波形发生器课程设计79491

1、波形发生器设计设计总说明本系统采用AT89C51单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）运算放大器、按键等。采用AT89C51单片机和DAC0832芯片，直接连接键盘和显示。该种方案主要对AT89C51单片机的各个I/O口充分利用. P1口是连接键盘以及接显示电路,P2口连接DAC0832输出波形.这样总体来说,能对单片机各个接口都利用上,而不在多用其它芯片,从而减小了系统的成本.也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成.占用空间小,使用芯片少,低功耗。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波、梯形波、锯齿波。其设计简单、性能优好，具有一定的实用性。正弦波、三角波、方

2、波、梯形波、锯齿波是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。关键字：AT89C5，DAC0832，运算放大器目录1绪论11.1设计目的11.2设计内容12系统设计方案22.1系统组成22.2系统工作原理23系统硬件电路设计33.1单片机最小系统设计33.2其他硬件模块电路设计33.2.1 DAC0832芯片介绍3单片机AT89C51介绍54系统软件程序设计84.1主程序设计84.2其他子程序设计9锯齿波流程设计9梯形波流程设计10三角波流程设计11方波流程设计12正弦波流程设计135调试与仿真166总结18致谢19参考文献201 绪论1.1设计目的 （1）利用所学单

3、片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。 （2）我们这次的课程设计是以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波）且频率、幅度可变的函数发生器。 （3）掌握各个接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。 （4）在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的练习大家也都是分散的对各个章节的内容进行练习。因此，缺乏一种系统的设计锻炼。在课程所学结束以后，这样的课程设计十分有助于学生的知识系统的总结到一起。 （5）通过这几个波形进行组合形成了一个函数发生器，使得我对系统

4、的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以锻炼大家微机知识的应用。1.2设计内容 （1）利用设计一个能产生正弦波、方波、三角波、梯形波、锯齿波的波形发生器。（2）以单片机为核心，利用数模转换芯片0832完成数模转换。（3）以按键来选择要产生的波形。（4）用示波器观察波形。2 系统设计方案2.1系统组成 系统采用AT89C51单片机和DAC0832芯片，直接连接键盘和显示。该种方案主要对AT89C51单片机的各个I/O口充分利用. P1口是连接键盘以及接显示电路,P2口连接DAC0832输出波形。2.2系统工作原理 （1）课设需要各个波形的基本输出。如输出锯

5、齿波、三角波、方波、正弦波。这些波形的实现的具体步骤：锯齿波实现很简单，只需要一开始定义一个初值，然后不断的加1，当溢出后又重初值开始加起，就这样循环下去。三角波的实验过程是先加后减，实现方法是先是从00H开始加1直到溢出后就执行减1操作，就这样不断调用这个循环。方波的实现方法是连续输出一个数，到某个时候就改变一下值，可以把值定义为正极性的，也可以是负极性。正弦波的实现是非常麻烦的。它的实现过程是通过定义一些数据，然后执行时直接输出定义的数据就可以了。（2）通过P1口和开关K0-K4相连接来控制各个波形的输出。能根据k0-k5键状态进行波形切换，当某一按键按下时，输出相对应的波形。3系统硬件电

6、路设计3.1单片机最小系统设计 单片机外围晶振电路是通过单片机的XTAL1引脚和XTAL2引脚接入的。本设计的电容C1、C2使用10pF，晶振频率选择为11.0592MHZ。复位电路是通过单片机的RST引脚接入的。本设计的电容C3使用1nF，电源使用+5u。单片机最小系统如下图所示：图3-1 单片机最小系统3.2其他硬件模块电路设计 DAC0832芯片介绍0832采用双缓冲接口方式，其传送控制端接地，输入所存允许断ILE与+5V电源相连，利用一个地址码进行二次输出操作，完成数据的传送和激动转换，第一次操作室P2.6为高电平，将P0口数据线上的数据锁存于DAC0832的输入寄存器中。第二次操作是

7、写控制信号由效，传送控制端为低电平，将输入寄存器中的内容锁存入0832的DAC寄存器中，D/A转换器便开始对锁存于DAC寄存器的8位数据进行转换，约经过1/2时钟周期后，在输出端（IOUT2、IOUT1）建立稳定的电流输出。运放的作用是将0832输出的模拟电流信号转换为电压波形。DAC0832为一个8位D/A转换器,单电源供电,在+5+15V范围内均可正常工作。基准电压的范围为10V,电流建立时间为1s,CMOS工艺,低功耗20mW。DAC0832的内部结构框图如下图所示。图3-2 DA0832内部结构框图DAC0832的外部引脚及功能介绍图如下：图3-3 DA0832外部引脚图DAC0832

8、内部结构资料:芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832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)。D/A转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，还可以外接DI0DI7：数据输入线，TLL电平。 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，低电平有效。 WR1：为输入寄存器的写选通信号。 XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 WR2：为DAC寄存器写选通输入线。 Iout1:电流输出线。当输入全

9、为1时Iout1最大。 Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。 Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻. Vcc:电源输入线 (+5v+15v) Vref:基准电压输入线 (-10v+10v) AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地. DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好单片机AT89C51介绍AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。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

10、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。外形及引脚排列如下图所示：图3-4 AT89C51引脚排列图AT89C51管脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作

11、为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或1

12、6位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地

13、址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/

14、VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。4系统软件程序设计4.1主程序设计 ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H LJMP INT00ORG 0040HMAIN: MOV SP,60HSETB IT0SETB EASETB EX0INT00: CLR EAPUS

15、H PSWPUSH AccSETB EAJNB P1.0,IR0JNB P1.1,IR1JNB P1.2,IR2JNB P1.3,IR3JNB P1.4,IR4INTIR: CLR EAPOP AccPOP PSWSETB EARETI4.2其他子程序设计 锯齿波流程设计 锯齿波的实现过程是首先定义一个初值然后进行加法操作，加的步数的多少则根据要求的频率来进行。然后加到某个数之后就再重新设置为初值，再重复执行刚刚的操作，如此循环下去。锯齿波发生流程图如下图所示：图4-1 锯齿波发生流程图锯齿波发生子程序如下：IR0:MOV R0,#0FEH MOV A,#00HLOOP:MOVX R0,A J

16、B P1.0,INTIR INC A SJMP LOOP LJMP INTIR 梯形波流程设计 梯形波的实现是设置一个初值，然后进行加一，当加到某个数时延时，之后减一，减到初值时在返回到之前的操作，继续加一、延时、减一。梯形波发生流程图如下图所示：图4-2 梯形波发生流程图梯形波发生子程序如下：IR1:MOV R0,#0FEH MOV A,#00HUP:MOVX R0,AJB P1.1,INTIRINC AJNZ UPDEC ALCALL DELAYJB P1.1,INTIRDOWN:DEC AMOVX R0,AJB P1.1,INTIRJNZ DOWNSJMP UP LJMP INTIR D

17、ELAY:MOV R7,#100 DELAY1:MOV R6,#10NOPDELAY2:DJNZ R6,DELAY2DJNZ R7,DELAY1RET三角波流程设计 三角波的实现是设置一个初值，当加到某个值的时候，执行减一操作，减到初值时，再加一。三角波发生流程图如下图所示： 图4-3 三角波发生流程图三角波发生子程序如下：IR2: MOV R0,#0FEHMOV A,#00HUP2:MOVX R0,AJB P1.2,INTIRINC AJNZ UP2 DOWN2:DEC A MOVX R0,AJB P1.2,INTIRJNZ DOWN2 SJMP UP2LJMP INTIR 方波流程设计方波

18、的实现只需开始的时候设置一个初值然后直接输出这个值就行了，输出一段时间后，然后再重新置一个数据，然后再输出这个数据一段时间，但是此时的时间一定要等于前面那段时间。这样才是一个方波，如果两个时间不相同，那就相当于一个脉冲波。方波发生流程图如下图所示：图4-4 方波发生流程图方波发生子程序如下：IR3:MOV R0,#0FEH POSI:MOV A,#00H MOVX R0,ALCALL DELAYJB P1.3,INTIRNEGA:MOV A,#0FFHMOVX R0,ALCALL DELAYJB P1.3,INTIRSJMP POSILJMP INTIR 4.2.5正弦波流程设计正弦波的实现需

19、要查表，每查一次表，输出一个数值，之后查下一个数值继续输出，当一个波形的256个数值全部输出之后，从头开始继续输出。正弦波发生流程图如下图所示：图4-5 正弦波发生流程图正弦波发生子程序如下：IR4: MOV R0,#0FEH MOV R1,#00HXX:MOV A,R1LCALL HANSHUMOVX R0,AJB P1.4,INTIRINC R1SJMP XXLJMP INTIRHANSHU:MOV DPTR,#TAB1MOVC A,A+DPTRRETTAB1: db 080h,083h,086h,089h,08ch,090h,093h,096h,099h,09ch,09fh,0a2h,0

20、a5h,0a8h,0abh,0aehdb 0b1h,0b3h,0b6h,0b9h,0bch,0bfh,0c1h,0c4h,0c7h,0c9h,0cch,0ceh,0d1h,0d3h,0d5h,0d8hdb 0dah,0dch,0deh,0e0h,0e2h,0e4h,0e6h,0e8h,0eah,0ebh,0edh,0efh,0f0h,0f1h,0f3h,0f4hdb 0f5h,0f6h,0f8h,0f9h,0fah,0fah,0fbh,0fch,0fdh,0fdh,0feh,0feh,0feh,0ffh,0ffh,0ffhdb 0ffh,0ffh,0ffh,0ffh,0feh,0feh,0fe

21、h,0fdh,0fdh,0fch,0fbh,0fah,0fah,0f9h,0f8h,0f6hdb 0f5h,0f4h,0f3h,0f1h,0f0h,0efh,0edh,0ebh,0eah,0e8h,0e6h,0e4h,0e2h,0e0h,0deh,0dchdb 0dah,0d8h,0d5h,0d3h,0d1h,0ceh,0cch,0c9h,0c7h,0c4h,0c1h,0bfh,0bch,0b9h,0b6h,0b3hdb 0b1h,0aeh,0abh,0a8h,0a5h,0a2h,09fh,09ch,099h,096h,093h,090h,08ch,089h,086h,083hdb 080h,

22、07dh,07ah,077h,074h,070h,06dh,06ah,067h,064h,061h,05eh,05bh,058h,055h,052hdb 04fh,04dh,04ah,047h,044h,041h,03fh,03ch,039h,037h,034h,032h,02fh,02dh,02bh,028hdb 026h,024h,022h,020h,01eh,01ch,01ah,018h,016h,015h,013h,011h,010h,00fh,00dh,00chdb 00bh,00ah,008h,007h,006h,006h,005h,004h,003h,003h,002h,002h

23、,002h,001h,001h,000hdb 000h,000h,001h,001h,002h,002h,002h,003h,003h,004h,005h,006h,006h,007h,008h,00ahdb 00bh,00ch,00dh,00fh,010h,011h,013h,015h,016h,018h,01ah,01ch,01eh,020h,022h,024hdb 026h,028h,02bh,02dh,02fh,032h,034h,037h,039h,03ch,03fh,041h,044h,047h,04ah,04dhdb 04fh,052h,055h,058h,05bh,05eh,061h,064h,067h,06ah,06dh,070h,074h,077h,07ah,07dh 5 调试与仿真本次的设计主要应用了protues软件进行系统设计和仿真，经过仿真后，结果较好，示波器可以正确的输出方波、正弦波、三角波、锯齿波、梯形波。硬件连线