單片機課程設計—設計一個產(chǎn)生各種波形的波形發(fā)生器

1、<p>　　主要內(nèi)容：設計一個產(chǎn)生各種波形的波形發(fā)生器</p><p>　　基本要求：利用單片機P1.0引腳輸出頻率范圍1Hz – 1000Hz的正弦波、方波、三角波、梯形波、鋸齒波，并用示波器觀察。</p><p><b>　　一、設計目的</b></p><p>　?。?）利用所學單片機的理論知識進行軟硬件整體設計，鍛煉學生理論聯(lián)

2、系實際、提高我們的綜合應用能力。 （2）我們這次的課程設計是以單片機為基礎，設計并開發(fā)能輸出多種波形（正弦波、三角波、鋸齒波、方波、梯形波等）且頻率、幅度可變的函數(shù)發(fā)生器。 （3）掌握各個接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法，并能運用其實現(xiàn)一個簡單的微機應用系統(tǒng)功能器件。 （4）在平時的學習中，我們所學的知識大都是課本上的，在機房的練習大家也都是分散的對各個章節(jié)的內(nèi)容進行練習。因此，缺乏一種系統(tǒng)的設計鍛煉。在課

3、程所學結(jié)束以后，這樣的課程設計十分有助于學生的知識系統(tǒng)的總結(jié)到一起。</p><p><b>　　二、方案要求及設計</b></p><p><b>　　2.1設計要求</b></p><p>　　使用計算機和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波和正弦波等多種波形，波形的周期、頻率可調(diào)。</p&g

4、t;<p>　　要求完成計算機和DAC的選型，了解不同波形的產(chǎn)生原理和設計方案，畫出硬件電路圖，并編程完成軟件部分，最后調(diào)試觀察產(chǎn)生不同類型的波形信號。</p><p>　?。?）課程設計論文內(nèi)容要正確，概念要清楚；</p><p>　?。?）完成任務書所規(guī)定的內(nèi)容；</p><p>　?。?）附有電路原理圖及程序流程圖，以及程序清單；</p&g

5、t;<p>　?。?）文字要通順，書寫要工整，設計圖紙必須符合規(guī)范。</p><p><b>　　2.2方案設計</b></p><p>　　采用AT89C51單片機和DAC0832芯片，直接連接鍵盤和顯示。該種方案主要對AT89C51單片機的各個I/O口充分利用. P1口是連接鍵盤以及接顯示電路,P2口連接DAC0832輸出波形.這樣總體來說,能對單片

6、機各個接口都利用上,而不在多用其它芯片,從而減小了系統(tǒng)的成本.也對按照系統(tǒng)便攜式低頻信號發(fā)生器的要求所完成.占用空間小,使用芯片少,低功耗。</p><p><b>　　三、硬件電路設計</b></p><p>　　3.1設計思路、元件選型</p><p><b>　　設計思路：</b></p><p&

7、gt;　?。ㄒ唬⒄n設需要各個波形的基本輸出。如輸出鋸齒波、三角波、方波、正弦波。這些波形的實現(xiàn)的具體步驟：鋸齒波實現(xiàn)很簡單，只需要一開始定義一個初值，然后不斷的加1，當溢出后又重初值開始加起，就這樣循環(huán)下去。三角波的實驗過程是先加后減，實現(xiàn)方法是先是從00H開始加1直到溢出后就執(zhí)行減1操作，就這樣不斷調(diào)用這個循環(huán)。方波的實現(xiàn)方法是連續(xù)輸出一個數(shù)，到某個時候就改變一下值，可以把值定義為正極性的，也可以是負極性。正弦波的實現(xiàn)是非常麻煩的。

8、它的實現(xiàn)過程是通過定義一些數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行時直接輸出定義的數(shù)據(jù)就可以了。</p><p>　?。ǘ?、通過P1口和開關K0-K4相連接來控制各個波形的輸出。能根據(jù)k0-k5鍵狀態(tài)進行波形切換，當某一按鍵按下時，輸出相對應的波形。 </p><p>　　元件選型：單片機AT89C51系統(tǒng)，DAC0832一片，PC機一臺，運算放大器</p><p><b>　　

9、3.2原理圖</b></p><p>　　3.3主要芯片介紹 </p><p>　?。?）、DAC0832芯片介紹：</p><p>　　0832采用雙緩沖接口方式，其傳送控制端接地，輸入所存允許斷ILE與+5V電源相連，利用一個地址碼進行二次輸出操作，完成數(shù)據(jù)的傳送和激動轉(zhuǎn)換，第一次操作室P2.6為高電平，將P0口數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)鎖存于DAC0832的輸

10、入寄存器中。第二次操作是寫控制信號由效，傳送控制端為低電平，將輸入寄存器中的內(nèi)容鎖存入0832的DAC寄存器中，D/A轉(zhuǎn)換器便開始對鎖存于DAC寄存器的8位數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，約經(jīng)過1/2時鐘周期后，在輸出端（IOUT2、IOUT1）建立穩(wěn)定的電流輸出。運放的作用是將0832輸出的模擬電流信號轉(zhuǎn)換為電壓波形。DAC0832為一個8位D/A轉(zhuǎn)換器,單電源供電,在+5~+15V范圍內(nèi)均可正常工作?；鶞孰妷旱姆秶鸀?#177;10V,電流建立時間為

11、1μs,CMOS工藝,低功耗20mW。DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。</p><p>　　圖2-2 DAC0832工作原理圖</p><p>　　DAC0832的外部引腳及功能介紹圖如下：</p><p>　　圖1 DAC0832引腳圖</p><p>　　DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料:芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩

12、沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應的模擬信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)這個供功能。運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，還可以外接</p><p>　　DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。 </p><p>　　ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。

13、 </p><p>　　CS：片選信號輸入線，低電平有效。 </p><p>　　WR1：為輸入寄存器的寫選通信號。 </p><p>　　XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。 </p><p>　　WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。 </p><p>　　Iout1:電流輸出線。當輸入全為1時Iout1最

14、大。 </p><p>　　Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。 </p><p>　　Rfb:反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻. </p><p>　　Vcc:電源輸入線 (+5v~+15v) </p><p>　　Vref:基準電壓輸入線 (-10v~+10v) </p><p>　　AG

15、ND:模擬地,摸擬信號和基準電源的參考地. </p><p>　　DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準電源處共地比較好</p><p>　　（2）單片機AT89C51介紹：</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓

16、、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了

17、一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如下圖所示：</p><p>　　圖2 AT89C51引腳圖</p><p>　　AT89C51管腳說明：</p><p>　　VCC：供電電壓。 </p><p><b>　　GND：接地。 </b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙

18、向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 </p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作

19、輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址

20、外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 </p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平

21、，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 </p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對

22、外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 </p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)

23、存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 </p><p>　　/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 </p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器

24、的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　3.4硬件連線圖</b></p><p><b>　　四、軟件設計</b></p><p>　　利用中斷，當5個開關中有任意一個閉合時，跳轉(zhuǎn)至中斷程序，在中斷程序中判斷是哪一個按鍵

25、閉合，跳轉(zhuǎn)至相應的程序，執(zhí)行輸出波形的操作，每輸出一個點之后，判斷按鍵是否斷開，如果依舊閉合，則繼續(xù)輸出，如果已經(jīng)斷開，則結(jié)束中斷程序。</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　LJMP MAIN</b><

26、;/p><p>　　ORG 0003H;外部中斷0</p><p>　　LJMP INT00</p><p><b>　　ORG 0040H</b></p><p>　　MAIN: MOV SP,60H;更改堆棧指針，避免堆棧與工作寄存器區(qū)發(fā)生沖突</p><p>　　SETB IT0

27、;外部中斷請求0為下降沿觸發(fā)方式</p><p>　　SETB EA;中斷允許總開關打開</p><p>　　SETB EX0;允許外部中斷0中斷</p><p>　　INT00: CLR EA;關中斷</p><p>　　PUSH PSW;現(xiàn)場保護</p><p><b>　　P

28、USH Acc</b></p><p>　　SETB EA;開中斷</p><p>　　JNB P1.0,IR0;如果K0鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR0輸出鋸齒波</p><p>　　JNB P1.1,IR1;如果K1鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR1輸出梯形波</p><p>　　JNB P1.2,IR2;如果K2鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至

29、IR2輸出三角波</p><p>　　JNB P1.3,IR3;如果K3鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR3輸出方波</p><p>　　JNB P1.4,IR4;如果K4鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR4輸出正弦波</p><p>　　INTIR: CLR EA;關中斷</p><p>　　POP Acc;現(xiàn)場恢復</p><

30、;p><b>　　POP PSW</b></p><p>　　SETB EA;開中斷</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　4.1鋸齒波的產(chǎn)生過程</p><p>　　鋸齒波的實現(xiàn)過程是首先定義一個初值然后進行加法操作，加的步數(shù)的多少則根據(jù)要求的頻率來進行。然

31、后加到某個數(shù)之后就再重新設置為初值，再重復執(zhí)行剛剛的操作，如此循環(huán)下去。</p><p>　　鋸齒波發(fā)生子程序如下：</p><p>　　IR0:MOV R0,#0FEH ;設置端口地址</p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　LOOP:MOVX @R0,A ;寫入</p><p>　　JB

32、 P1.0,INTIR ;如果k0鍵已經(jīng)斷開，則返回</p><p>　　INC A ;A加一</p><p>　　SJMP LOOP ;循環(huán)</p><p>　　LJMP INTIR ;返回</p><p>　　4.2梯形波產(chǎn)生過程</p><p>　　梯形波的實現(xiàn)是設置一個初值，然后進

33、行加一，當加到某個數(shù)時延時，之后減一，減到初值時在返回到之前的操作，繼續(xù)加一、延時、減一。</p><p>　　梯形波發(fā)生子程序如下：</p><p>　　IR1:MOV R0,#0FEH;設置端口地址</p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　UP:MOVX @R0,A;寫入</p><

34、p>　　JB P1.1,INTIR;如果k1鍵已經(jīng)斷開，則返回</p><p>　　INC A;A加一</p><p>　　JNZ UP;循環(huán)</p><p>　　DEC A;如果已經(jīng)溢出，則減一，減一之后A的值為255</p><p>　　LCALL DELAY;延時</p><p&

35、gt;　　JB P1.1,INTIR;如果k1鍵已經(jīng)斷開，則返回</p><p>　　DOWN:DEC A</p><p>　　MOVX @R0,A;寫入</p><p>　　JB P1.1,INTIR;如果k1鍵已經(jīng)斷開，則返回</p><p>　　JNZ DOWN;循環(huán)</p><p>　　SJ

36、MP UP;如果減到0，則跳轉(zhuǎn)至UP，繼續(xù)執(zhí)行加一操作</p><p>　　LJMP INTIR;返回</p><p>　　DELAY:MOV R7,#100;延時子程序 </p><p>　　DELAY1:MOV R6,#10</p><p><b>　　NOP</b></p>&l

37、t;p>　　DELAY2:DJNZ R6,DELAY2</p><p>　　DJNZ R7,DELAY1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　4.3 三角波的產(chǎn)生過程</p><p>　　三角波的實現(xiàn)是設置一個初值，當加到某個值的時候，執(zhí)行減一操作，減到初值時，再加一。</p>

38、;<p>　　三角波發(fā)生子程序如下：</p><p>　　IR2:MOV R0,#0FEH;設置端口地址</p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　UP2:MOVX @R0,A;寫入</p><p>　　JB P1.2,INTIR;如果k2鍵已經(jīng)斷開，則返回</p><p&

39、gt;　　INC A;A加一</p><p>　　JNZ UP2;循環(huán)</p><p>　　DOWN2:DEC A;A減一</p><p>　　MOVX @R0,A;寫入</p><p>　　JB P1.2,INTIR;如果k2鍵已經(jīng)斷開，則返回</p><p>　　JNZ DOWN2

40、;循環(huán)</p><p>　　SJMP UP2;如果減到0，則跳轉(zhuǎn)至UP2，繼續(xù)加一操作</p><p>　　LJMP INTIR;返回</p><p>　　4.4 方波的產(chǎn)生過程</p><p>　　方波的實現(xiàn)只需開始的時候設置一個初值然后直接輸出這個值就行了，輸出一段時間后，然后再重新置一個數(shù)據(jù)，然后再輸出這個數(shù)據(jù)一段時間，但是此

41、時的時間一定要等于前面那段時間。這樣才是一個方波，如果兩個時間不相同，那就相當于一個脈沖波了。</p><p>　　方波發(fā)生子程序如下：</p><p>　　IR3:MOV R0,#0FEH;設置端口地址</p><p>　　POSI:MOV A,#00H;給A賦值0x00</p><p>　　MOVX @R0,A;寫入<

42、;/p><p>　　LCALL DELAY;延時</p><p>　　JB P1.3,INTIR;如果k3鍵已經(jīng)斷開，則返回</p><p>　　NEGA:MOV A,#0FFH;給A賦值0xFF</p><p>　　MOVX @R0,A;寫入</p><p>　　LCALL DELAY;延時<

43、/p><p>　　JB P1.3,INTIR;如果k3鍵已經(jīng)斷開，則返回</p><p>　　SJMP POSI;跳轉(zhuǎn)至POSI，繼續(xù)下一個波形的輸出</p><p>　　LJMP INTIR;返回</p><p>　　4.5正弦波的產(chǎn)生過程</p><p>　　正弦波的實現(xiàn)需要查表，每查一次表，輸出一個數(shù)值

44、，之后查下一個數(shù)值繼續(xù)輸出，當一個波形的256個數(shù)值全部輸出之后，從頭開始繼續(xù)輸出。</p><p>　　正弦波發(fā)生子程序如下：</p><p>　　IR4:MOV R0,#0FEH;設置端口地址</p><p>　　MOV R1,#00H</p><p>　　XX:MOV A,R1</p><p>

45、　　LCALL HANSHU;調(diào)用查表函數(shù)</p><p>　　MOVX @R0,A;寫入</p><p>　　JB P1.4,INTIR;如果k4鍵已經(jīng)斷開，則返回</p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　SJMP XX;繼續(xù)查表</p><p&

46、gt;　　LJMP INTIR;返回</p><p>　　HANSHU: MOV DPTR,#TAB1</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TAB1: db 080h,083h,086h,089h,08ch,090h,093h,096h

47、,099h,09ch,09fh,0a2h,0a5h,0a8h,0abh,0aeh</p><p>　　db 0b1h,0b3h,0b6h,0b9h,0bch,0bfh,0c1h,0c4h,0c7h,0c9h,0cch,0ceh,0d1h,0d3h,0d5h,0d8h</p><p><b>　　......</b></p><p><b&

48、gt;　　五、調(diào)試與仿真</b></p><p>　　本次的設計主要應用了protues和keil c軟件進行系統(tǒng)設計和仿真，經(jīng)過仿真后，結(jié)果較好，示波器可以正確的輸出鋸齒波、梯形波、三角波、方波、正弦波。</p><p>　　函數(shù)圖像如下圖所示：</p><p><b>　　鋸齒波：</b></p><p>

49、;<b>　　梯形波：</b></p><p><b>　　三角波:</b></p><p><b>　　方波;</b></p><p><b>　　正弦波：</b></p><p><b>　　六、總結(jié)</b></p>

50、<p>　　本次的設計中利用AT89C51和DAC0832以及放大器完成電路的設計，用開關來控制各種波形的發(fā)生及轉(zhuǎn)換，用單片機輸出后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成波形，最終可以通過示波器觀察。這次課程設計，使我的動手能力得到了很大的提高，更使我們懂得理論知識的重要性，沒有理論的指導一切實際行動都是盲目的，且實際操作是我們得到的理論知識得到驗證，更能增加對理論知識的理解。</p><p><b>　　七