单片机课程设计简易波形发生器

1、电气与电子信息工程学院单片机课程设计报告题 目： 简易波形发生器 专业班级： 电气 学号： 123456 姓 名： 王刚 指导教师： 胡蔷、汤立刚 设计时间： 2013年12月9日2013年12月13日 设计地点： K2-407单片机、微机原理实验室 2013年11月20日 单片机 课程设计成绩评定表答辩或质疑记录：1、该设计能产生几种波形？分别是哪几种？ 答：能产生4种波形， 三角波，方波，锯齿波以及正弦波。2、 DAC0832有几种工作方式？哪几种？各有什么特点？该设计中 DAC0832用的是哪一种方式？ 答：3种，单缓冲方式、双缓冲方式以及直通方式：（1）单缓冲方式此方式适用于只有一路模

2、拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。方法是控制输入寄存器同时接收数据，或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。（2）双缓冲方式此方式适用于多个DAC0832同时输出的情形。方法是先分别使这些DAC0832的输入寄存器接收数据，再控制这些DAC0832同时传送数据到DAC寄存器以实现多个D/A转换同步输出。3直通方式此方式适用于连续反馈控制线路中。方法是：数据不通过缓冲器，即-WR1,-WR2, -XFER, -CS均接地，ILE接高电平。此时必须通过I/O接口与微处理器连接，以匹配微处理器与D/A的转换。 该设计中DAC0832用的是单缓冲方式。成绩评定依据：课程设计考勤情况 （5）

3、：课程设计仿真测试情况 （15）课程设计答辩情况 （30）：完成设计任务及报告规范性（50）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2013 年 12 月 日课程设计任务书20132014 学年第 1 学期专业班级： 电气 指导教师： 胡蔷 汤立刚工作部门： 电气与电子信息工程学院 电气自动化教研室 一、课程设计题目 单片机课程设计 二、课程设计内容（含技术指标）1设计目的及要求（1） 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； （2） 熟悉、掌握各种外围接

4、口电路芯片的工作原理和控制方法； （3） 熟练使用单片机汇编语言或C51进行软件设计； （4） 熟练使用Proteus、Keil软件进行仿真电路测试； （5） 熟练使用Protel软件设计印刷电路板； （6） 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数；（7） 编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告。2设计内容（题目名称： 简易波形发生器 ） 本设计是以AT89C51为核心，结合D/A转换器DAC0832等器件，用仿真软件设计硬件电路，用C语言编写驱动程序，以实现程序控制产生正弦波、三角波、方波、锯齿波四种常用低频信号。可以通过键盘选择任意以上四种波型。三、课程设计考核

5、办法与成绩评定根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。2013年11月1项目概述1.1 项目名称：简易波形发生器的设计1.2 小组成员小组成员：王刚1.3 基本要求工作要求 a.组建基于单片机的函数发生器的总体结构框架； b.根据设计测量范围和准确度要求，理论分析和计算选择电路参数； c.根据操作功能要求，确定按键功能； d.采用C语言编写应用程序并调试通过； e.对系统进行测试和结果分析；1.4主要工作本设计采用AT89C51及其外围扩展系统，软件方面主要是应用C语言设计程序。系统以89C51单片机为核心，配置相应的外设及接口电路，用C语言开发，组成一个多功能

6、信号发生系统。该系统的软件可运行于Windows XP环境下，使用Keil C及Proteus等软件开发，硬件电路设计具有典型性。同时，本系统中任何一部分电路模块均可移植与实用开发系统的设计中，电路设计具有实用性。本设计讲完成以下几个方面的工作：a.选芯片，尽量满足一般工业控制要求、以增强其实用性。b.原理图设计在保证正确的前提下，尽量采用典型的电路设计。c.掌握单片机仿真软件Keil C与Proteus的使用。2 系统总体设计 2.1主要功能系统主要功能是实现利用单片机AT89C51和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现正弦波、方波、三角波、锯齿波这四种常见波形的发生。2.2 总体方案设

7、计2.2.1 元器件的选择该函数发生器有以下几个部分：（1）控制模块（2）按键及转换模块（3）采用模块组成。（1）控制模块：用单片机AT89C51作为系统的主控核心。单片机具有体积小，使用灵活的，易于人机对话和良好的数据处理，有较强的指令寻址和运算功能等优点。且单片机功耗低，价格低廉的优点。（2）按键及转换模块：采用DAC0832，其具有以下特点：8位分辨率；双通道D/A转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容等。2.2.2 系统总体框图设计本系统是以单片机AT89C51和8位A/D转换芯片DAC0832及显示共同实现正弦波、方波、三角波、锯齿波这四种常见波形及显示功能。 系统框图：单片机

8、AT89C51 按键转换模块 输出3 系统硬件设计3.1 单片机介绍89C51单片机有44个引脚PLCC和TQFP方形封装形式，40个引脚直插式封装形式，常见如图AT89C513.2 DAC0832外围电路设计 系统中DAC0832的工作方式是单缓冲方式， DAC锁存器呈直通状态，只需将XFER 和WR2 引脚直接接地，ILE端接+VCC，片选信号CS地址选择线相连，WR1接单片机的写信号。DAC0832输出为电流形式，为了得到电压输出，需要在输出端接上运算放大器。LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四

9、组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表 示运放，输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 LM324的引脚排列图 由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中Rfb即为运算放大器的负反馈电阻端，由于V=5V，所以运算放大器输出电压为负电压（0-5V）。通过运算放大器LM324进行转换，可以

10、实现单极性和双极性输出，通过总线方式和单片机相连。由于输出要经运算放大器转换成电压信号，对运算放大器的动态范围要保证在5V+5V，要求运算放大器的电源V+=12v,V-=12V，电路如图所示，图中两个电流输出端的电位应尽可能的靠近地电位，一保证输出电流的线性度。 DAC0832外围电路在线性DAC中，输出的模拟电压的公式为：式中， 为输出的模拟量，n为D/A转换器的位数， 为输入的数字量， 为基准电压，D/A转换芯片所需要的基准电压一般由芯片外的基准电源提供，常取基准电压，n=8（D/A转换器常用芯片DAC0832是8位）；目前D/A转换器较多，本设计项目选用大规律集成电路DAC0832来实现

11、D/A转换。3.3 设计系统图本系统含有DAC0832与单片机的连接模块，单片机的连接模块以及按键控制模块等主要部分。 DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，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。所以这个芯片的应用很广泛。 简易波形发生器的原理图4 系统软件设计 4.1. 项目要求：实现简易波形发生器，程序设计主要要解决按键控制输出三角波、方波、锯齿波和正弦波的问题。 4.2. 按键控制：根据设计要求，根据按键控制输出波形的变化，则程序设计中应不断查询检测按键状态，以便输出对应的波形。对于要通过一个按键来识别每种

12、不同的功能，我们给每个不同的功能模块用不同的ID号标识，这样，每按下一次按键，ID的值是不相同的，所以单片机就很容易识别不同功能的身份了。从上面的要求我们可以看出，输出的波形受到按键的控制。我们给输出不同的波形定义出不同的flag，当flag=0时，输出三角波，当flag=时，输出方波，当flag=时，输出锯齿波，当flag=3时，输出正弦波。很显然，只要每次按下开关K1时，分别给出不同的flag值我们就能够完成上面的任务了。 按键波形选择程序流程图 4.3 输出模拟电压：由于DAC0832与单片机AT89S51采用直通方式，因此只要往D/A数据输入端口上送入数字量，从后面运放的输出端即可得到

13、模拟电压。输出电压根据公式计算得来，因而在需要输出某个电压值时，求出对应得数字值，通过P2端口输出，就可得到所需模拟电压。程序设计即P2=x。为了便于程序修改和功能扩展，采用模块化设计，将DAC0832的输出封装为一个函数，用形参表示待输出的数值： void DAC0832(unsigned char x) P2=x; 4,4 软件设计思路，以输出正弦波为例输出正弦波： 一般采用查表方法获得正弦值。将90° 270°的正弦值放在数组中，通过简单的处理就可以从数组中得到整个周期的值。设正弦信号角度为x，当 x<90°时，sinx=sin(90°-x)

14、；当x>270°时，sinx=sin(450°-x)。oid out_sin(unsigned int x) unsigned char code_sin=0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2,2, 3, 3, 4, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9,9,10, 10, 11, 12, 12, 13, 14, 15, 15, 16, 17, 18, 18, 19, 20, 21,22, 23, 24, 25, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 34, 35

15、, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 44, 45, 46, 47, 49, 50, 51, 52, 54, 55, 56, 57, 59, 60, 61, 63, 64, 66, 67, 68, 70, 71, 73, 74, 75, 77, 78, 80, 81, 83, 84, 86, 87, 89, 90, 92, 93, 95, 96, 98, 99, 101,102, 104, 106, 107,109, 110, 112, 113, 115, 116, 118, 120, 121, 123, 124, 126,128,129, 131, 132, 134,

16、135, 137, 139, 140, 142, 143, 145, 146, 148,149,151,153, 154, 156, 157, 159, 160, 162, 163, 165, 166, 168, 169, 171, 172, 174, 175, 177, 178, 180, 181, 182, 184, 185, 187, 188, 189, 191, 192, 194, 195, 196, 198, 199, 200, 201, 203, 204, 205, 206, 208, 209, 210, 211, 213, 214, 215, 216, 217, 218,219,

17、 220, 221, 223, 224, 225, 226, 227, 228, 229, 230, 230, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 237, 238, 239, 240, 240, 241, 242, 243, 243, 244, 245, 245, 246, 246, 247, 247, 248, 248, 249, 249, 250, 250, 251, 251, 251, 252, 252, 253, 253, 253, 253, 254, 254,254, 254, 254, 255, 255, 255, 255, 255, 255,

18、255, 255,255; /将90°270°的正弦值存放在数组中 unsigned char y;x=x%360; if(x<90) x=90-x； else if(x>270) x=450-x； else x=x-90；y=sinx； DAC0832(y)； int k;for(k=0;k<360;k+) out_sin(k) 5 仿真结果及分析设个自变量i让它不断地自加1，直到加到255时，t=i，对t进行不断地自减1直到减到t=0，然后再不断地重复上述过程产生三角波。 设个自变量i=0使之延时一段时间，再另i=255时在延时与i=0相同的时间，然后

19、再重复上述过程可产生方波。锯齿波中的斜线用一个个小台阶来逼近，在一个周期内从最小值开始逐步递增，当达到最大值后又回到最小值，如此循环，当台阶间隔很小时，波形基本上近似于直线。适当选择循环的时间，可以得到不同的周期锯齿波。锯齿波发生原理与方波类似，只是高低两个时延的常数不同，所以用延时法，来产生锯齿波，设个自变量i让它不断地自加1，直到叫到255，DAC0832可以又自动归0，然后再不断地重复上述过程可得锯齿波。 采用查表方法获得正弦值。将90° 270°的正弦值放在数组中，通过简单的处理就可以从数组中得到整个周期的值，然后不断地循环即可得出正弦波。6 总结与提高6.1 课程设计总结本组设计的课题为：单片机课程设计简易波形发生器的设计，由于以前做过类似简易的有关波形发生器的实验。对于本次课程设计总体认知不是