2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  本科畢業(yè)設計(論文)資料</p><p><b>  2014屆</b></p><p>  本科畢業(yè)設計(論文)資料</p><p>  第一部分 畢業(yè)論文</p><p><b>  摘 要</b></p><p>  為了設計一款操作簡便、靈活

2、,結構簡單、性能優(yōu)良的信號波形發(fā)生器,通過詳細了解STC89C52單片機和DAC0832數(shù)模轉換器的主要功能和工作原理,設計了一種以這兩個芯片為核心元件的信號波形發(fā)生器。通過硬件電路設計和軟件編程相結合方式來實現(xiàn)這個設計。采用STC89C52單片機作為控制核心,外圍采用數(shù)字/數(shù)模轉換電路(DAC0832)、運放電路(LM324)和按鍵等。采用軟件編程的方法來實現(xiàn)波形,將產(chǎn)生波形的程序用子程序從形式編寫,在需要哪種波形時調用相應的子程序。

3、按鍵可以控制產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波類型且可以方便地調節(jié)其頻率和幅值。設計中詳細介紹了該信號發(fā)生器的工作原理、硬件電路、軟件流程及技術關鍵。與傳統(tǒng)的信號發(fā)生器相比,該設計具有輸出波形穩(wěn)定、精度高等特色,且電路結構緊湊、體積小,得到的輸出波形失真度低、頻譜純度高,具有非常大的現(xiàn)實意義。此種信號波形發(fā)生器可以廣泛地被應用于自動控制系統(tǒng)、電子電路和教學實驗等領域。</p><p>  關鍵詞:信號波形發(fā)生器,A

4、T89C52單片機,DAC0832數(shù)模轉換器,運算放大器</p><p><b>  ABSTRACT</b></p><p>  In order to design a simple-structured and flexible signal waveform generator which is easy to operate with excellent p

5、erformance,understand the main functions and work principle of signal chip computer STC89C52 and DAC0832 to design a kind of signal generator which is based on them.To achieve the design through hardware design and softw

6、are programming.Using STC89C52 as control core,peripheral circuit use DAC0832,LM324 and button and so on.Adopting the method of software programming to realize t</p><p>  Keywords: ,Signal generator, STC89C5

7、2, DAC0832,Operational amplifier </p><p><b>  目 錄</b></p><p><b>  摘 要I</b></p><p>  ABSTRACTII</p><p><b>  第1章 緒論1</b></p>

8、;<p>  1.1信號波形發(fā)生器發(fā)展歷程1</p><p>  1.2課題研究背景及前景1</p><p>  1.3課題研究的主要內容2</p><p>  第2章 系統(tǒng)總體設計3</p><p>  2.1系統(tǒng)總體設計3</p><p>  2.2 主要芯片簡介3</p>

9、<p>  2.2.1 STC89C52單片機簡介3</p><p>  2.2.2 DAC0832 8位D/A轉換器芯片簡介5</p><p>  2.2.3運算放大器LM324簡介6</p><p>  第3章 系統(tǒng)硬件設計8</p><p><b>  3.1主控電路8</b></p&

10、gt;<p>  3.1.1外接晶振引腳XTAL1與XTAL29</p><p>  3.1.2 復位與復位電路9</p><p>  3.1.3 EA/VDD片內程序存儲器選用端9</p><p>  3.2 D/A數(shù)模轉換電路10</p><p>  3.3按鍵接口電路10</p><p>

11、  第4章 系統(tǒng)軟件設計13</p><p>  4.1 主程序流程圖及程序13</p><p>  4.2各波形子程序14</p><p>  4.2.1 正弦波子程序14</p><p>  4.2.2 方波子程序14</p><p>  4.2.3 三角波子程序15</p><p

12、>  4.2.4 鋸齒波子程序15</p><p>  4.3 鍵盤掃描程序15</p><p><b>  結 論17</b></p><p><b>  參考文獻18</b></p><p><b>  致 謝19</b></p><

13、p>  附錄1 硬件電路原理圖20</p><p>  附錄2 設計源程序清單21</p><p><b>  第1章 緒論</b></p><p>  1.1 信號波形發(fā)生器發(fā)展歷程</p><p>  信號發(fā)生器是一種常用的信號源,廣泛應用于電子電路、自動控制和科學實驗等領域。它是一種為電子測量和計量工作

14、提供符合嚴格技術要求的電信號設備。因此信號波形發(fā)生器和示波器、電壓表、頻率計等儀器一樣是最普通、最基本的,也是應用最廣泛的電子儀器之一,幾乎所有的電參量的測量都需要用到信號發(fā)生器[8]。</p><p>  波形發(fā)生器作為一種常用的應用電子儀器設備,傳統(tǒng)的波形發(fā)生器可以完全用硬件電路搭建,如應用555振蕩電路可以產(chǎn)生正弦波,三角波,方波等波形,傳統(tǒng)的波形發(fā)生器多這種方式設計,這種方式不應用單片機,但是這種方式存在

15、波形質量差,控制難,可調范圍小,電路復雜和體積大等缺點[10]。</p><p>  自六十年代以來,信號發(fā)生器有了迅速的發(fā)展,出現(xiàn)了函數(shù)信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、程控信號發(fā)生器等新種類。各類信號發(fā)生器的主要性能指標也都有 了大幅度的提高,同時再簡化機械結構、小型化、多功能等各方面也有了顯著的進展[8]。</p><p>  今年來隨著GSM、GPRS、3G、Blueto

16、oth 乃至已經(jīng)投入運營的標準的4G等移動通信以及LMDS、無線本地環(huán)路等無線接入的發(fā)展,同時加上合成孔徑雷達、多普勒沖雷達等現(xiàn)代軍事、國防、航空航天等在科技上的不斷創(chuàng)新與進步,世界各國非常重視信號波形發(fā)生器的發(fā)展。所有的這些社會需求以及微電子技術、計算機技術、信號處理技術等本身的不斷進步都極大刺激了信號波形發(fā)生器的發(fā)展。可以預料,隨著高性價比、更高集成度、更高處理速度的單片機的發(fā)展,基于單片機的信號波形發(fā)生器的應用前景不可估量[8]。

17、</p><p>  1.2 課題研究背景及前景</p><p>  信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器,信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)(波形)信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類。在通信、廣播、電視系統(tǒng),在工業(yè)、農業(yè)、生物醫(yī)學領域內,函數(shù)信號發(fā)生器在實驗室和設備檢測中都具有十分廣泛的用途。目前市場上大多數(shù)函數(shù)信號發(fā)生器都是非單片機控制的,但是這種

18、電路存在波形質量差,功能簡單,控制難,可調范圍小,電路復雜和體積大等缺點。采用單片機函數(shù)信號發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波、三角波鋸齒波等,操作簡單易行[1]。</p><p>  基于單片機的信號發(fā)生器的設計,以性價比相對較大的STC89C52單片機為核心,以簡單、廉價的元器件構筑,能夠產(chǎn)生高精度、高純度的正弦波、方波、三角波、和鋸齒波,同時可以實現(xiàn)波形自由切換,以及頻率和幅度在線調整[2]。利用單片機通過程序設計方

19、法來產(chǎn)生低頻信號,其頻率底線很低,具有線路相對簡單、結構緊湊、體積小、價格低廉、頻率穩(wěn)定度搞、抗干擾能力強、用途廣泛等優(yōu)點,而且如果想產(chǎn)生新的波形時,只需對程序進行修改即可[3]。</p><p>  我國信號發(fā)生器行業(yè)運行目前發(fā)展形勢良好,該行業(yè)企業(yè)正逐步向規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展,隨著我國信號發(fā)生器行業(yè)需求市場的不斷擴大以及出口增長,我國信號發(fā)生器行業(yè)運行將會迎來一個新的發(fā)展機遇。了解國內外信號發(fā)生器生產(chǎn)核心技

20、術的研發(fā)方向、工藝設備及趨勢,對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術規(guī)格,提高市場競爭力十分關鍵。同時伴隨著我國信號發(fā)生器市場的迅猛發(fā)展,與之相關的核心生產(chǎn)技術應用與研發(fā)必將成為業(yè)內企業(yè)關注的焦點。而在我們大學生身邊,高校開展實驗過程中用到的多是低頻函數(shù)信號發(fā)生器,如果在高校實驗領域能夠應用這項設計來取代傳統(tǒng)信號發(fā)生器,將具有非常重要的現(xiàn)實意義[8]。</p><p>  1.3 課題研究的主要內容</p><

21、p>  以單片機為控制核心,設計一款結構簡單,性能優(yōu)良的信號發(fā)生器。</p><p>  (1)使波形發(fā)生器產(chǎn)生大量的標準信號,并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復性和易操作性的電子儀器。</p><p>  (2)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點,且可對頻率、幅值、波形進行動態(tài)、及時地控制。</p><p>  (3)波形發(fā)生器具體功能是:實現(xiàn)利用單

22、片機STC89C52和8位D/A轉換芯片DAC0832共同實現(xiàn)正弦波、方波、三角波、鋸齒波這四種常見波形的發(fā)生,并且通過按鍵和利用DAC接口實現(xiàn)波形發(fā)生器可以產(chǎn)生鋸齒波、三角波、方波、正弦波等常用波形。</p><p>  (4)主要性能指標:波形的頻率范圍:8.3Hz—500Hz</p><p>  幅度的調節(jié)范圍:5V—15V</p><p>  (5)波形發(fā)生

23、器系統(tǒng)功能的軟件設計:采用C語言編寫應用程序,輸出不同波形,可以調節(jié)相應頻率。而信號波形的幅值通過放大電路的滑動變阻器調節(jié),最后波形可以直接接示波器進行顯示。</p><p>  第2章 系統(tǒng)總體設計</p><p><b>  2.1系統(tǒng)總體設計</b></p><p>  采用的是STC89C52單片機用軟件實現(xiàn)信號的輸出。該單片機是一個

24、微型計算機,包括中央處理器CPU、ROM、RAM、I/O接口電路、定時計數(shù)器、串行通訊等,是信號波形發(fā)生器設計的核心。設計的信號發(fā)生器總體系統(tǒng)框圖如2.1所示:</p><p>  圖2.1 總體系統(tǒng)框圖</p><p> ?。?)總體設計方案:采用單片機(STC89C52)和數(shù)模轉換芯片(DAC0832)為核心元件實現(xiàn)波形的產(chǎn)生,波形的產(chǎn)生由軟件編程控制,向D/A的輸入端按一定規(guī)律發(fā)送數(shù)

25、據(jù),經(jīng)過D/A轉換器和LM324運算放大器輸出,通過延時程序控制波形頻率。此方案通過軟件編程簡化了外部電路,原理簡單,容易實現(xiàn)[10]。</p><p>  具體是利用STC89C52單片機結合程序設計方法產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波四種波形,然后通過D/A轉換器DAC0832將數(shù)字信號轉換成模擬信號,再經(jīng)過放大后輸出到示波器上顯示。通過按鍵電路來控制四種波形的類型選擇、頻率變化。</p>&l

26、t;p> ?。?)主要功能及使用介紹:本設計采用C語言編程設計波形產(chǎn)生程序,分別包括:鍵盤掃描程序、外部中斷程序、正弦波產(chǎn)生程序、方波產(chǎn)生程序、三角波產(chǎn)生程序、鋸齒波產(chǎn)生程序。主控電路通過STC89C52控制產(chǎn)生波形,并接有復位電路和振蕩電路。鍵盤電路通過三個按鍵控制波形循環(huán)選擇(KEY0)、頻率步進加(KEY1)和頻率步進減(KEY2)。三個按鍵通過上拉電阻接地,且通過或門芯片74HC4075BI并聯(lián)至P3.0、P3.1和P3.

27、2。頻率的加減由P3.1和P3.2調節(jié),幅度的調節(jié)由放大電路中的滑動變阻器來調節(jié)。數(shù)模轉換電路與放大電路組合一起,由P0口產(chǎn)生數(shù)字波形,經(jīng)DAC0832數(shù)模轉換和濾波放大輸出到示波器。</p><p> ?。?)性能指標:產(chǎn)生的波形有:正弦波、方波、三角波、鋸齒波。</p><p>  頻率的調節(jié)范圍:8.3Hz-500Hz</p><p>  幅值調節(jié)范圍:5V-

28、15V</p><p>  2.2 主要芯片簡介</p><p>  2.2.1 STC89C52單片機簡介</p><p>  STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內核,但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上,擁有靈巧的

29、8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案[11]。</p><p>  具有以下標準功能:8k字節(jié)Flash,512字節(jié)RAM,32 位I/O 口線,看門狗定時器,內置4KB EEPROM,MAX810復位電路,3個16 位定時器/計數(shù)器,4個外部中斷,一個7向量4級中斷結構(兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構),全雙工串行口。另外 STC89

30、C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下,CPU 停止工作,允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下,RAM內容被保存,振蕩器被凍結,單片機一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz,6T/12T可選[11]。</p><p>  在此設計中,主要通過單片機的P1口8位I/O總線作為數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù)到DCA0832,而用P2.6,P2

31、.7口作為控制總線來控制輸出波形的類型和數(shù)值。主控電路如圖2.2所示:</p><p>  圖2.2 STC89C52單片機引腳</p><p>  2.2.2 DAC0832 8位D/A轉換器芯片簡介</p><p>  DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片電流輸出型并行8位D/A轉換器,工作電壓為+5—+15V,基準電壓為+10V,而其轉化時間是1us.

32、DAC0832主要由兩個8位D/A轉換器組成,正是因為其片內有輸入數(shù)據(jù)寄存器和DAC寄存器兩級數(shù)字量緩沖寄存器,故可以直接方便地與單片機接口。數(shù)字量進入DAC寄存器的同時,D/A轉換器就開始數(shù)字量到模擬量的轉換工作,DAC寄存器中的數(shù)字量不變,則模擬輸出量也不變。DAC0832是以電流形式輸出的,而最終輸出需要用電壓形式,則可以外接運算放大器。</p><p>  一個8位D/A轉換器有8個輸入端(其中每個輸入端

33、是8位二進制數(shù)的一位),有一個模擬輸出端。輸入可有28=256個不同的二進制組態(tài),輸出為256個電壓之一,即輸出電壓不是整個電壓范圍內任意值,而只能是256個可能值[11]。DAC0832的邏輯框圖和引腳排列圖如圖2.3所示:</p><p>  (a) DAC0832內部結構框圖 (b) DAC0832引腳圖</p><p>  圖2.3 DAC0832內部結構框

34、圖和引腳圖</p><p>  D0~D7:數(shù)字信號輸入端。</p><p>  ILE:輸入寄存器允許,高電平有效。</p><p>  CS:片選信號,低電平有效。</p><p>  WR1:寫信號1,低電平有效。</p><p>  XFER:傳送控制信號,低電平有效。</p><p>

35、  WR2:寫信號2,低電平有效。</p><p>  IOUT1、IOUT2:DAC電流輸出端。</p><p>  RFB:是集成在片內的外接運放的反饋電阻。</p><p>  VREF:基準電壓(-10~10V)。</p><p>  VCC:是源電壓(+5~+15V)。</p><p><b>  

36、AGND:模擬地</b></p><p>  NGND:數(shù)字地,可與AGND接在一起使用。</p><p>  DAC0832有如下3種工作方式:</p><p>  (1)單緩沖方式:LE1或LE2一直為高電平,只控制其中一級寄存器。單緩沖方式是控制輸入寄存器和DAC寄存器同時接收資料,或者只用輸入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式適用于只有一

37、路模擬量輸出或幾路模擬量不要求同步輸出的情形。</p><p> ?。?)雙緩沖方式:不讓LE1和LE2一直為高,控制兩級寄存器??刂芁E1從高變低,將從D0-D7進入的數(shù)據(jù)存入“輸入寄存器”,而控制LE2從高變低,將輸入寄存器的數(shù)據(jù)存入DAC寄存器,同時開始D/A轉換。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收資料,再控制輸入寄存器的輸出資料到DAC寄存器,即分兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個D/A轉換同步輸出的情形。&

38、lt;/p><p> ?。?)直通方式:LE1和LE2一直為高電平,數(shù)據(jù)可以直接進入D/A轉換器。直通方式是資料不經(jīng)兩級鎖存器鎖存,即 CS,XFER ,WR1 ,WR2 均接地,ILE接高電平。</p><p>  2.2.3 運算放大器LM324簡介</p><p>  LM324是四運放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝,外形如圖所示。它的內部包含四組形式完全

39、相同的運算放大器, 除電源共用外,四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示,它有5個引出腳,其中“+”、“-”為兩個信號輸入端,“V+”、“V-”為正、負電源端,“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中,Vi-(-)為反相輸入端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反;Vi+(+)為同相輸入端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同[11]。LM324的 引腳排列如圖2.4所示:</p><p&

40、gt;  (a) LM324運算放大器功能圖 (b)LM324運算放大去引腳圖</p><p>  圖2.4 LM324運算放大器功能圖和引腳圖</p><p>  由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價格低廉等優(yōu)點,因此被廣泛應用在各種電路中[11]。</p><p>  2.2.4 或門芯片74HC

41、4075簡介</p><p>  74HC4075是三輸入或門芯片,74HC4075的邏輯功能和引出端排列與CC4075相一致,其工作速度與LS_TTL相似,而功耗仍與COMS4000系列一樣。該器件所有輸入輸出均有內部保護電路,以減少由于靜電感應而損壞器件的可能性。74HC4075就有高抗噪聲度和大的驅動負載的能力[11]。其寬的電源電壓范圍是2—6V,低的輸入的電流是1uA,高的負載能力是10個LS_TTL負

42、載,高的工作速度(典型值)是tpd=11ns(VCC=5V,C=15pF)和低的電源電流20uA。</p><p><b>  2.3 本章小結</b></p><p>  本章主要介紹設計的總體方案和硬件的基礎知識,為后面的硬件設計和軟件設計作準備。其中總體方案本著“廉價成本,性能穩(wěn)定,簡單靈活”的設計原則,接著詳細闡述本設計的總體思路,以設計框圖的形式呈現(xiàn),簡單明

43、了。后面對設計的信號波形發(fā)生器的工作原理和使用作了詳細的說明和介紹,其中工作原理是采用STC89C52控制器產(chǎn)生波形數(shù)字信號,再結合數(shù)模轉換芯片DAC0832對數(shù)字信號進行轉換輸出模擬信號,而由于DAC0832的工作特性和工作方式,需要設計一個放大電路對模擬信號進行放大處理,從而實現(xiàn)信號的穩(wěn)定輸出,進而實現(xiàn)對信號波形的幅度調節(jié)。對于此信號波形發(fā)生器的操作使用,主要從外部鍵盤接口電路和復位電路進行說明,為了實現(xiàn)信號波形發(fā)生器使用的靈活性和

44、易操作性,我采用或門芯片連接,結合單片機的豐富的輸入輸出接口,從而實現(xiàn)鍵盤電路的簡單易操作??傮w方案作為系統(tǒng)設計的骨架和精髓,我對方案進行了反復的修改和驗證,以求方案的完整和可行性。</p><p>  第二個主要部分是對所用到的相關芯片作了詳細介紹,不僅包括各個芯片的外部框圖和功能引腳圖,后面還詳細介紹芯片的使用規(guī)則和使用功能。所用到的芯片包括核心芯片STC89C52單片機和DAC0832數(shù)模轉換芯片,還有運算

45、放大器芯片LM324和或門芯片74HC4075。通過各個芯片的使用介紹和功能介紹為后續(xù)工作做好了鋪墊,也對自己靈活使用相關芯片提供準備,這對后面的硬件設計電路圖和軟件程序靈活設計有很大的幫助。</p><p>  第3章 系統(tǒng)硬件設計</p><p><b>  3.1 主控電路</b></p><p>  STC89C52是一種低功耗、高性

46、能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器,因此這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單、可靠。用STC89C52單片機構成最小應用系統(tǒng)時,再接上時鐘電路和復位電路即可。由于芯片面積限制、集成度的非常高,最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。本設計使用其大量的I/O口線和三個16位可編程的定時器/計數(shù)器。定時器/計數(shù)器可以工作在計數(shù)和定時兩種模式并且有4種工作方式。在波形發(fā)生器中,將其作定時器使用,通過計算來精確地確定波形的兩

47、個采樣點輸出之間所需的延遲時間。其中模式1采用的是16位計數(shù)器方式,當T0和T1被允許計數(shù)后,從設定的初值開始加計數(shù),最高位產(chǎn)生溢出時CPU發(fā)中斷請求,從而完成波形頻率的調節(jié)[1]。這些操作由固化在STC89C52的程序自動控制。主控電路如圖3.1所示:</p><p>  圖3.1 主控電路</p><p><b>  主控電路功能:</b></p>

48、<p> ?。?)主控電路包括復位電路和晶體振蕩電路,其中復位電路是上電復位與手動復位一體,晶體振蕩電路產(chǎn)生振蕩頻率。</p><p>  (2)作為信號發(fā)生器的核心電路之一,主控電路芯片STC89C52通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)各種數(shù)字波形的輸出,主要使用單片機豐富的I/O接口、定時器和外部中斷。定時器應用于延時以達到按鍵去抖和頻率的調節(jié),外部中斷應用于按鍵控制,I/O接口用于數(shù)字量的傳輸

49、。</p><p>  3.1.1 外接晶振引腳XTAL1與XTAL2</p><p>  單片機之所以要加振蕩器是因為單片機內CPU在執(zhí)行指定程序是,要經(jīng)過“取指”、“譯碼”,再定時給相關電路發(fā)出控制信號,以實現(xiàn)“機器碼指令”所要求的功能。這就要求內部必須有一個基準時鐘??赏ㄟ^外接晶振或振蕩器信號二種方式來實現(xiàn),一般采用外接晶振的方法較方便。XTAL1(19),XTAL2(18)為外接晶

50、振的兩個引腳。接入晶振時,還要接入兩個20-30pF的瓷片電容C1,C2,晶振頻率因單片機工作速度而異,Intel MCS-51系列為1.2—12MHz。當采用外部振蕩器時,信號接入(19)腳,(18)腳懸浮。振蕩器的12分頻為一個機器周期,當外接12MHz晶振是,一個機器周期是1Us。[6] </p><p>  3.1.2 復位與復位電路</p><p>  單片機必須進行復位,是

51、因為單片機內的CPU“取指”過程即為CPU從PC指針所指定的程序儲存器ROM地址單元中讀取“機器碼”過程。單片機加電后,PC指針應指向ROM中某個固定的單元。當然,程序開始的第一條指令也應放在ROM的這一地址單元內,這樣整個程序才能有序的執(zhí)行。這個單元就是ROM的0000H單元。只有上電復位正常后,PC值才為0000H,即指向ROM的0000H。此外,專用寄存器SFR中SP為07H,即指向片內數(shù)據(jù)儲存器(片內RAM)07H單元,P0-P

52、3值為0FFH,其余專用寄存器值大多為00H。[6]</p><p>  復位的方法:當振蕩器正常工作時,RST(9)腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機有效復位??紤]到振蕩器有一定的起振時間,該引腳必須保持10ms以上的高電平,才能有效復位。復位電路有開機自動復位和手動復位。注意:復位信號為2個以上機器周期的高電平,單片機復位后正常工作時應該為低電平,如果未加復位電平或復位后復位電平仍未撤除,則單片機不能正常

53、工作,此時,可檢查RST電壓及相關器件[6]。</p><p>  3.1.3 EA/VDD片內程序存儲器選用端</p><p>  單片機復位后,PC指針可能指向片內ROM0000H或片外ROM0000H單元,這取決于EA/VDD(31)腳外接高電平(指向片內ROM0000H)還是低電平(指向片外ROM0000H)。STC89C52內部有8KBROM,這時EA(31)腳需外接高電位VCC

54、[6]。</p><p>  3.2 D/A數(shù)模轉換電路</p><p>  在DAC0832數(shù)模轉換器的三種工作方式中,較常用的是第二種方式。而單緩沖是適用于只有一路模擬量輸出或幾路模擬量異步輸出的情形。本設計采用的是第二種單緩沖方式。這種單緩沖方式是DAC0832的兩個緩沖器同時受控,將兩級寄存器的控制信號并接,輸入數(shù)據(jù)在控制信號的作用下,直接送入DAC寄存器。也可以采用把WR2和XF

55、ER這兩個信號固定接地的方法[5]。D/A數(shù)模轉換電路如圖3.2所示:</p><p>  圖3.2 數(shù)模轉換與放大電路</p><p>  圖中ILE接+5V電源,片選信號CS和傳送信號XFER都連接到P2.0口,寫選通線WR1和WR2相連同接單片機的P2.1口,CPU對DAC0832執(zhí)行一次寫操作,把一個數(shù)據(jù)就直接寫入DAC寄存器中,DAC0832的輸出模擬信號隨之相應的變化。由于D

56、AC0832是電流型輸出,故在電路中采用運算放大器LM324實現(xiàn)I/V轉換。</p><p><b>  此電路功能:</b></p><p> ?。?)主要利用數(shù)模轉換芯片DAC0832和運算放大器LM324芯片的功能實現(xiàn)數(shù)模的轉換和信號的放大調節(jié)。</p><p>  (2)信號波形幅度調節(jié)是通過LM324兩級放大電路中第二級的滑動變阻器的

57、調節(jié)來實現(xiàn)。</p><p>  其中放大倍數(shù)P=U0/Ui=(R3+RV)/R1……………………………………(3.1)</p><p>  3.3 按鍵接口電路</p><p>  鍵盤用的是上拉電阻,選通接地的形式。</p><p>  KEY0鍵功能:正弦波、方波、三角波、鋸齒波循環(huán)選擇。</p><p>  K

58、EY1鍵功能:頻率加鍵。</p><p>  KEY2鍵功能:頻率減鍵。</p><p>  按鍵電路通過邏輯或門芯片74HC0475連接到單片機STC89C52的P3.3/INT1(13)腳,產(chǎn)生外部中斷請求信號。同時并聯(lián)連接P3.0、P3.1和P3.2接口,通過中斷服務程序控制相關功能。按鍵接口電路如圖3.3所示:</p><p>  圖3.3 按鍵接口電路&l

59、t;/p><p><b>  按鍵電路功能:</b></p><p>  (1)按鍵電路運用三個按鍵實現(xiàn)對波形的循環(huán)選擇和頻率的調節(jié),頻率的調節(jié)是通過鍵盤掃面程序和延時程序來實現(xiàn)。</p><p>  (2)按鍵電路控制是通過按鍵連接或門芯片74HC4075輸入到外部中斷1接口實現(xiàn)的。</p><p>  (3)頻率調節(jié)范圍

60、的計算:由于延時程序是采用定時器0查詢方式延時1ms,則信號波形周期延時2ms,而按鍵的積累數(shù)目為0—60,那么最小頻率Fmin=1/(2*60)*1000=8.3Hz 最大頻率Fmax=1/2*1000=500Hz。</p><p><b>  3.3 本章小結</b></p><p>  本章主要對本設計的硬件電路設計作了詳細的介紹,包括其工作原理和主要功能介紹。

61、本章節(jié)詳細介紹了硬件電路的各個部分,包括主控電路、數(shù)模轉換電路及波形放大電路和鍵盤接口電路。</p><p>  主控電路詳細介紹了設計中核心部分之一,STC89C52單片機控制產(chǎn)生四種基本信號波形,主要運用單片機的豐富的輸入輸出接口和定時、外部中斷,配以單片機外部上電和手動復位電路及振蕩電路,實現(xiàn)數(shù)字信號波形的產(chǎn)生和復位控制。主控電路合理運用了單片機的輸入輸出接口,一是使硬件電路擁有簡約外觀,具有美感,二是使得

62、編程簡單化。</p><p>  數(shù)模轉換電路及放大電路是硬件電路設計另一個核心部分,數(shù)模轉換電路對輸入的數(shù)字信號波形進行數(shù)模轉換,輸出模擬信號。數(shù)模轉換芯片擁有三種工作方式,我采用的是第二種工作方式。通過詳細了解了DAC0832數(shù)模轉換芯片引腳功能和接線方式,順利連接好相關接線口,從而實現(xiàn)數(shù)模轉換功能。由于數(shù)模轉換芯片的工作特性,需要配以相應的放大電路以實現(xiàn)穩(wěn)定波形的輸出,也便于輸出波形的幅度的調節(jié)。</

63、p><p>  鍵盤接口電路是用戶操作信號波形發(fā)生器的界面,運用單片機的外部中斷和定時中斷,和或門芯片,實現(xiàn)了鍵盤電路的簡便和易操作,鍵盤電路包括三個主要按鍵,實現(xiàn)波形信號的循環(huán)選擇和頻率的調節(jié)。</p><p>  通過把硬件電路分各個部分電路進行剖析,并進行相應功能介紹,以便使用硬件電路的合理連接實現(xiàn)設計功能。</p><p>  第4章 系統(tǒng)軟件設計</p

64、><p>  4.1 主程序流程圖及程序</p><p>  信號波形發(fā)生器的軟件設計主要包括:按鍵掃描與處理程序、正弦波產(chǎn)生子程序、方波產(chǎn)生子程序、三角波產(chǎn)生子程序、三角波產(chǎn)生子程序、鋸齒波產(chǎn)生子程序幾個主要部分。主程序的主要功能是接收用戶鍵輸入的數(shù)據(jù)(信號類型的選擇和數(shù)據(jù)的調節(jié))和控制指令,單片機發(fā)送數(shù)據(jù)及控制指令,按要求輸出信號[2]。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4.1所示:</p>

65、<p><b>  開始</b></p><p>  系統(tǒng)初始化 </p><p><b>  波形顯示</b></p><p>  KEY0鍵是否按下 Y 由KEY4、KEY5鍵的輸入 調出正弦波子程序&

66、lt;/p><p><b>  頻率、幅度值調節(jié)</b></p><p><b>  N</b></p><p>  KEY1鍵是否按下 Y 由KEY4、KEY5鍵的輸入 調出方波子程序</p><p><b>  頻率、幅度值調節(jié)</b><

67、/p><p><b>  N</b></p><p>  KEY2鍵是否按下 Y 由KEY4、KEY5鍵的輸入 調出三角波子程序</p><p><b>  頻率、幅度值調節(jié)</b></p><p><b>  N</b></p>&

68、lt;p>  KEY3鍵是否按下 Y 由KEY4、KEY5鍵的輸入 調出鋸齒波子程序</p><p><b>  頻率、幅度值調節(jié)</b></p><p>  圖4.1 主程序流程圖</p><p>  根據(jù)設計要求,在程序運行時,當接收到來自外界的命令,需要輸出某種波形時就調用相應的波形子程序和延時程

69、序。系統(tǒng)子程序的調用是通過按鍵的選擇來實現(xiàn),然后根據(jù)按鍵的情況計算得出相應的頻率和幅值,啟用延時程序進行頻率的調節(jié)。</p><p>  主程序主要包括系統(tǒng)的初始化、按鍵的掃描、頻率幅度調節(jié)和子程序的調用。其中系統(tǒng)初始化指定時中斷和外部中斷的初始化,按鍵掃描主要是對按鍵接口電路的三個按鍵,通過循環(huán)選擇鍵選擇各種波形,頻率選擇鍵調節(jié)波形頻率,幅度調節(jié)通過放大電路的滑動變阻器調節(jié)。最后可以直接通過示波器顯示。<

70、/p><p><b>  4.2各波形子程序</b></p><p>  正弦波信號產(chǎn)生原理:單片機內部數(shù)據(jù)只能以0、1輸出,所產(chǎn)生的信號也都是離散信號。為了能夠讓單片機實現(xiàn)正弦波信號輸出的功能,采用對信號采樣、量化的方法。在設計中,對正弦信號進行采樣,通過查表來實現(xiàn)輸出不同的幅度值。采樣點越密,信號失真度也就越小[3]。</p><p>  方波

71、信號產(chǎn)生原理:通過等時間間隔地輸出上限電平和下限電平來產(chǎn)生,相等時間用延時程序來實現(xiàn)。</p><p>  三角波信號產(chǎn)生原理:通過從最小值到最大值和從最大值到最小值的循環(huán)來實現(xiàn)三角波的輸出,頻率由延時程序來調節(jié)。</p><p>  鋸齒波信號產(chǎn)生原理:通過累加產(chǎn)生鋸齒波形。頻率由延時程序來實現(xiàn)。</p><p>  4.2.1 正弦波子程序</p>

72、<p>  void sin() //正弦波 </p><p><b>  { </b></p><p>  uchar i; </p><p><b>  CS_DA=0; </b></p><p><b>  WR_DA=0; </b></p

73、><p>  for(i=0;i<255;i++) </p><p><b>  { </b></p><p>  P0=SinTab[i]; </p><p>  delayms(f); </p><p><b>  }</b></p><p>&

74、lt;b>  }</b></p><p>  4.2.2 方波子程序</p><p>  void squwave() //方波 </p><p><b>  { </b></p><p><b>  uchar i; </b></p><p>&l

75、t;b>  CS_DA=0; </b></p><p><b>  WR_DA=0; </b></p><p>  for(i=100;i>0;i--) </p><p><b>  { </b></p><p><b>  P0=0; </b><

76、/p><p>  delayms(f); </p><p><b>  } </b></p><p>  for(i=100;i>0;i--) </p><p><b>  { </b></p><p><b>  P0=255; </b></p

77、><p>  delayms(f); </p><p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p><p>  4.2.3 三角波子程序</p><p>  void triwave() //三角波 </p><

78、p><b>  { </b></p><p><b>  uchar i; </b></p><p><b>  CS_DA=0; </b></p><p><b>  WR_DA=0; </b></p><p>  for(i=0;i<255

79、;i++) </p><p><b>  { </b></p><p><b>  P0=i; </b></p><p>  delayms(f); </p><p><b>  } </b></p><p>  while(i--) </p>

80、;<p><b>  { </b></p><p><b>  P0=i; </b></p><p>  delayms(f); </p><p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p>&l

81、t;p>  4.2.4 鋸齒波子程序</p><p>  void sawwave() //鋸齒波 </p><p><b>  { </b></p><p>  unsigned char i; </p><p><b>  CS_DA=0; </b></p><p

82、><b>  WR_DA=0; </b></p><p>  for(i=255;i>0;i--) </p><p><b>  { </b></p><p><b>  P0=i; </b></p><p>  delayms(f); </p>

83、<p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p><p>  4.3 鍵盤掃描程序</p><p>  void service_INT1(void) interrupt 2 </p><p><b>  { </b></p

84、><p>  if(key0==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  delayms(10);//按鍵消抖 </p><p>  if(key0==0) m++; </p><p>  while(!key0);//松手檢測 </p><p>&

85、lt;b>  } </b></p><p>  if(key1==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  delayms(10); </p><p>  if(key1==0) f=f+1; </p><p>  while(!key1);//松手檢

86、測 </p><p><b>  } </b></p><p>  if(key2==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  delayms(10); </p><p>  if(key2==0) f=f-1; </p><p

87、>  while(!key2);//松手檢測 </p><p><b>  } </b></p><p>  if(m>4) m=0; </p><p>  if(f>60) f=0; </p><p><b>  } </b></p><p><b

88、>  4.3 本章小結</b></p><p>  本章通過介紹總體的軟件編程流程圖,使得軟件設計的目標一目了然.接下來通過五個主要子程序的介紹,詳細闡述了軟件設計的難點和重點.五個主要子程序包括:鍵盤掃描程序,正弦撥產(chǎn)生子程序,方波產(chǎn)生子程序,三角波產(chǎn)生子程序,和鋸齒波產(chǎn)生子程序.通過軟件編程大大簡化了硬件電路,也有利于消除硬件電路帶來的一些問題,如波形產(chǎn)生純度和噪聲問題等.</p>

89、;<p><b>  結 論</b></p><p>  (1)本設計按照簡單化,便捷化和價格低廉的原則,研究了基于OTC89C52單片機的信號波形發(fā)生器,采用軟硬件相結合的方式,通過相應程序的控制,可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的信號波形,滿足了設計任務的要求。設計這樣一個信號波形發(fā)生器具有性價比高、結構體積小、穩(wěn)定度高、實現(xiàn)方便、易于操作等特點,而且升級的空間很大(無論是硬件方面還

90、是軟件方面都有很大的提升空間)。由于此設計具有優(yōu)良的性能和高性價比,無論其在控制控制領域、實驗領域還是廣泛的電子領域都有非常大的現(xiàn)實意義。此方案解決了傳統(tǒng)信號發(fā)生器所面臨的低性價比和性能的不穩(wěn)定性等問題。 </p><p>  (2)當然,此設計方案所設計的信號波形發(fā)生器尚存在不足之處,主要有兩個方面,第一是缺乏頻率準確顯示的模塊,可以配備相應的數(shù)字頻率計模塊,但如何將顯示的精度與信號源的頻段配合有待進一步討論研

91、究:第二是輸出級可以配以幅度顯示的儀表,并且放大電路有待進一步改進,使其具有更強的輸出能力,數(shù)模芯片也可優(yōu)化選擇。</p><p>  (3)此設計方案最大的特點是具有很大的升級空間,硬件設計方面可以考慮采用解決以上不足之處的方案,配以相應的顯示模塊;而在軟件設計方面,如需要其他各種有規(guī)律波形,只要加入相應的子程序即可,且頻率和幅度的調節(jié)也可精確量化。</p><p><b> 

92、 參考文獻</b></p><p>  [1] 李偉龍.基于單片機的函數(shù)信號發(fā)生器設計 [A].蘭州:西北民族大學,2013.</p><p>  [2]  陳華敏, 任立民.基于AT89C51 的信號發(fā)生器的設計[J].現(xiàn)代電子技術,2011,34(2):127-130.</p><p>  [3] 田蛟,展文豪,張宏偉.基于單片機的信

93、號發(fā)生器設計[A].石家莊:軍械工程學院光學與電子工程系,2010-11-8. </p><p>  [4] 一凡設計網(wǎng)[DB/OL].</p><p>  http://www.1-fun.com/design/article/2013-1-5/1187-1.html 2013-1-5.</p><p>  [5] 歐偉明,何靜,凌云,劉劍等.單片機原理與應用

94、系統(tǒng)設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009-7.</p><p>  [6] 梁巧艷,楊會彩,杜延虎.一種基于AT89C51低頻信號源的設計[J].延安:延安大學,2008-05-08.</p><p>  [7] 胡應坤.基于單片機的數(shù)字函數(shù)信號發(fā)生器設計[A].廣東揭陽:廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院,2013-7.</p><p>  [8] 豆丁網(wǎng).信號

95、發(fā)生器的發(fā)展過程及現(xiàn)狀[DB/OL].</p><p>  http://www.docin.com/p-145347825.html</p><p>  [9] 馬忠梅,籍順心,張凱,馬巖.單片機的C語言應用程序設計[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007-1.</p><p>  [10] 道客巴巴.基于DAC0832的波形發(fā)生器設計與實現(xiàn)[DB/OL]

96、.http://www.doc88.com/p-906975853177.html</p><p>  [11] 21ic基礎知識.LCD1602引腳圖[DB/OL].http://www.21ic.com/jichuzhishi/datasheet/LCD1602/dlu/189327.html</p><p><b>  致 謝</b></p>

97、<p>  從畢業(yè)論文的初期的起稿到現(xiàn)在的定稿,所花費的時間扎實有一個月。在這個過程,我遇到過很多困難,彷徨憂愁過,但在定稿時我懷揣著滿意與喜悅,更有一份感激之情。</p><p>  在這論文寫作期間,我衷心感謝我的論文指導老師**老師對我的細心教導和嚴格的批評。她嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和對待學術研究的嚴格給我留下來很深刻的印象,過程中雖然有對老師的小抱怨,但現(xiàn)在懂得沒有嚴格的時間觀念和嚴謹?shù)膶W習工作態(tài)度是做

98、不好研究設計的。論文寫作中,**老師對我的論文的章節(jié)布局和寫作要點進行了指導,起了提綱攜領的作用。</p><p>  同時,這篇論文的寫作過程,我也得到好幾個同學的幫助。在硬件電路圖的繪制和仿真時,遇到了仿真軟件PROTEUS運用的一些困難,幾個同學相互交流后解決的。在這我想感謝這幾位同學的幫助,希望我們的友誼長存。</p><p>  最后,我感謝母校湖南工業(yè)大學給我這三年半時間的深造

99、機會,讓我學習相關專業(yè)知識,讓我體驗四年完整的豐富的大學生活。</p><p><b>  學生簽名:</b></p><p><b>  日 期:</b></p><p>  附錄1 硬件電路原理圖</p><p>  附錄2 設計源程序清單</p><p>  用C

100、語言高級語言編寫的系統(tǒng)源程序如下:</p><p>  #include <reg52.h></p><p>  #define uchar unsigned char</p><p>  #define uint unsigned int</p><p>  unsigned char m=0,f=0;</p>&

101、lt;p>  sbit CS_DA=P2^0;//控制端口與單片機的接口</p><p>  sbit WR_DA=P2^1;//控制端口與單片機的接口</p><p>  sbit key0=P3^0;//波形的循環(huán)選擇按鍵</p><p>  sbit key1=P3^1;//波形頻率加</p><p>  sbit key2=P3

102、^2;//波形頻率減</p><p>  uchar code SinTab[256]={0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,</p><p>  0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,

103、0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,</p><p>  0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,</p><p>  0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff

104、,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,</p><p>  0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,</p><p>  0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,0xd8,0xd

105、6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,</p><p>  0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x93,</p><p>  0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x

106、72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,</p><p>  0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,</p><p>  0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0

107、x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,</p><p>  0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>  0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,

108、0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,</p><p>  0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,</p><p>  0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45

109、,0x48,0x4c,0x4e,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66,</p><p>  0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80};</p><p>  void delayms(uint t) </p><p><b>  { </b></p>

110、<p>  while(t--) </p><p><b>  { </b></p><p>  TH0=(65536-1000)/256;</p><p>  TL0=(65536-1000)%256;</p><p>  do{}while(!TF0);//延時1ms</p><p&

111、gt;<b>  TF0=0; </b></p><p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p><p>  void INT1_init() </p><p><b>  { </b></p><p

112、>  IP=0x04;//置INT1高優(yōu)先級中斷</p><p>  IE=0x84;//INT1開中斷,CPU開中斷</p><p><b>  } </b></p><p>  void service_INT1(void) interrupt 2 </p><p><b>  { </b&g

113、t;</p><p>  if(key0==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  delayms(10);//按鍵消抖 </p><p>  if(key0==0) m++; </p><p>  while(!key0);//松手檢測 </p>&l

114、t;p><b>  } </b></p><p>  if(key1==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  delayms(10); </p><p>  if(key1==0) f=f+1; </p><p>  while(!key

115、1);//松手檢測 </p><p><b>  } </b></p><p>  if(key2==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  delayms(10); </p><p>  if(key2==0) f=f-1; </p>

116、;<p>  while(!key2);//松手檢測 </p><p><b>  } </b></p><p>  if(m>4) m=0; </p><p>  if(f>60) f=0; </p><p><b>  } </b></p><p&

117、gt;  void sin() //正弦波 </p><p><b>  { </b></p><p>  uchar i; </p><p><b>  CS_DA=0; </b></p><p><b>  WR_DA=0; </b></p>&

118、lt;p>  for(i=0;i<255;i++) </p><p><b>  { </b></p><p>  P0=SinTab[i]; </p><p>  delayms(f); </p><p><b>  }</b></p><p><b>

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