基于STC89C52的函数发生器

五邑大学本科毕业论文1五 邑 大 学课 程 设 计论文题目：函数发生器院 系 专 业学 号学生姓名指导教师完成日期信息工程学院自动化3114001891杨煜基刘焕成2016年 10月 24日 五邑大学本科毕业论文2目录摘 要 .2Abstract .3第 1 章绪论 .41.1 课题背景和意义 .41.2 函数发生器的发展概况 .41.3 研究的主要内容 .4第 2 章硬件设计 .52.1 单片机最小系统 .52.2 人机交互 .62.3 正负电压产生电路 .72.4 波形发生电路 .82.5 系统硬件总体框图 .9第 3 章软件设计 .113.1 系统初始化 .113.1.1 单片机初始化 .113.1.2 LCD1602 初始化 .113.1.3 中断初始化 .123.2 系统中断函数 .133.3 系统软件总框图 .13结 论 .15参考文献 .21附录 1 部分程序 .22附录 2 原理图和 PCB 图 .26五邑大学本科毕业论文3摘 要函数发生器的使用范围很广，是一种不可缺少的通用信号源。它可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其他科学领域。本课程设计主要任务是设计一个函数发生器，使能够产生正弦波、方波、三角波和锯齿波。系统使用 STC89C52 作为微控制单元、用 MAX232 产生正负电压、LCD1602 和机械按键用于人机交互、DAC0832 和运放OP07 用作电压的控制和输出、最后以 LED 的亮灭来显示输出或者截止。本系统最终可以实现基本功能。关键词 函数发生器；DAC0830；STC89C52；五邑大学本科毕业论文4AbstractFunction generator is widely used, it is an indispensable universal signal source. It can be used in production testing, equipment maintenance, laboratory and other scientific fields. The system uses STC89C52 as the micro control unit, using MAX232 to generate positive and negative voltage; using LCD1602 and the mechanical keys for human-computer interaction, DAC0832 and OP07 as the control voltage amplifier output, and the led out to display the output or cut-off. The system can realize the basic function.Key words Function generator ；DAC0830；STC89C52；五邑大学本科毕业论文5第 1 章 绪论1.1课题背景和意义函数发生器有很宽的频率范围，使用范围广，它是一种不可缺少的通用信号源。现已广泛应用于生产测试、仪器维修和实验室，不仅如此，在其他科学领域函数发生器也发挥着巨大的作用，比如：医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。对于一名电子信息类的学生来说，拥有自己的万用表，示波器和函数发生器是自己动手做电子设计所必须的。市面上的函数发生器价格少则上百多则过千，对于一名学生来说是奢侈的，所以本课程设计的主要任务是设计一台低成本便携的函数发生器。1.2函数发生器的发展概况自六十年代以来，信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，扫频信号发生器、合成信号发生器、程控信号发生器等新种类。各类信号发生器的主要性能指标也都有了大幅度的提高，同时在简化机械结构、小型化、多功能等各方面也有了显著的进展。几年来随着 GSM、GPRS、3G、BlueTooth 乃至已经被提出的标准的 4G 等移动通信以及 LMDS、无线本地环路等无线接入的发展，同时加上合成孔径雷达、多普勒冲雷达等现代军事、国防、航空航天等在科技上的不断创新与进步，世界各国非常重视频率合成器的发展。所有的这些社会需求以及微电子技术、计算机技术、信号处理技术等本身的不断进步都极大刺激了频率合成器技术的发展。可以预料，随着低价格、高时钟频率、高性能的新一代 DDS 芯片的问世，DDS 的应用前景将不可估量！1.3研究的主要内容熟悉运用电路绘图软件，使用热转印法制作印刷电路板；运用模拟电路技术课程和电路分析课程上所学习到的运算放大器的理论知识搭建电路；运用单片机原理、接口技术与课程设计课程上所学习的 51 单片机知识编写程序；培养阅读芯片手册的能力，查阅DAC0832 芯片手册，并学会驱动它；了解函数发生器的基本原理；通过程序实现发生出：正弦波、方波、三角波、锯齿波 4 种常用波形，频率从 0600Hz 可调步进量是 1Hz，峰峰值从 0-5V 可调，步进量是 0.1v。五邑大学本科毕业论文6第 2 章 硬件设计2.1 单片机最小系统本系统使用 STC89C52RC 作为微控制单元。STC89C52RC 是宏晶公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 字节系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。使 51 单片机正常工作的外部条件有 4 个：1、有可靠稳定的电源供电。2、在时钟输入引脚输入稳定的时钟。3、有可靠的复位电路。4、给 EA 脚接入高电平或低电平，为 51机指示程序代码的位置。图 2.1 为本人为满足 51 机运行条件而设计的 51 机最小系统电路。图 2.1 51 单片机最小系统五邑大学本科毕业论文72.2 人机交互本系统使用 4 个机械按键和 1 块 LCD1602 构成人机交互。LCD1602 显示输出的波形，峰峰值和频率，4 个机械按键用作改变输出的波形，峰峰值，频率以及是否输出。LCD1602 是工业字符型液晶，能够同时显示 162 即 32 个字符。1602 液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，因此用 C 语言编程十分方便。LCD1602 与最小系统是以并行连接，具体原理图如图2.2。图 2.2 LCD1602五邑大学本科毕业论文8机械按键的设计思想是，按下之后改变往单片机 IO 口输入的电平。本系统使 IO 口先接入高电平，同时接一个机械按键接地，当机械按键按下之后高电平到 IO 口的通路被短路，IO 口由高电平到低电平变化。实现的原理图如图 2.3。高电平到 IO 口之间串联一个电阻是为了限流，防止电源往 IO 口灌入电流太大，烧坏 IO 口。图 2.3 机械按键2.3 正负电压产生电路由于本系统使用正负双电源供电的运算放大器，所以必须产生正负电压。为了产生正负电压，使用美信公司的芯片 MAX232。查阅芯片手册之后可知 MAX232 内部有电荷泵电路，只需在外围增加 4 只电容就可以产生12V 的电压，电路简单方便。具体原理图如图2.4 所示。五邑大学本科毕业论文9图 2.4 MAX2322.4 波形发生电路波形发生电路是本系统的核心部分，本系统采用一片DAC0832 和两片 OP07 运算放大器构成波形发生电路。DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个 DA 芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A 转换器由 8 位输入锁存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 转换电路及转换控制电路构成。DAC0832 芯片数据输入可采用双缓冲、单缓冲和直通三种方式，本系统将 DAC0832 接成直通方式，其外围电路及单片机的连接图如图 2.5 所示。图 2.5 DAC0832五邑大学本科毕业论文10通常我们在使用 D/A 时，用的较多的是控制电压的变化，而很少去控制电流的变化，有很多 D/A 芯片是直接输出电压的，而 DAC0832 是电流输出型的 D/A，所以如果要实现电压的输出，需要在 DAC0832 输出端加入电流-电压变换电路。电流-电压的变换电路通过两片 0P07 实现，如图 2.6 所示，根据模拟电路的知识，先计算第一级运算放大电路的输入，第一级运算放大器的 6 脚连接到 DAC0832 的 反馈引脚上，这个引脚内部串联一个电阻 ，所以根据虚短和虚断得出 ，由公式得出，一片放大电路只能输 =出负的电压，因此要输出正的电压需加多一级放大电路，使电压反转为正电压。现在计算第二级放大电路的电压输出 ，由于 和 的取值都是 10K，所以= 45 4 5，从而使负电压变成正电压输出。= 图 2.6 电流-电压转换电路2.5 系统硬件总体框图系统硬件的总体框架是，系统从外部供电，供电电压为 5v，供电直接供给 MAX232，使之输出12v 的电压为运算放大器供电。电源，晶振电路，复位电路都与 STC89C