毕业设计（论文）-基于单片机的智能信号发生器.doc

提供全套，各专业毕业设计 西安航空西安航空职业职业技技术术学院学院 毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文） 论论文文题题目：基于目：基于单单片机的智能信号片机的智能信号发发生器生器 所属学院：所属学院： 电电子工程学院子工程学院 指指导导老老师师： ： 职职 称：称： 学生姓名：学生姓名： 班班级级、学号、学号: 专专 业业： ： 西安航空西安航空职业职业技技术术学院制学院制 2015 年 1 月 16 日 西安航空西安航空职业职业技技术术学院学院 毕业设计毕业设计（ （论论文）任文）任务书务书 题题目：目： 基于基于单单片机的智能信号片机的智能信号发发生器生器 任任务务与要求：与要求：1.频频率和幅度可率和幅度可调调，并能，并能显显示。示。 2.能能产产生正弦波，方波，三角波三种波形。生正弦波，方波，三角波三种波形。 3.使用使用 proteus 仿真仿真验证验证。 。 时间时间： ： 2014 年 11 月 24 日 至 2015 年 1 月 16 日 共 8 周 所属学院：所属学院： 电电子工程学院子工程学院 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 专业专业： ： 指指导单导单位或教研室：位或教研室： 指指导导教教师师： ： 职职 称：称： 西安航空西安航空职业职业技技术术学院制学院制 2015 年 1 月 16 日 毕业设计毕业设计(论论文文)进进度度计计划表划表 日日 期期工工 作作 内内 容容执执 行行 情情 况况 指指导导教教师师 签签 字字 20141124 20141130 领取论文题目完成 2014. 12. 1 2014. 12. 7 收集相关资料完成 2014.12.8 2014.12.21 绘制各模块流程图完成 2014.12.22 2014.12.28 绘制整体原理图完成 2014.12.29 2015.1.4 数据、图表分析完成 2015.1.15 2015.1.11 软件设计完成 2015.1.12 2015.1.16 撰写毕业设计论文完成 教教师对进师对进度度计计划划 实实施情况施情况评评价价 指指导导教教师签师签名：名： 年年 月月 日日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 基于单片机的智能信号发生器 【摘要】 本文所设计的系统是利用 at89s52 单片机和数模转换器件 dac0832 产生所 需不同信号的低频信号源，即采用 at89s52 单片机作为控制核心，而在外围采 用数字/模拟转换电路（dac0832） 、运放电路（lm324） 、按键和 lcd 液晶显示电 路等，通过按键可控制产生方波、三角波、正弦波，同时用 lcd 液晶显示指示 对应的波形输出各项数据。 本文所设计的系统设计简单、性能优良、性价比高，可用于多种需要低频 信号源的场所，具有一定的实用性。 关键字关键字: :单片机；信号发生器；d/a 转换；运算放大；dac0832。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 intelligent signal generator based on mcu abstract: the system designed in this paper is a low frequency signal source using at89s52 scm and dac0832 generated by different signals, which uses at89s52 micro cont roller as the control core, and uses the digital / analog conversion circuit in the periphery (dac0832), op amp circuit (lm324), the key and lcd display circuit, through the buttons can be controlled fang produced, saw tooth wave, triangle wave, sine wave, at the same time with lcd liquid crystal display waveform output the data indicate the corresponding. the system designed in this paper has the advantages of simple design, excellent performance, high cost performance, can be used for a variety of needs of low frequency signal source place, has a certain practicality. keykey words:words: scm; signal generator; d/a conversion; operational amplifier; dac0832. 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 目目 录录 1 1 绪绪 论论1 2 2 整体思路整体思路3 2.1 设计思路3 2.2 设计要求 3 2.3 系统方案的选择3 2.4 控制芯片的选择3 3 3 系统硬件设计系统硬件设计.5 3.1 基本原理5 3.2 单片机最小系统及单片机的资源分配6 3.2.1 单片机最小系统介绍6 3.2.2 at89c52 单片机的硬件结构7 3.2.3 at89c52 管脚说明8 3.3 单片机资源分配10 3.4 各部分电路原理10 3.4.1 按键电路原理.11 3.4.2 d/a 转换电路原理11 3.4.3 lcd1602 显示电路13 3.4.4 数据处理模块.15 4 4 程序设计程序设计16 4.1 软件总体设计16 4.2 正弦函数模块17 4.3 方波产生模块18 4.4 三角波产生模块19 5.5.仿真结果与分析仿真结果与分析20 5.1 仿真和编译工具.20 5.1.1proteus 仿真软件20 5.1.2keil 编译软件20 5.2 系统仿真与分析21 附录附录 1 1 总体原理图总体原理图23 附录附录 2 2 源程序源程序.24 结结 束束 语语32 参考文献参考文献33 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 1 1 绪绪 论论 波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各种电子电路实 验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为 纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。 波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、 高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位 变换和频率稳定性高等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值 、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动 测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。 在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器 介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用 标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个 时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸 大、价格贵、功耗大等缺点。 在 70 年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、a/d/和 d/a，硬件和 软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。这时期的波形发生器多 以软件为主，实质是采用微处理器对 dac 的程序控制，就可以得到各种简单的 波形。 当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的 进步，给人们带来了根本性的转变，在现代电子领域中，单片机的应用正在不 断的走向深入，这必将带来一场仪器设备高度智能化的全面革命。随着集成电 路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器，而用集成电 路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频 率稳定性等性能指标，都有了很大的提高，特别是单片机应用技术的不断成熟 ，导致传统控制与检测技术的快速革新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高 性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域中得以极为广泛的应用 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 ，特别是在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计 算机等技术领域处处可以看见它的应用。 一块单片机芯片就是一台微型计算机，在某些应用领域中，它能够承担大 中型计算机和通用微型计算机无法完成的一些工作。单片机之所以能够在各个 领域中都得到如此迅猛的发展，主要是因为它具有很多显著的优点和特点，归 纳起来有以下几方面： 1. 具有优异的性能价格比：单片机尽可能地把应用所需的存储器,各种功 能的 i/o 接口集成在一块芯片内,因而其性能很高,而价格却相对较低廉,即性 能价格比很高。 2. 集成度高、体积小、可靠性高：单片机把各种功能部件集成在一块芯片 上，因而集成度高，均为大规模或超大规模集成电路。又内部采用总线结构， 减少了芯片之间的连线，这大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。同时， 其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。 3. 控制功能强：单片机体积虽小，但“五脏俱全” ，它非常适用于专门的 控制用途。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移 指令，i/o 口的逻辑操作指令以及位操作指令。其逻辑控制功能及运行速度均 高于同一档次的微机。 4. 低电压、低功耗：单片机大量用于携带式产品和家用消费类产品，低电 压和低功耗尤为重要。目前，许多单片机已可在 2.2v 电压下运行,有的已能在 1.2v 或 0.9v 下工作，功耗降至 a 级,一粒钮扣电池就可长期使用。 利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其下限频率很低。具有线 路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛 等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。只 要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3 2 2 整体思路整体思路 2.12.1 设计思路设计思路 本函数信号发生器是由 at89c52 芯片产生我们希望输出的正弦波、三角波、 方波。它是本制作的核心，当然随带的频率计用于显示输出频率，它是由单片 机 at89s52 控制的，由于用单片机所能测的频率范围有限，直接所计数的频率 最大只能达到 500khz，为了能够测得更高的频率，所以加上分频器进行分频后 再加到 at89c52 的外部中断入口。考虑到小信号时，所以必须加放大，然后整 形才能达到分频器的输入要求。至于显示部分就用 lcd1602 显示屏。 2.22.2 设计要求设计要求 设计一个多功能信号发生器，可以产生正弦波、三角波、方波、三种波形。 波形的频率、幅值均为连续可调。实现多功能信号发生器波形种类、波形的频 率的显示。自选器件，实现多功能信号发生器的硬件设计。可自行扩展功能， 使之更加完善。 2.32.3 系统方案的系统方案的选择选择 方案一：采用分立元件实现非稳态的多谐振振荡器，然后根据需要加入积 分电路等构成正弦、矩形、三角等波形发生器。这种信号发生器输出频率范围 窄，而且电路参数设定较繁琐，其频率大小的测量往往需要通过硬件电路的切 换来实现，操作不方便。 方案二：采用 dds 即直接数字频率合成技术设计信号发生器是一种要运用 数字技术来实现产生信号的方法。由于运用了全数字大规模集成技术，具有体 积小、频率分辨率高、信号纯度高等特点，但是 dds 芯片价格较为昂贵，且设 计较为复杂。 方案三：采用单片机和 dac0832 数模转换器生成波形，由于是软件滤波， 所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。它的特点是价格低、 性能比高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。 方案选择：方案三较方案一而言，具有频率高，工作稳定，容易调试等特 性；较方案二而言，具有结构简单，成本低等特性。因此方案三既可满足毕业 设计的基本要求，又能充分发挥其电路简单、易控制、性价比较高的优势，经 比较采用方案三。 2.42.4 控制芯片的选择控制芯片的选择 方案一：at89c52 单片机是一种高性能 8 位单片微型计算机。它把构成计 算机的中央处理器 cpu、存储器、寄存器、i/o 接口制作在一块集成电路芯片中， 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4 从而构成较为完整的微型计算机。 方案二：c8051f005 单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与 at80s52 兼容的微控制器的内核，与 mcs-51 指令集完全兼容。除了具有标准 at80s52 的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模 拟部件和其他数字外设及功能部件。 方案选择：方案二中 c8051f005 芯片系统内部结构复杂，不易控制，芯片 成本高，对于本系统而言利用率低，at89c52 芯片比较常用，简单易控制，成 本低，性能稳定，故采用方案一。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 5 3 3 系统硬件设计系统硬件设计 3.13.1 基本原理基本原理 系统总体框图如图 3-1 所示 按按键键单片机单单片片机机最最小小系系统统 波波形形指指示示 电电源源 电电流流、电电压压转转换换输输出出数数模模转转换换 图 3-1 系统总体框图 数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号，因此可通过产生数字信号 再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。单片机接数模转换器和运算放 大电路，用用户通过按钮选择输出 3 种基本波形：方波、正弦波和三角波。 方波由单片机将最大值和最小值输出给 d/a 转换器进行转换，并由用户通 过按钮开关选择波形周期。与微处理器兼容的 8 位数模转换器 dac8032 进行转 换为模拟电压信号，通过运放电路得到方波、正弦波和三角波，波形保证了它 的精度、平滑、稳定。 正弦波采用定点法来产生波形，即将一个周期的正弦波按 360 度等分为若 干点，计算出各点的正弦函数值，并转换相应的 d/a 转换器输入数值，这样得 到一个正弦函数表。通过程序将该表程序存储器中，利用单片机的定时器来产 生定时，每当定时时间到，查表的该点对应的输出值，然后通过 d/a 转换器转 换得到该点的对应电压值。如此，反复的查表输出，就得到所谓的正弦波。由 于一个周期正弦波的点数固定，改变定时器的定时值，就可以改变正弦波的频 率值。 三角波的产生类似于正弦波。方波的产生较简单，只要交替地将最大值和 最小值输出给 d/a 转换器进行转换即可，它们的延续时间为周期的一半。 函数信号发生器系统主要由 cpu(即单片机)、d/a 转换电路、按键和 lcd1602 显示电路组成。其工作原理为当第一次按下与 p2.0 连接的按键时会产 生一个正弦波函数，当第二次按下与 p2.0 连接的按键时会产生方波函数，第三 次按下与 p2.0 连接的按键时会产生一个三角波函数。按下 p2.1 和 p2.2 会改变 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 6 所产生的函数的频率。按下 p2.3 是会增加所产生的波形的幅度，按下 p2.4 时 会减小所产生的波形的幅度。通过数模转换模块对单片机产生的信号电压电流 的转换，通过放大器对变换后的信号进行放大处理后输出。 3.23.2 单片机最小系统及单片机的资源分配单片机最小系统及单片机的资源分配 3.2.13.2.1 单片机最小系统介绍单片机最小系统介绍 单片机最小系统如图 3-2 所示。单片机最小系统由单片机、晶振电路、复 位电路三部分组成。 图 3-2 at89c52 单片机最小系统 (1) 晶振电路 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方 式。 在引脚 xtal1 和 xtal2 外接晶体振荡器（简称晶振） ，就构成了内部振 荡方式。由于单片机内部有一个高增益反向放大器，当外接晶振后，就构成了 自激振荡器，并产生振荡时钟脉冲。晶振通常选用 6mhz、12mhz 或 24mhz。内部振荡方式如图 3-3 所示。图中电容 c1、c2 起稳定振荡频率、快 速起振的作用。电容值一般为 530pf。内部振荡方式所得时钟信号比较稳定， 实用电路中使用较多。 外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 片机的时钟与外部信号保持一致。外部振荡方式电路如图 3-4 所示。 xtal1 xtal2 gnd c1 c2 xtal1 xtal2 gnd 悬空 外部时钟 xtal1 xtal2 gnd 外部时钟 悬空 hmoscmos 图 3-3 内部振荡方式 图 3-4 外部振荡方式 （2）复位电路 单片机的复位是靠外电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的 rst 引脚上出现 24 个时钟振荡脉冲（2 个机器周期）以上的高电平，单片机便 实现初始化状态复位。为了保证应用系统可靠地复位，通常是 rst 引脚保持 10ms 以上的高电平，根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复 位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电或 开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关 操作也能使单片机复位。上电后，由于电容 c3 的充电和反相门的作用，使 rst 持续一段时间的高电平。复位电路连接如图 2-5 所示。此电路仅用一个电容及 一个电阻。系统上电时，在 rc 电路充电过程中，由于电容两端电压不能跳变， 故使 reset 端电平呈高电位，系统复位。经过一段时间，电容充电，使 reset 端呈低电位，复位结束。复位电路如图 3-5 所示。 图 3-5 复位电路图 3.2.23.2.2 at89c52at89c52 单片机的硬件结构单片机的硬件结构 如图 3-6 所示，为 at89c52 的硬件结构图。at89c52 单片机的内部结构与 mcs-51 系列单片机的构成基本相同。cpu 是由运算器和控制器所构成的。运算 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8 cpu 定时器 时钟 计数器 输入输出接 口 串行口通信ramflash 器主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作的。控制器是单片机的指挥 控制部件，主要任务的识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件， 从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。它的程序存储器为 8k 字节可重擦 写 flash 闪速存储器，闪烁存储器允许在线+5v 电擦除、电写入或使用编程器 对其重复编程。数据存储器比 51 系列的单片机相比大了许多为 256 字节 ram。at89c52 单片机的指令系统和引脚功能与 mcs-51 的完全兼容。at89c52 为 8 位通用微处理器，其引脚图如图 3-7 所示。 图 3-6 at89c52 硬件框图 图 3-7 at89c52 的引脚图 at89c52 单片机采用工业标准的 c51 内核，在内部功能及管脚排布上 与通用的 8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制 。主要性能参数 有 8k 字节可重擦写 flash 闪速存储器、1000 次可擦写周期、全静态操作： 0hz-24mhz、三级加密程序存储器、2568 字节内部 ram、32 个可编程 i/o 口、 3 个 16 位定时/计数器、8 个中断源、可编程串行 uart 通道、低功耗空闲和掉 电模式。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 9 3.2.33.2.3 at89c52at89c52 管脚说明管脚说明 vcc：电源 gnd：接地 p0 口：p0 口是一个 8 位漏级开路的双向 i/o 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 ttl 逻辑电平。对 p0 口端口写“1”时，引脚作高阻抗输入。当访问外部 程序和数据存储器时，p0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下， p0 具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时，p0 口也用来接受指令字节：在程序效验时，输出指令字 节。程序效验时，需要外部上拉电阻。 p1 口：p1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位是双向 i/o 口，p1 的输出缓 冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑电平。对 p1 口写“1”时，内部 上拉电阻的原因，将输出电流 ill。 此外，与 at89c51 不同之处是，p1.0 和 p1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入（p1.0/t2）和输出（p1.1/t2ex） 。 在 flash 编程和校验时，p1 口接收低 8 位地址字节。 p2 口：p2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 输出缓冲级 可驱动吸收或输出电流 4 个 ttl 逻辑电平。对 p2 口写“1”时，通过内部上拉 电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的 引脚由于内部电阻的原因，将输出电流 ill。 在访问外部好曾许存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器时，p2 口送 出高 8 位地址。在这种应用中，p2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位 地址访问外部数据存储器时，p2 口输出 p2 锁存器的内容。在 flash 编程和校 验时，p2 口接收低 8 位地址字节和一些控制信号。 p3 口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p3 输出缓冲级 可驱动（吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑电平。对 p3 口写“1”时，内部上拉 电阻把端口拉高，此时可以作为输入端口使用。作为输入使用时，被外部拉低 的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流 ill。p3 口除了作为一般、的 i/o 口 线外，更重要的是它的第二功能，如表 3.1 所示。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 10 引脚号第二功能 p3.0 rxd（串行输入） p3.1 txd（串行输出） p3.2 int0（外部中断 0） p3.3 int1（外部中断 1） p3.4 t0（定时器 0 外部输入） p3.5 t1（定时器 1 外部输入） p3.6 wr（外部数据存储器写选通） p3.7 rd（外部数据存储器读选通） 表 3.1 p3 口引脚第二功能 在 flash 编程和校验时，p3 口也接收一些控制信号。 rst：复位输入。晶振工作时，rst 脚持续 2 个机器周期以高电平将使用 单片机复位。 ale/prog：地址锁存器控制信号（ale）是访问外部程序存储器时，锁存 低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（prog）也使用作编程输 入脉冲。 在一般情况下，ale 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外 部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ale 脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为 8eh 的 sfr 的第 0 位置“1” ，ale 操作无效。这 一位置“1” ，ale 仅在执行 movx 或 movc 指令时有效。否则，ale 将被微弱拉高。 这个 ale 使能标志位的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 psen：外部程序储存器选通信号（psen）是外部程序存储器选通信号。 当 at89c52 从外部程序存储器执行外部代码时，psen在每个机器周期被激活 两次，而在访问外部数据储存器时，psen将不被激活。 /ea vpp：访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000hffffh 的外 部程序存储器读取指令，ea端必须保持低电平（接地） 。为了执行内部程序指 令，ea应该接 vcc。 在 flash 编程期间，ea也接受 12 伏 vpp 电压。 xtal1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 xtal2：振荡器反相放大器的输出端。 3.33.3 单片机资源分配单片机资源分配 晶振采用 12mhz，复位电路接在复位口，p0 口与 dac0832 的 di0-di7 数 据输入端相连，p2.0-p2.4 接五个按键，p2.0 接的按键是控制波形的转换， p2.1 和 p2.2 是改变波形的频率的。p2.3 和 p2.4 是改变波形的幅度的。p1 口 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 11 向液晶显示屏传送数据，p3.2-p3.4 是对液晶显示屏进行控制。 3.43.4 各部分电路原理各部分电路原理 3.4.13.4.1 按键电路原理按键电路原理 按键电路如图如图 3-8 所示。按键电路主要是通过按键来控制函数的参数 和名称。 图 3-8 按键电路原理 3.4.23.4.2 d/ad/a 转换电路原理转换电路原理 本设计模数转换采用常见的芯片：dac0832，本设计采用直通方式进行模数 转换。为了简洁起见，在仿真图中采用网络节点的方式进行连线，从单片机 p0 口输出的数据直接连接到模数芯片 dac0832 的数据口。 本次试验选择的 d/a 转 化器是 dac0832,是一款 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 内部有输入寄存器和 dac 寄存器，所以无需外部连接专门的锁存器。dac0832 内部结构图和引脚图如图 3-8 和 3-9 所示。通常 dac0832 有三种不同的工作方式，主要依据对数据锁存 器和 dac 锁存器的控制方式划分：直通方式，单缓冲方式和双缓冲方式。 其中直通方式 cs,xfer,wr1 和 wr2 直接接低电平，dac0832 随时转换输入的数 据，这种方式比较简单，占用的 i/o 口也比较少，但是当需要 i/o 口做扩展的 时候容易受到干扰。 单缓冲方式者把数据锁存器和 dac 锁存器的使能端接在一起，只需要一组 信号就能同时控制两个寄存器的。 双缓冲方式是将数据锁存器和 dac 锁存器分开单独控制，这种做法容易占 用大量的 i/0 口。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 12 综上所诉，本次设计采用了单缓冲控制方式 图 3-9 dac0832 内部结构图 图 3-10 daca0832 引脚图 （1）daca0832 各引脚的功能如下： d0d7：8 位数据输入线， ttl 电平，有效时间应大于 90ns(否则锁存 器的数据会出错 )； ile：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； cs：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效； wr1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。 由 ile、cs、wr1 的逻辑组合产生 le1，当 le1 为高电平时，数据锁存器状 态随输入数据线变换， le1 的负跳变时将输入数据锁存； xfer：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 13 500ns）有效； wr2：dac 寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由 wr1、xfer 的逻辑组合产生 le2，当 le2 为高电平时， dac 寄存器的输出随 寄存器的输入而变化， le2 的负跳变时将数据锁存器的内容打入dac 寄存 器并开始 d/a 转换。 iout1：电流输出端 1，其值随 dac 寄存器的内容线性变化； iout2：电流输出端 2，其值与 iout1 值之和为一常数； rfb：反馈信号输入线，改变 rfb 端外接电阻值可调整转换满量程精度； vcc：电源输入端， vcc 的范围为+5v+15v； vref：基准电压输入线， vref 的范围为-10v+10v； agnd：模拟信号地 dgnd：数字信号地 （2）dac0832 主要性能参数 1. 分辨率为 8 位； 2. 电流稳定时间 1us； 3. 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入； 4. 只需在满量程下调整其线性度； 5. 单一电源供电（ +5v+15v） ； 6. 低功耗，200mw。 3.4.33.4.3 lcd1602lcd1602 显示电路显示电路 lcd1602 显示电路主要是通过 lcd1602 来显示所产生波形的名称、频率和 幅值。lcd1602 是字符型液晶显示模块。字符型液晶显示模块是一种专门用于 显示字母、数字、符号等点阵式 lcd。lcd1602 显示电路如图 3-10 所示。 图 3-11 lcd1602 显示电路 如图 3-11 所示，1602 的八位数据端接单片机的 p1 口，其三个使能端 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 14 rs、rw、e 分别接单片机的 p3.2p3.4。通过软件控制液晶屏可以显示波形的 种类以及波形的频率。 （1）lcd1602 主要技术参数 显示容量:162 个字符 芯片工作电压:4.55.5v 工作电流:2.0ma(5.0v) 模块最佳工作电压:5.0v 字符尺寸:2.954.35(wh)mm （2）lcd1602 引脚功能说明 lcd1602 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说 明如表 3-3 所示。 表 3-3：引脚接口说明表 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1vss 电源地 9d2 数据 2vdd 电源正极 10d3 数据 3vl 液晶显示偏压 11d4 数据 4rs 数据/命令选择 12d5 数据 5r/w 读/写选择 13d6 数据 6e 使能信号 14d7 数据 7d0 数据 15bla 背光源正极 8d1 数据 16blk 背光源负极 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 15 3.4.43.4.4 数据处理模块数据处理模块 主要用 lm324 构成电流转电压和反向比例放大电路用来处理 dac0832 处理 的数据，如图 3-12 所示。 图 3-12 电流转电压和反相比例放大电路 上图中第一级运算放大器的作用是将 dac0832 输出的电流信号转化为电 压信号 v1，第二级运算放大器的作用是将 v1 通过反向放大电路-（r2/r1）倍。 lm324 管脚排列如下图 3-13 所示： 图 3-13 lm324 管脚图 lm324 时四运放集成电路 ，它采用 14 脚双列直插塑料封袋，外形如上图 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，四组运 放相互独立。每一组运算放大器可用图中所示的符号来表示，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， “out”为输 出端。两个信号输入端中， “-”为反相输入端，表示运放输出端 out 的信号与 该输入端的为相反；“+”为同相输入端，表示运放输出端 out 的信号与输入端 的相位相同。lm324 的引脚排列见图 3-13。 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， 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 16 价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。 4 4 程序设计程序设计 4.14.1 软件总体设计软件总体设计 应用系统中的应用软件是根据系统功能要求而设计的，能可靠地实现系统 的各种功能。一个优秀的应用系统的应具有下列特点： （1）根据软件功能要求，将系统软件分成若干个独立的部分。设计出软件 的总体结构，使其结构清晰、流程合理。 （2）要树立结构化程序设计风格，各功能程序模块化、子程序化。既便于 调试、链接，又便于移植、修改。 （3）建立正确的数学模型。即根据功能要求，描述各个输入和输出变量之 间的数学关系，它是关系到系统好坏的重要因素。 (4)为提高软件设计的总体效率，以简明、直观法对任务进行描述，在编写 应用软件之前，应绘制出程序流程图。 (5)要合理分配系统资源，包括 rom、ram、定时/计数器、中断资源等。 (6)注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。 (7)加强软件抗干扰设计，它是提高系统应用可靠性的有利措施。 本系统的软件包括以下几个程序模块：按键处理程序、中断服务程序、正 弦波发生程序、三角波发生程序、方波发生程序； 总体流程图如图 4-1 所示。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 17 有有按按键键按按下下？ 开开始始 初初始始显显示示 k ke ey y3 3按按下下k ke ey y2 2按按下下 k ke ey y1 1按按下下 输输出出三三 角角波波 输输出出方方 波波 输输出出正正 弦弦波波 频频率率f f减减小小频频率率f f增增大大 f fu un n= =3 3f fu un n= =2 2f fu un n= =1 1 f fu un n+ + + 是是 否否 k ke ey y4 4按按下下k ke ey y5 5按按下下 幅幅度度增增大大幅幅度度减减小小 图 4-1 程序流程图 4.24.2 正弦函数模块正弦函数模块 正弦波波形设计通过查表指令得出。正弦波程序框图如图 4-2 所示。 图 4-2 正弦波程序框图 开始 a=正弦函数表数 据 a送到dac0832输 出 dptr+1 a=256? 是否 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 18 4.34.3 方波产生模块方波产生模块 方波产生是当 a 中的内容为 0 时，输出对应模拟量，然后延时，当 a 中的 内容为 0ffh 时，同样输出对应模拟量，再延时，从而得到方波。方波程序框图 如图 4-3 所示。 开开始始 a a= =0 00 0h h a a= =f ff fh h 延延时时 a a送送到到d da ac c0 08 83 32 2 输输出出 延延时时 a a送送到到d da ac c0 08 83 32 2 输输出出 图 4-3 方波程序框图 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 19 4.44.4 三角波产生模块三角波产生模块 三角波产生通过 a 中数值的加一递升，当 a 中的内容加到为 0 时， a 中的 内容减一递减，从而循环产生三角波。三角波程序框图如图 4-4 所示。 开开始始 a a= =0 00 0h h a a送送到到d da ac c0 08 83 32 2 输输出出 a a= =a a+ +1 1 a a= =0 00 0h h? ?a a= =a a+ +1 1 a a送送到到d da ac c0 08 83 32 2 输输出出 a a= =0 00 0h h? ? 否否是是 是是 否否 图 4-4 三角波程序框图 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 20 5.5.仿真结果仿真结果与分析与分析 5.15.1 仿真仿真和编译工和编译工具具 5.1.1proteus5.1.1proteus 仿真软件仿真软件 有了 protel、multisim、proteus、psice 等一系列的软件的存在，就此便 可以以虚代实、以软代硬，独立建立一个完善的虚拟实验室。代替了在实验室 和教室里的以实物进行实践的方式，可以在计算机上学习电工基础，模拟电路、 数字电路、单片机应用系统等课程，并进行电路设计、仿真、调试等。因此这 一系列的软件受到广大电子设计爱好者的青睐，是他们工作、学习上难得的工 具软件，也因此它们在全球得到了广泛应用。 其中，proteus 软件提供多达 30 多个元件库，元件涉及到数字和模拟、交 流和直流等，有 ram、rom、键盘、马达、led、lcd、ad/da、部分 spi 器件、 部分 ic 器件，编译方面支持 keil 和 mplab 等编译器。它的功能强大，集电路 设计、制版及仿真等多种功能于一身，不仅能够对电工、电子技术学科涉及的 电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，也能仿真单片机外 围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。它还提供多种现实存在的虚 拟仪器，这些仪表有极高的输入阻抗、极低的输出阻抗，可以尽可能减少仪器 对测量结果的影响。 此外，proteus 软件还有图形显示功能，可以将线路上变化的信号以图形 的方式实时地显示出来。对于单片机硬件电路和软件的调试，proteus 提供了 两种方法：系统总体执行效果和对软件的分步调试。它还提供了比较丰富的测 试信号用于电路的测试，这些测试信号包括模拟信号和数字信号。在用 proteus 进行仿真和程序调试时，可以从工程的角度直接看程序运行和电路工 作的过程和结果。它还提供 schematic drawing、spice 仿真与 pcb 设计功能， 同时可以仿真 pic、avr、51 系列等常用的 mcu，并提供周边设备的仿真，例如 示波器、373、led 等。 5.1.2keil5.1.2keil 编译软件编译软件 keil c51 是美国 keil software 公司出品的 51 系列兼容单片机 c 语言软 件开发系统，与汇编相比，c 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有 明显的优势，因而易学易用。keil 提供了包括 c 编译器、宏汇编、连接器、库 管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发 环境（uvision）将这些部分组合在一起。运行 keil 软件需要 win98、nt、win2000、winxp 等操作系统。如果使用 c 语言编程，那么 keil 几 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 21 乎就是不二之选，即使不使用 c 语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成 环境、强大的软件仿真调试工具也会事半功倍。keil c51 生成的目标代码效率 非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更 能体现高级语言的优势，与汇编相比，c 语言有明显的优势，用过汇编语言后 再使用 c 来开发，体会更加深刻。keil c51 软件提供丰富的库函数和功能强大 的集成开发调试工具，全 windows 界面，是一个非常实用的编译软件。 5.25.2 系统仿真系统仿真与分析与分析 打开 proteus 仿真原理图，用 keil 软件对程序进行编译，生成 hex 文件， 点击运行。正弦波仿真图如图 5-1 所示。方波仿真图如图 5-2 所示。三角波仿 真图如图 5-3 所示。显示部分测试结果如图 5-4 所示。 图 5-1 正弦波仿真图 图 5-2 方波仿真图 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 22 图 5-3 三角波仿真图 图 5-4 显示部分测试结果 本系统仿真结果，满足设计需求。实际操作灵活，使用方便。通过按键来 控制输出不同的波形，在仿真输出图中可以看到 wave 显示波形名称，并可以利 用频率增大键和减小键来控制频率的大小，同时可以通过幅度调整按键来控制 波形的幅度。通过上述结果可以看到对应不同频率的不同波形。但是在仿真中 由于 dac0832 量化电平的缘故无法让该波形发生器的频率做的很高，同时频率 步进的最小值为一，使得信号波形发生器的精确度有所下降，这也是本次设计 中的不足之处，但总体的设计基本满足了设计的要求，顺利完成了设计主要内 容。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 23 附录附录 1 1 总体原理图总体原理图 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 24 附录附录 2 2 源程序源程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit lcdrs=p32; sbit lcdrw=p33; sbit lcde=p34; sbit d=p27; sbit s1=p20; sbit s2=p21; sbit s3=p22; sbit s4=p23; sbit s5=p24; sbit cs=p35; sbit wr=p36; uchar slnum,a,a1,a0,ys,j; uchar v=50; uint fre; void delay(uint z) uint i,j; for(i=z;i0;i-) for(j=110;j0;j-); void delay1(uint y) uint i; for(i=y;i0;i-); uchar code tosin256= 0x80,0x82,0x85,0x88,0x8b,0x8e,0x91,0x94,0x97,0x9a,0x9d,0xa0,0xa3, 0xa6, 0xa9,0xac,0xaf,0xb2,0xb6,0xb9,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc, 0xcf, 0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea, 0xec, 0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc, 0xfd, 0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff, 0xff, 0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2, 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 25