基于51单片机的信号发生器学年论文.doc

内蒙古大学本科学年论文 第21页学校代码 10126 学号 分 类 号 密级 本科学年论文（设计）基于51单片机的信号发生器 学 院 电子信息工程学院 专业名称 通信工程 年 级 学生姓名 指导教师 摘要本文是基于单片机的信号发生器的设计，以89C51单片机为核心,通过扩展D/A转换器，得到能输出方波、锯齿波、三角波和正弦波等常用波形的函数信号发生器的设计方案。用这种方法设计的函数信号发生器能够实现各种波形的选择,并且可以调节其幅度和频率，能够较好地满足一般电子系统设计和调试等要求。关键词：单片机,信号发生器, D/A 转换器目录第一章 绪论 -3 1.1设计要求-3 1.2设计方案 -3第二章 硬件框图及模块设计-4 2.1硬件设计框图-4 2.2信号产生与复位电路-42.3波形选择电路-52.4幅频调节电路-62.5数模转换电路-62.6系统电路总图 -7第三章 程序设计及电路仿真结果-83.1方波的产生- -83.2锯齿波的产生-103.3三角波的产生-123.4正弦波的产生-143.5主程序的设计-17第四章 设计总结-19致谢 -20参考文献-21第一章 绪论1.1设计要求设计一个由单片机控制的信号发生器。运用单片机系统控制产生多种波形，这些波形包括方波、锯齿波、三角波和正弦波等，该信号发生器所产生的波形的幅度和频率均可调节。1.2设计方案 方案一：采用模拟电路搭建函数信号发生器，它可以同时产生方波、三角波、正弦波。但是这种模块产生的不能产生任意的波形（例如梯形波），并且频率调节很不方便。方案二：NE555数字芯片结合外围电路，组成波形发生器，能够产生方波，三角波，正弦波，电路简单，频率和幅值都能调节，但频率往往不够稳定。 方案三：利用单片机设计一个函数发生器，可以产生正弦波、方波等。该设计操作简单，易于实现，并能实现幅度和频率的调节。 经比较，方案三既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比高，所以采用该方案。 第二章 硬件框图及模块设计2.1 硬件设计框图实际中的函数信号发生器,通常要求输出信号的幅度在05v,频率在10020000Hz，而单片机89C51的外部要求与系统频率正好与之匹配。利用振荡电路、复位电路与单片机一起构成一个单片机系统，各种波形由单片机编程产生，波形数据通过P0口送D/A转换，D/A转换后经过放大滤波后输出，具体设计框图如图2-1所示。 +15V 振荡 电路XTAL1XTAL2 P0 RST 单片机P2P3 P1 VREF+ VREF- D/A 转换D/A转换器 复位电路 GND 波形 输出滤波放大频率调整波形切换 波形指示 图 2-1 电路设计方案框图2.2信号产生与复位电路由89C51单片机外接12MHz的石英晶体,选择2个30pF左右的微调电容和内部时钟电路一起构成12MHz的晶体振荡器。89C51在启动时需要复位电路选择上电自动复位电路,使89C51和系统的各个部件处于一种确定的初始状态。复位信号从89C51的RST引脚输入,高电平有效,其有效电平应维持至少2个机器周期。若采用12MHz的晶振,则复位信号至少应持2s以上,才可以保证可靠复位。具体连接图如图2-2所示。图2-2 信号产生与复位电路2.3波形选择电路利用4位DIP开关，接在P1口，单片机每发送完一个完整的波后接下来读DIP数据，再根据DIP的数据决定产生下一步输出的波形。具体电路图如2-3所示。图2-3 波形选择电路2.4幅频调节模块DAC0832的模拟量输出范围在VREF（）到VREF（+）之间，因此，调节VREF的值，即可实现调节输出波形的幅度。频率控制是通过调整输出数据之间的间隔时间实现的。为了达到在线调节频率的目的，P3口每送一个数据，接下来从P2口读入控制延时的参数，从而实现频率调节。图2-4 幅频调节连线2.5数模转换模块图2-5为DAC0832与89C51单片机组成的D/A转换电路。图中, 89C51通过线选法扩展D/A转换芯片DAC0832，将DAC0832的数据端通过总线与89C51的P0口相连。图2-5 DAC0832与89C51接口图2.6 系统电路总图 图2-6 总电路图 第三章 程序设计及电路仿真结果3.1 方波的产生 设R0=0P0=0口输出0FFH读P2状态，取反后存入R3以R3为延时常数，延时R0=R0+2NR0=254 YR0清零P0口输出00H读P2状态，取反后存入R3以R3为延时常数，延时R0=R0+2NR0=254 Y返回图3-1 方波程序流程图方波程序代码：SQUARE: MOV R0,#00H J11: MOV P0,#0FFH ;P0口输出0FFH MOV P2,#0FFH MOV A,P2 ;读P2口状态 CPL A ;取反 MOV R3,A L11: DEC R3 CJNE R3,#255,L11 ;比较若R3不等于255，转向L11 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,J11 ;比较若R0不等于254，转向J11 MOV R0,#00H ;R0清零 J12: MOV P0,#00H ;P0口输出00H MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,A L12: DEC R3 CJNE R3,#255,L12 ;比较若R3不等于255，转向L12 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,J12 ;比较若R0不等于254，转向J12 MOV R0,#00H RET图3-2 方波仿真结果3.2 锯齿波的产生R7、ACC清零R0=R7读P2状态，取反后存入R3以R3为延时常数，延时R7=R7+1NR7=255 Y返回 图3-3 锯齿波程序流程图锯齿波程序代码：SAWTOOTH:CLR A MOV R7,A J21: MOV P0,R7 ;P0口输出00H MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,A L21: DEC R3 CJNE R3,#255,L21 INC R7 CJNE R7,#255,J21 RET图3-4 锯齿波仿真结果33三角波的产生设R7=0R0=R7读P2状态，取反后存入R3以R3为延时常数，延时R7=R7+2N R7=254YR7=R0读P2状态，取反后存入R3以R3为延时常数，延时R7=R7+2NR7=254 Y返回图3-5 三角波程序流程图三角波程序代码：TRIANG: MOV R7,#00H J31 ：MOV P0,R7 ;P0口输出00H MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,A L31：DEC R3 CJNE R3,#255,L31 INC R7INC R7CJNE R7,#254,J31J32：MOV P0,R7 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL32：DEC R3 CJNE R3,#255,L32 DEC R7DEC R7CJNE R7,#00,J32RET图3-6 三角波仿真结果3.4 正弦波的产生R0指向正弦数据表头根据R0 查表，输出数据R0=R0+1读P2状态，取反后存入R3以R3为延时常数，延时NR0=92 YR0=R0-1 根据R0 查表，输出数据读P2状态，取反后存入R3以R3为延时常数，延时NR0=0 Y返回 图3-7 正弦波仿真结果正弦波程序代码：SINWAVE: MOV R0,#00H ;R0指向正弦数据表头 K41 : MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR ;查表 MOV P0,A ;输出数据 INC R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL41：DEC R3 CJNE R3,#255,L41 CJNE R0,#92,K41K42：DEC R0 MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL42：DEC R3 CJNE R3,#255,L42 CJNE R0,#0,K42 RETSIN_TAB: DB 0,0,0,0,1,1,2,3,4,5,6,8,9,11 DB 13,15,17,19,22,24,27,30,33,36,39 DB 42,46,49,53,56,60,64,68,72,76,80 DB 84,88,92,97,101,105,110,114,119,123 DB 128,132,136,141,145,150,154,158,163 DB 167,171,175,179,183,187,191,195,199 DB 202,206,209,213,216,219,222,225,228 DB 231,233,236,238,240,242,244,246,247,249 DB 250,251,252,253,254,254,255,255,255图3-8 正弦波仿真结果3.5主程序的设计开始初始化，设置常量及指针Y调出方波输出程序，输出一个周期的方波点亮SQU_LSQU_K按下N熄灭SQU_L Y调出锯齿波输出程序，输出一个周期的锯齿波点亮SAW_LSAW_K按下N熄灭SAW_LY调出三角波输出程序，输出一个周期的三角波点亮TRI_LTRI_K按下N熄灭TRI_L调出正弦波输出程序，输出一个周期的正弦波Y点亮SIN_LSIN_K按下NSINI_L图3-9 主程序流程图系统资源定义：SQU_K BIT P3.4 ;方波选择端设为P3.4SAW_K BIT P3.5 ;锯齿波选择端设为P3.5TRI_K BIT P3.6 ;三角波选择端设为P3.6SIN_K BIT P3.7 ;正弦波选择端设为P3.7SQU_L BIT P1.0 ;方波指示端设为P1.0SAW_L BIT P1.1 ;锯齿波指示端设为P1.1TRI_L BIT P1.2 ;三角波指示端设为P1.2SIN_L BIT P1.3 ;正弦波指示端设为P1.3主程序代码：ORG 0000HSTART: MOV P1,#0FFH ;将P1初始化为0FFHMOV P2,#0FFHMOV P3,#0FFHMOV DPTR,#SIN_TAB ;将DPTR指向正弦数据表头MAIN: MOV P0,#00H ;将P0初始化为00H JNB SQU_K,S1 ;检测方波选择端SQU_K,若SQU_K=0,程序转向S1 SETB SQU_L ;将SQU_L置1 JNB SAW_K,S2 SETB SAW_L JNB TRI_K,S3 SETB TRI_L JNB SIN_K,S4 SETB SIN_L SJMP MAIN S1: CLR SQU_L ;清除SQU_L LCALL SQUARE ;调用方波子程序 SJMP MAINS2: CLR SAW_L LCALL SAWTOOTH ;调用锯齿波子程序 SJMP MAINS3: CLR TRI_L LCALL TRIANG ;调用三角波子程序 SJMP MAINS4: CLR SIN_L LCALL SINWAVE ;调用正弦波子程序 SJMP MAIN第六章 设计总结在这次学年论文的设计中，不但使我提高了独立思考、解决问题和软件编程的能力，同时也使我对课本的知识进行了巩固和加强。通过这次学年论文的设计，使我从根本上了解了很多知识点，并且对于它们在实际中的应用有了更多的认识。写学年论文是一个不断学习的过程，从最初对所面临问题的模糊认识到最后能够对该问题有深刻的认识，我体会到实践对于学习的重要性，以前只是明白理论，没有经过实践，因此对知识的理解不够明确，通过这次学年论文的设计，真正做到了理论与实践相结合。总之，通过本次学年论文的设计,我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也深刻的认识到：在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步之后再作下一步，这样才能更加有效。致谢在这次学年论文的设计中，特别要感谢我的导师刘跃平老师给了我莫大的帮助。他的严格要求在我的学习生活中有着很大的帮助，让我养成用自己独立思考、完成任务的习惯，通过这次的论文使我对函数信号发生器有了初步的认识，学会了proteus的基本使用方法，收获了很多书本以外的知识。刘老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使