电子技术课程设计-简易波形发生器设计.doc

学院课程设计报告课程名称： 电子技术课程设计 教学院部： 电气与信息工程学院 专业班级： 自动化 0810？班 学生姓名： ？（200816010？） 指导教师： ？ ？ ？ 完成时间： 2010 年6月25日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 简易波形发生器 目 录第1章 前 言31.1 课程设计内容与要求31.2 单片机的发展前景3第2章 总体设计方案42.1 系统总体方案选择与说明42.2 系统结构框图与工作原理4第3章 系统硬件设计及说明53.1 单片机的时钟振荡电路53.2 波形选择电路53.3 单片机复位电路63.4 AT89C51单片机及运行方式63.5 波形的放大及双极性输出实现7第4章 系统软件设计与说明94.1 锯齿波的子程序和流程图94.2 三角波的子程序和流程图104.3 正弦波的子程序和流程图114.4 方波的子程序和流程图13第5章 总结体会15附录A 系统原理图16附录B 程序清单17参考文献19第1章 前 言1.1 课程设计内容与要求用单片机与DAC0832 构成的波形发生器，可产生方波、三角波、锯齿波、正弦波等多种波形，波形的周期可用程序改变，并可根据需要选择单极性输出或双极性输出，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。1.2 单片机的发展前景当今世界在以电子信息技术为前提下推动了社会跨跃式的进步，科学技术的飞速发展日新月异带动了各国生产力的大规模提高。由此可见科技已成为各国竞争的核心，尤其是电子信息技术更显得尤为重要，在国民生产各部门电子信息技术得到了广泛的应用。漫步在繁华的现代化的大都市的大街上，随时都可以看到街上有很多可以用卡取钱的机器（ATM自动柜机），十字路口的交通灯。我们家里数码电视机、数码音响、遥控器、空调、智能玩具.这些“高科技”看上去是如此的神秘，它到底是怎样构成的，它是通过什么样的程序和什么样的方式来完成这一系列指令的呢？让我们取钱更方便、避免城市的交通混乱和交通阻塞给我们生活带来了处处方便。其实这也是用单片机来控制的，单片机在我们生活中触手可及，它是如此地贴近我们的生活，单片机给我们的生活带来的有如此多的便利。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。科技越发达，智能化的东西就越多，使用的单片机就越多。看来学单片机是社会发展的需求。据统计，我国的单片机年容量已达13亿片，且每年以大约16%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片,并不断地辐射向内地, 这说明单片机应用在我国才刚刚起步，有着广阔的前景。单片机被广泛用于人们生活的各个领域，社会需要大量掌握单片机技术的人才，而单片机性能不断提高，价格不断降低，技术也日趋已成熟。所以，培养单片机应用人才，特别是在工程技术人员中普及单片机知识有着重要的现实意义。第2章 总体设计方案2.1 系统总体方案选择与说明根据设计内容与要求我选用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器来实现波形发生器，使其能够产生方波，三角波、锯齿波、正弦波还能调整波形的频率和幅值。其具体实现方案及其算法下面在详细介绍。它使用软件编程来实现波形，价格低，硬件简单，在低频范围内稳定性好、操作方便。2.2 系统结构框图与工作原理系统的总体结构由AT89C51单片机、DAC0832数模转换器、运算放大器及示波器等组成，还包括一些外围电路如复位电路、时钟电路、波形选择电路。它的工作原理是由是时钟电路提供系统工作的时序使单片机按照其内部编译程序来产生有用的数字信号，经DAC0832数模转成模拟信号并通过运算放大电路实现所需要的波形，最后由示波器显示出来，在波形选择电路中可以选择不同的波形输出。 系统总体电路结构如图2-1: AT89C51单片机DAC0832数模转换器单片机复位时钟振荡波形选择电路运算放大电路示波器图2-1 系统结构框图第3章 系统硬件设计及说明3.1 单片机的时钟振荡电路其图形如图3-1所示: 图3-1 时钟振荡电路图它由两个30pf的电容及12MHz 晶振组成了单片机的时钟振荡电路，它为内部时钟方式，为AT89C51单片机提供了运行的时钟信号。它让每个指令执行所需最短的时间为0。000001秒。3.2 波形选择电路其图形如图3-2：图3-2波形选择电路图它由两个开关构成，分别与单片机的p1.0及p1.1端口相连，可以构成四种组合方式。它分别代表了一种波形的选择。具体实现如表3-1：表3-1 波形P1.0P1.1符号波形00WAVE1锯齿波01WAVE2三角波10WAVE3方波11WAVE4正弦波3.3 单片机复位电路其图形如图3-3所示：图3-3 复位电路图 此复位电路复位方式为按键电平复位方式，通过按键使RST端的高电平维持至少2个机器周期以上，则系统恢复到初始状态。3.4 AT89C51单片机及运行方式其图形如图所示图3-4 AT89C51单片机结构图图3-5 DAC0832结构图AT89C51单片机的P0口与DAC0832数模转换器的DI口相连，当源程序在单片机内部运行时产生的数字信号通过P0口传给DAC0832数模转换器之后就会变成模拟信号，其中P0口既作为数据总线又做地址总线。3.5 波形的放大及双极性输出实现其图形如图3-6所示：图3-6 波形放大及双极性输出实现连接图 本函数信号发生器信号输出要求为双极性，采用DAC0832模数转换芯片。图中运算放大器为具有双极性工作电压的TL082由图可得： 为DAC0832提供的参考电压，输入的波形数据。由上两式可得：取，当时，；时，；时，。由上述分析可看出，取不同数据时（0255），可得对称的双极性波形输出。再取，可表示为：由上式可知，输出信号的幅度受的改变而改变。第4章 系统软件设计与说明该系统的源程序的设计思想为先分别设计出各波形的子程序，在通过按钮来选择调用不同的波形子程序来运行以达到设计要求。4.1 锯齿波的子程序和流程图锯齿波子程序如下：PORT1: MOV DPTR,#01 ;选中0832 MOV A,#00HLP: MOVX DPTR,A INC A JZ T SJMP LP T: SJMP START其流程图4-1如右：选通D/A00H送A启动D/AA+1送AA=FF?返回开始图 4-1 矩形波流程图产生的波形如图4-2：图4-2 矩形波波形图4.2 三角波的子程序和流程图三角波子程序如下：PORT2:MOV DPTR,#02 ;选中0832 MOV A,#00H UP: MOVX DPTR,A INC A JNZ UP DOWN:DEC A MOVX DPTR,A JNZ DOWN SJMP START 其流程图4-3如右 图4-3 三角波流程图 产生的波形图4-4如下：图4-4 三角波波形图4.3 正弦波的子程序和流程图正弦波子程序如下：PORT4: MOV R7,#00HDAD0: MOV A,R7 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOVX DPTR,A INC R7 ADD A,#7FH JZ PP SJMP DAD0PP: SJMP STARTTAB: DB 080H,08CH,098H,0A5H,0B0H,0BCH,0C7H,0D1H DB 0DAH,0E2H,0EAH,0F0H,0F6H,0FAH,0FDH,0FFH DB 0FFH,0FDH,0FAH,0F6H,0F0H,0EAH,0E2H,0DAH DB 0D1H,0C7H,0BCH,0B0H,0A5H,098H,08CH,080H DB 7FH,73H,67H,5AH,4FH,43H,38H,2EH DB 25H,1DH,15H,0FH,09H,05H,02H, DB 02H,05H,09H,0FH,15H,1DH,25H DB 2EH,38H,43H,4FH,5AH,67H,73H,7FH,81H其流程图4-5如下： 图4-5 正弦波流程图产生的波形图4-6如下：图4-6 正弦波波形图4.4 方波的子程序和流程图方波子程序如下：PORT3:MOV DPTR,#03 ;选中0832LP1: MOV A,#120 MOVX DPTR,A LCALL DELHH MOV A,#0 MOVX DPTR,A LCALL DELHH SJMP STARTDELHH:MOV R7,#5 DL1:MOV R6,#48 DL2:NOP NOP DJNZ R6,DL2 DJNZ R7,DL1 RET 其流程图4-7如下：图4-7 方波流程图产生的波形4-8如下：图4-8 方波波形图第5章 总结体会这次的课程设计是在老师同学的帮助下进行的，虽然没有独立完成，但也感觉颇有收获，并且认识到有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高终于完成了我的的设计。在本次波形发生器设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序个例子，但没能熟练掌握。刚开始的时候我很担心自己可能完成不了这个单片机课程设计，因为我单片机学的不是很扎实，更谈不上去编写程序和仿真了，但是万事开头难，老师一布置任务后，我就跑去图书馆借了三本参考书，然后上网去搜一些相关的材料，基本的参考资料有了之后，开始根据老师要求的去编写程序，老师是要求我们加一路电路，说起修改程序，并不是原先想的那么简单了，有一点的错误都没法进行电路的运行，自己改了很久，仍然不对，后来请教我们班的单片机高手，他也想了很长时间才有了一点头绪，后来仔细看图，原来是一根线接错了，修改了之后数字变化有规律了。看着自己的劳动成果，心里忽然放松了许多，很有成就感。当然这次单片机课程设计也让我知道了很多自身的不足，例如课本知识学的不是很扎实，遇到问题容易急躁等等，因此在以后的学习中去掌握专业知识的同时还得克服自身的一些毛病，如马虎大意，懒惰等缺陷，使自己在今后的学习中更上一层楼。附录A 系统原理图附录B 程序清单ORG 0000HSJMP STARTORG 0030HSTART:;-波形选择- JNB P1.0,NEXT JNB P1.1,PORT3 ;P1.0=1且P1.1=0则转PORT3 SJMP PORT4 ;P1.0=1且P1.1=1则转PORT4NEXT: JNB P1.1,PORT1 ;P1.0=0且P1.1=0则转PORT1 SJMP PORT2 ;P1.0=0且P1.1=1则转PORT2 SJMP START;-锯齿波-PORT1: MOV DPTR,#01 ;选中0832 MOV A,#00HLP: MOVX DPTR,A INC A JZ T SJMP LP T: SJMP START;-三角波-PORT2: MOV DPTR,#02 ;选中0832 MOV A,#00HUP: MOVX DPTR,A INC A JNZ UPDOWN:DEC A MOVX DPTR,A JNZ DOWN SJMP START;-方波- PORT3:MOV DPTR,#03 ;选中0832LP1: MOV A,#120 MOVX DPTR,A LCALL DELHH MOV A,#0 MOVX DPTR,A LCALL DELHH SJMP STARTDELHH:MOV R7,#5 DL1:MOV R6,#48 DL2:NOP NOP DJNZ R6,DL2 DJNZ R7,DL1 RET ;-正弦波- PORT4: MOV R7,#00HDAD0: MOV A,R7 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOVX DPTR,A INC R7 ADD A,#7FH JZ PP SJMP DAD0PP: SJMP START;-正弦波向量表-TAB: DB 080H,08CH,098H,0A5H,0B0H,0BCH,0C7H,0D1H DB 0DAH,0E2H,0EAH,0F0H,0F6H,0FAH,0FDH,0FFH DB 0FFH,0FDH,0FAH,0F6H,0F0H,0EAH,0E2H,0DAH DB 0D1H,0C7H,0BCH,0B0H,0A5H,098H,08CH,080H DB 7FH,73H,67H,5AH,4FH,43H,38H,2EH DB 25H,1DH,15H,0