基于单片机的多波形发生器设计

课题：基于单片机的多波形发生器 1 基于单片机的多波形发生器设计 1. 设计目的与任务 电子信息工程专业方向课程设计是一项重要的实践性教育环节，是学生在完成本专业所有课程学习后必须接受的一项结合本专业方向的、系统的、综合的工程训练。在教师指导下，运用工程的方法，通过一个较复杂课题的设计练习，可使学生通过综合的系统设计，熟悉设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，掌握必须提交的各项工程文件。 其基本目的是 ： 培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用 电路 设计和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固，加深和扩展有 关电子类方面的知识 。 通过课程设计，应能加强学生如下能力的培养： （ 1）自身的独立工作能力和创造力； （ 2）综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力； （ 3）查阅图书数据、产品手册和各种工具书的能力； （ 4）工程绘图的能力； （ 5）编写技术报告和编制技术资料的能力； 2. 设计指标与技术要求 （ 1）借助现有的单片机系统； （ 2）能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等波形； （ 3）各种波形频率可调，频率范围为 100 3000Hz； （ 4）正弦波输出电压为 5V 峰峰值，方波、三角波、锯齿波输出电压为 5V （ 5） 采用 8 位 D/A 转换器； （ 6）进行硬件 平滑滤波 ； （ 7）编写程序并调试； （ 8） 提供程序清单；。 （ 9） 能实物演示 3. 总体设计 图 1.1所示是基于单片机的多波形发生器的总体设计流程图。 课题：基于单片机的多波形发生器 2 图 1.1 总体设计流程图 3.1 总体设计功能说明： 根据设计要求，分析得本次设计需要硬件和软件两部分。 硬件上，如图。键盘输入部分主要用于选择波形。键盘共设 4 个键，用于选择 三角波、矩形波、锯齿波、正弦波 4 种不同的波形，。 89C51 单片机用来执行某一波形发生程序，向 D A 转换 器的输入端发送数据，将其转化成模拟量，并通过运算放大器调节波形的幅值，经过滤波器的滤波，从而在输出端得到所需的波形。 软件上，如图。可由硬件设计好后，再根据要求进行具体编写。程序的主要功能是： 首先程序在开始后，先判断 P0.0， P0.1 ， P0.2 相应的波形 ,然后根据选择的波形输出相应的波形 .程序将根据要求进行调节波形 .再下一步程序再判断用户继续从键盘输入要输出的波形，可以进行必要的延迟。 3.2 总体电路图 3.2 如下所示： 图 1.2 总体电路图 课题：基于单片机的多波形发生器 3 3.3 总 体程序流程图 3.2 如下所示： 图 1.3 总体程序流程图 4. 总体设计 4.1 8051 单片机 图 2.1 8051 引脚图 课题：基于单片机的多波形发生器 4 如果按功能划分，它由 8 个部件组成，即微处理器（ CPU）、数据存储器（ RAM）、程序存储器（ ROM/EPROM）、 I/O 口（ P0 口、 P1 口、 P2 口、 P3 口）、串行口、定时器 /计数器、中断系统及特殊功能寄存器（ SFR）的集中控制方式。 各功能部件的介绍： 1）数据存储器（ RAM）：片内为 128 个字节单元，片外最多可扩展至 64K字节。 2）程序存储器（ ROM/EPROM）： ROM 为 4K，片外最多可扩展至 64K。 3）中断系统：具有 5 个 中断源， 2 级中断优先权。 4）定时器 /计数器： 2 个 16 位的定时器 /计数器，具有四种工作方式。 5）串行口： 1 个全双工的串行口，具有四种工作方式。 6）特殊功能寄存器（ SFR）共有 21 个，用于对片内各功能模块进行管理、监控、监视。 7）微处理器：为 8 位 CPU，且内含一个 1 位 CPU（位处理器），不仅可处理字节数据，还可以进行位变量的处理。 8）四个 8 位双向并行的 I/O 端口，每个端口都包括一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。这四个端口的功能不完全相同。 A、 P0 口既可作一般 I/O 端口使用，又可作地址 /数据 总线使用； B、 P1 口是一个准双向并行口，作通用并行 I/O 口使用； C、 P2 口除了可作为通用 I/O 使用外，还可在 CPU 访问外部存储器时作高八位地址线使用； D、 P3 口是一个多功能口除具有准双向 I/O 功能外，还具有第二功能。 控制引脚介绍： 1）电源：单片机使用的是 5V电源，其中正极接 40 引脚，负极（地）接 20 引脚。 2）时钟引脚 XTAL1、 XTAL2 时钟引脚外接晶体与片内反相放大器构成了振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。 振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正 常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器 3） RST：当振荡器运行时，在此引脚外加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（ RST）。我们在此引脚与 VCC 之间连接一个约 8.2 千欧的下拉电阻，与引脚之间连接一个约 10 微法的电容，以保证可靠复位。在单片机正常工作时，此引脚应为 0。 5V 低电平。 4） ALE：当访问单片机外部存储器时 ALE（地址锁存允许）输出脉冲的负跳沿用于 16 位地址的底 8 位的锁存信号。即使不访问外部锁存器， ALE 端仍有 课题：基于单片机的多波形发生器 5 正脉冲信号输出，此频率约为时钟振荡器的 1/6。但是每当访问外部数据存储器时，在两个机器周期中 ALE 只出现一次，即丢失一个 ALE 脉冲。因此，严格来说，用户不能用 ALE 做时钟源或定时。 ALE 端可以驱动 8 个 TTL 负载 5） /PSEN（ 29 脚）：此脚的输出是单片机访问外部程序存储器的读选通信号。在由外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期 PSEN 两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号不出现。 /PSEN 可以驱动（吸收或者输出电平） 8 个 LSTTL 负载。 6） /EA/VPP（ 31 脚）：当 EA 端保持高电平时，单片机访问内部存储器，但在 PC 值超过 0FFFH 时，讲自动转向执行外部存储器内的程序。当 /EA 保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部存储器。 4.2 DAC0832 芯片 图 2.2 DAC0832 芯片图 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。 DAC0832 输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。 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 (如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等 )。所以这个芯片的应用很广泛 ,关于 DAC0832 的引脚功能如下： D0D7：数字信号输入端。 ILE：输入寄存器允许，高电平有效。 CS：片选信号，低电平有 效。 WR1：写信号 1，低电平有效。 XFER：传送控制信号，低电平有效。 课题：基于单片机的多波形发生器 6 WR2：写信号 2，低电平有效。 IOUT1、 IOUT2： DAC 电流输出端。 RfB：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 VREF：基准电压（ -1010V）。 Vcc：是源电压（ +5+15V）。 AGND：模拟地 NGND：数字地，可与 AGND 接在一起使用。 4.3 硬件滤波电路 图 2.3 滤波电路图 由图知，截止频率 w0 =w =1/RC，即 f =1/2pRC，再根据公式 Q=Rf/(2Rf-R2)及 Rf R2=2R 可算出 Rf及 R2 的值。 5. 调试 实验调试过程需要使用到装有 Keil C51 的 电脑、 DP-51PRO 单片机综合仿真实验仪以及 示波器，具体步骤如下： （ 1）使用导线把 A2 区 J57、 J58 接口的 /WR 引脚与 B6 区 J37 接口的 WR1、WR2 相连。 （ 2）使用导线把 A2 区 J63、 J64 接口的 A15 引脚与 B6 区 J1 接口的 /CS、 XFER相连。 （ 3）使用导线把 B6 区 J10 接口的 ILE、 Vref 引脚与 A4 区 J81 接口和 A5 区J84 接口的 VCC 相连。 （ 4）使用导线把 B6 区 J11 接口的 IOUT1 引脚与 C9 区 J71 接口的 B-相连 。 （ 5）使用导线把 B6 区 J11 接口的 IOUT2 引脚与 GND 引脚相连同时与 C9区 J71 接口的 B+相连。注意：连接时需要使用 C9 区 J30 等转接接口。 （ 6） 使用导线把 B6 区 J10 接口的 Rfb 引脚与 C9 区 J71 接口的 BOUT 相连。注意：连接时需要使用 C9 区 J36 等转接接口。 （ 7）使用导线把 C9 区 J71 接口的 V+引脚与 C9 区 J19 接口的 12V 相连。 （ 8）使用导线把 C9 区 J72 接口的 V-引脚与 C9 区 J19 接口的 12V 相连。 （ 9）使用导线连接 D7 区的 J4 和 A2 区的 P16、 P17(SCLP16、 SDAP17)，连接 D7 区 J2 的 /RST 和 A2 区 J61 的 P10，短接 D7 区的 JP1 跳线。 （ 10） 使用 Keil C51 集成开发环境，编辑源程序，生成目标文件并调试程序，观察运行结果。 课题：基于单片机的多波形发生器 7 （ 11）修改程序编程产生三角波、矩形波、锯齿波、正弦波，并用示波器观测输出波形。 附： 汇编代码 具体的程序代码如下： ORG 8000H ；此为硬件仿真调试程序，使用软件仿真或直接运行，应改为0000H MAIN:MOV A,P1 MOV R0,A ；设置高电平 MOV R1,#00H ；设置低电平 LCALL BOXING SJMP MAIN BOXING: JNB P1.0,SANJIAO ；P1.0 控制三角波的输出 JNB P1.1,JUXING ；P1.1 控制矩形波的输出 JNB P1.2,JUCHI ；P1.2 控制锯齿波的输出 JNB P1.3,ZXBO；P1.3 控制正弦波的输出 RET ；*三角波 * SANJIAO: MOV DPTR,#7FFFH ； 选中 DA0832 MOV A,#00H UP1: MOVX DPTR,A ； 向 0832 输出数据 INC A JNZ UP1 ； A=！ 0 跳转反之顺序执行 DOWN1:DEC A MOVX DPTR,A JNZ DOWN1 RET ；*矩形波 * JUXING: MOV DPTR,#7FFFH LP:MOV A,R0 ；设置输出上限 MOVX DPTR,A LCALL DEL_H ；调高电平延时程序 MOV A,R1 MOVX DPTR,A 课题：基于单片机的多波形发生器 8 LCALL DEL_L ；调低电平延时程序 RET ；*锯齿波 * JUCHI: MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#00H LOOP:MOVX DPTR,A INC A SJMP LOOP RET ；*正弦波 * ZZXBO: DA01 : MOV R7,#0FFH MOV DPTR ,#TAB DA02 : MOV A , #0H MOVC A , A+DPTR MOV R0,DPL MOV R1,DPH MOV DPTR,#7FFFH MOVX DPTR, A MOV DPL,R0 MOV DPH,R1 INC DPTR DJNZ R7,DA02 AJMP DA01 TAB : DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H DB 99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEH DB 0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5H DB 0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H, 0D4H,0D6H,0D8H DB 0DAH,0DDH,0DFH,0E1H,0E3H, 0E5H,0E7H,0E9H DB 0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1H, 0F2H,0F4H,0F5H DB 0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH, 0FBH,0FCH,0FDH 课题：基于单片机的多波形发生器 9 DB 0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FFH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FEH,0FDH DB 0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H, 0F8H,0F7H,0F6H DB 0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH, 0EEH,0ECH,0EAH DB 0E9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H, 0DEH,0DDH,0DAH DB 0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH, 0CCH,0CAH,0C7H DB 0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH, 0B7H,0B4H,0B1H DB 0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H, 9FH, 9CH, 99H DB 96H, 93H, 90H, 8DH, 89H, 86H, 83H, 80H DB 80H, 7CH, 79H, 78H, 72H, 6FH, 6CH, 69H DB 66H, 63H, 60H, 5DH, 5AH, 57H, 55H, 51H DB 4EH, 4CH, 48H, 45H, 43H, 40H, 3DH, 3AH DB 38H, 35H, 33H, 30H, 2EH, 2BH, 29H, 27H DB 25H, 22H, 20H, 1EH, 1CH, 1AH, 18H, 16H DB 15H, 13H, 11H, 10H, 0EH, 0DH, 0BH, 0AH DB 09H, 08H, 07H, 06H, 05H, 04H, 03H, 02H DB 02H, 01H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H DB 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 01H, 02H DB 02H, 03H, 04H, 05H, 06H, 07H, 08H, 09H DB 0AH, 0BH, 0DH, 0EH, 10H, 11H, 13H, 15H DB 16H, 18H, 1AH, 1CH, 1EH, 20H, 22H, 25H DB 27H, 29H, 2BH, 2EH, 30H, 33H, 35H, 38H DB 3AH, 3DH, 40H, 43H, 45H, 48H, 4CH, 4EH DB 51H, 55H, 57H, 5AH, 5DH, 60H, 63H, 66H DB 69H, 6CH, 6FH, 72H, 76H, 79H, 7CH, 80H RET ；*延时程序 * DEL_H