89, 0x8c, 0x8f, 0x92, 0x95, 0x98, 0x9c, 0x9f, 0xa2, 0xa5, 0xa8, 0xab, 0xae, 0xb0, 0xb3, 0xb6, 0xb9, 0xbc, 0xbf, 0xc1, 0xc4, 0xc7, 0xc9, 0xcc, 0xce, 0xd1, 0xd3, 0xd5, 0xd8, 0xda, 0xdc, 0xde, 0xe0, 0xe2, 0xe4, 0xe6, 0xe8, 0xea, 0xec, 0xed, 0xef, 0xf0, 0xf2, 0xf3, 0xf4, 0xf6,

22、0xf7, 0xf8, 0xf9, 0xfa, 0xfb, 0xfc, 0xfc, 0xfd, 0xfe, 0xfe, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0xfe, 0xfd, 0xfc, 0xfc, 0xfb, 0xfa, 0xf9, 0xf8, 0xf7, 0xf6, 0xf5, 0xf3, 0xf2, 0xf0, 0xef, 0xed, 0xec, 0xea, 0xe8, 0xe6, 0xe4, 0xe3, 0xe1, 0xde, 0xdc, 0xda, 0xd8, 0xd6,

23、0xd3, 0xd1, 0xce, 0xcc, 0xc9, 0xc7, 0xc4, 0xc1, 0xbf, 0xbc, 0xb9, 0xb6, 0xb4, 0xb1, 0xae, 0xab, 0xa8, 0xa5, 0xa2, 0x9f, 0x9c, 0x99, 0x96, 0x92, 0x8f, 0x8c, 0x89, 0x86, 0x83, 0x80, 0x7d, 0x79, 0x76, 0x73, 0x70, 0x6d, 0x6a, 0x67, 0x64, 0x61, 0x5e, 0x5b, 0x58, 0x55, 0x52, 0x4f, 0x4c, 0x49, 0x46, 0x43,

24、0x41, 0x3e, 0x3b, 0x39, 0x36, 0x33, 0x31, 0x2e, 0x2c, 0x2a, 0x27, 0x25, 0x23, 0x21, 0x1f, 0x1d, 0x1b, 0x19, 0x17, 0x15, 0x14, 0x12, 0x10, 0xf, 0xd, 0xc, 0xb , 0x9, 0x8, 0x7, 0x6, 0x5, 0x4, 0x3, 0x3, 0x2, 0x1, 0x1, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0 , 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x1, 0x1, 0x2, 0x3, 0x3, 0x4,

25、0x5, 0x6, 0x7, 0x8 , 0x9, 0xa, 0xc, 0xd, 0xe, 0x10, 0x12, 0x13, 0x15, 0x17, 0x18, 0x1a, 0x1c, 0x1e, 0x20, 0x23, 0x25, 0x27, 0x29, 0x2c, 0x2e, 0x30, 0x33, 0x35, 0x38, 0x3b, 0x3d, 0x40, 0x43, 0x46, 0x48, 0x4b, 0x4e, 0x51, 0x54, 0x57, 0x5a, 0x5d, 0x60, 0x63, 0x66, 0x69, 0x6c, 0x6f, 0x73, 0x76, 0x79, 0x

26、7c, ; /=三角波信号数据表=uchar code thr_tab32= 0x00,0x0f,0x1f,0x2f,0x3f,0x4f,0x5f,0x6f,0x7f,0x8f,0x9f,0xaf,0xbf,0xcf,0xdf,0xef, 0xff,0xef,0xdf,0xcf,0xbf,0xaf,0x9f,0x8f,0x7f,0x6f,0x5f,0x4f,0x3f,0x2f,0x1f,0x0f; /=锯齿波信号数据表=uchar code jc_tab33= 0x00,0x08,0x0f,0x18,0x1f,0x28,0x2f,0x38,0x3f,0x48,0x4f,0x58,0x5f,0x

27、68,0x6f,0x78, 0x7f,0x88,0x8f,0x98,0x9f,0xa8,0xaf,0xb8,0xbf,0xc8,0xcf,0xd8,0xdf,0xe8,0xef,0xf8,0xff;/*毫秒延时程序*void delayms(int ms) uchar i; while(ms-) for(i=250;i>0;i-); /*定时器函数*void Timerinit() TMOD=0x01; /定时器0方式1 /定时器初值计算公式:X=65536-(T/T0)=65536-(f0/f/32) TH0=waveth=(65536-57603/frecount)/256; /定时

28、器初值 22.1184MHz TL0=wavetl=(65536-57603/frecount)%256; EA=1; /开总中断 ET0=1; /开定时器0中断 TR0=1; /定时器0开始计数/*主函数* void main() unsigned char i; Timerinit(); /定时器初始化 W=0; while(1) if(ch451_dout) /如果没有按键、out有效是一短暂脉冲 ch451_led_write(Disp_buff); / 如果没有按键 else ch451_key=ch451_key_read(); /读取按键代码 for(i=7;i>0;i-)

29、 Disp_buffi=Disp_buffi-1; Disp_buff0=ch451_key; ch451_key=ch451_key_read(); /读取按键代码 /=波形选择= switch(ch451_key) case 71: P1 = jc_tabmbjs;/输出锯齿波 mbjs+; if(mbjs>=32) mbjs=0; case 70: P1 = sin_tabmbjs;/输出正弦波 mbjs+=8; /256点，每隔8点输出一个数据 if(mbjs>=256) mbjs=0; case 69: P1 = thr_tabmbjs; /输出三角波 mbjs+; if

30、(mbjs>=32) mbjs=0; case 68: /输出方波 mbjs+; if(mbjs>=32) mbjs=0; else if(mbjs<16) P1=0xff; else P1=0x00; /*CH451键盘控制模块函数* void ch451_init(void) ch451_write(ch451_rest); ch451_Enable(); ch451_Dispkey_enable(); ch451_dout=1; /*输出命令程序* void ch451_write(unsigned int command) unsigned char i; ch451_load=0; /命令开始 for(i=0;i<12;i+) /送入12为数据、低位在前 ch451_din=command&1;ch451_dclk=0;command>>=1;ch45