毕业设计（论文）-基于单片机的波形发生器设计.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）基于单片机的波形发生器设计摘 要该设计是基于AT89C51单片机的数字式低频信号发生器。采用AT89C51单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键等。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波等。其设计简单、性能优好，可用于多种需要低频信号的场所，具有一定的实用性。设计是利用AT89C51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，其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，AT89C51的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。文中着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。信号频率幅度也按要求可调。本设计制作的波形发生器，可以输出多种标准波形，如方波、正弦波、三角波、等，还可以输出任意波形，如用鼠标创建的一个周期的非规则波形或用函数描述的波形等，输出的波形的频率、幅度均可调，且能脱机输出。设计的人机界面不但清晰美观，而且操作方便。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。关键词：波形发生器，单片机，AT89C51，DAC0832 The Waveform Generator DesignABSTRACTWaveform The system is a digital signal generator based on single chip computer.At89c51 is used as a control microcontroller core.The system is composed by digital/analog comversion(DAC0832), imply circuit,button.It can generate the square, triangle and sine wave.The system can be used for a signal soure in the low-frequency signal soure.It is very practical.This paper introduces the low frequency sources of different signals that are produced by AT89C51 SCM and DAC0832. Its signal range and frequency can be controlled by requirement. This paper briefly introduces the structure principle and usage of DAC0832, the basic theory of AT89C51 and various chips which relevant to design circuit. this paper emphasized how to use SCM to control the hardware circuit and software program of the signals above which produced by DAC0832. The signal frequency range also can be adjusted by requirement.This signal source design plan concerns on producing different low frequency signals, not only meet the request of experiment in theory and in practice, but also have strong feasibility.Various signals are an important part ofcorrespondent area. In this area, sine wave, triangle wave and square wave are common signals. The trait of this signal source is: small volume, low price,full functional and easily used signals source is essential. KEY WORDS: Waveform generator, Single-Chip, AT89C51, DAC08324目录前言1第1章 波形发生器概述和方案论证21.1 波形发生器的发展状况21.2国内外波形发生器产品比较31.3设计要求41.4方案论证与比较4第2章 硬件电路设计72.1 原理图72.1.1 键盘电路72.1.2 复位电路与时钟电路82.1.3 数模转换电路92.1.4 虚拟示波器介绍102.1.5 频率调节电路122.1.6 幅值调节电路132.2主要芯片介绍152.2.1单片机AT89C51介绍：152.2.2 DAC0832芯片介绍：18第3章 软件设计213.1 方波程序流程图设计213.2 三角波程序流程图设计223.3正弦波程序流程图设计24第4章Proteus仿真流程和波形的仿真调试254.1 Proteus介绍254.2 Proteus使用254.2.1 进入Proteus254.2.2 设置元件274.2.3 keil程序编译软件的介绍274.3波形的仿真调试28结 论32谢 辞33参考文献34附 录35附录135附录235外文资料翻译42前言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，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。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波形。 90 年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为 HP770S的信号模拟装置系统，它由 HP8770A任意波形数字化和 HP1776A波形发生软件组成。HP8770A实际上也只能产生8 中波形，而且价格昂贵。不久以后，Analogic公司推出了型号为 Data-2020的多波形合成器，Lecroy 公司生产的型号为9100 的任意波形发生器等。 到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过 GHz 的DDS 芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003 年，Agilent的产品 33220A能够产生17种波形，最高频率可达到 20M，2005 年的产品N6030A能够产生高达 500MHz的频率。第1章 波形发生器概述和方案论证在电子工程、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，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。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。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。1.1 波形发生器的发展状况波形发生器也称函数发生器，作为实验信号源，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，多为锯齿波，正弦波，方波，三角波等波形。信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路经之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。波形发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。1.2国内外波形发生器产品比较早在 1978 年，由美国 Wavetek 公司和日本东亚电波工业公司公布了最高取样频率为 5MHz ，可以形成 256 点(存储长度)波形数据，垂直分辨率为8bit，主要用于振动、医疗、材料等领域的第一代高性能信号源，经过将近30年的发展，伴随着电子元器件、电路、及生产设备的高速化、高集成化，波形发生器的性能有了飞速的提高。变得操作越来越简单而输出波形的能力越来越强。波形操作方法的好坏，是由波形发生器控制软件质量保证的，编辑功能增加的越多，波形形成的操作性越好。函数波形发生器发展很快近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：（1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成 v=f (t)形式的波形方程的数学表达式产生。从而促进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展，各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起到了推动作用。目前可以利用可视化编程语言(如Visual Basic ,Visual C 等等)编写任意波形发生器的软面板，这样允许从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。 （2）与VXI资源结合。目前，波形发生器由独立的台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新近开发的VXI模块。由于VXI总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用VXI系统测量产生复杂的波形，VXI的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发VXI模块的周期长，而且需要专门的VXI机箱的配套使用，使得波形发生器VXI模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。在民用方面，VXI模块远远不如台式仪器更为方便。 （3）随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来。不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。 本次设计虽然只是简单的用单片机和数模转换以及按键等，设计的简单的波形发生器，但是通过本次设计我们从中学习到了一件产品的发展历史，学到了很多有用的知识。1.3设计要求使用计算机和数模转换器构成信号发生器，可以产生方波、三角波、锯齿波和正弦波等多种波形，波形的周期、频率可调。要求完成计算机和DAC的选型，了解不同波形的产生原理和设计方案，画出硬件电路图，并编程完成软件部分，最后调试观察产生不同类型的波形信号。（1）毕业设计论文内容要正确，概念要清楚；（2）完成任务书所规定的内容；（3）附有电路原理图及程序流程图，以及程序清单；（4）文字要通顺，书写要工整，设计图纸必须符合规范。1.4方案论证与比较依据应用场合需要实现的波形种类，波形发生器的具体指标要求会有所不同。依据不同的设计要求选取不同的设计方案。通常，波形发生器需要实现的波形有正弦波、方波、三角波和锯齿波。有些场合可能还需要任意波形的产生。各种波形共有的指标有：波形的频率、幅度要求，频率稳定度，准确度等。对于不同波形，具体的指标要求也会有所差异，例如，占空比是脉冲波形特有的指标。波形发生器的设计方案多种多样，大致可以分为三大类：纯硬件设计法、纯软件设计法和软硬件结合设计法。（1）方案一：波形发生器设计的纯硬件法早期，波形发生器的设计主要是采用运算放大器加分立元件来实现。实现的波形比较单一，主要为正弦波、方波和三角波。工作原理嗍也相对简单：首先是产生正弦波，然后通过波形变换(正弦波通过比较器产生方波，方波经过积分器变为三角波)实现方波和三角波。在各种波形后加上一级放大电路，可以使输出波形的幅度达到要求，通过开关电路实现不同输出波形的切换，改变电路的具体参数可以实现频率、幅度和占空比的改变。通过对电路结构的优化及所用元器件的严格选取可以提高电路的频率稳定性和准确度。纯硬件法中，正弦波的设计是基础，实现方法也比较多，电路形式一般有LC、RC和石英晶体振荡器三类。LC振荡器适宜于产生几Hz至几百MHz的高频信号；石英晶体振荡器能产生几百kHz至几十MHz的高频信号且稳定度高；对于频率低于几MHz，特别是在几百Hz时，常采用RC振荡电路。RC振荡电路又分为文氏桥振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等类型。其中，以文氏桥振荡电路最为常用。目前，实现波形发生器最简单的方法是采用单片集成的函数信号发生器。它是将产生各种波形的功能电路集成优化到一个集成电路芯片里，外加少量的电阻、电容元件来实现。采用这种方法的突出优势是电路简单，实现方便，精度高，性能优越；缺点是功能较全的集成芯片价格较贵。实际中应用较多的单片函数信号发生器有MAX038(最高频率可达40MHz)和ICL8038(最高频率为300kHz)。（2）方案二：波形发生器设计的纯软件法 波形发生器的设计还可以采用纯软件的方法来实现。虚拟仪器鞠使传统仪器发生了革命性的变化，是21世纪测试仪器领域技术发展的重要方向。它以计算机为基础，软件为核心，没有传统仪器那样具体的物理结构在计算机上实现仪器的虚拟面板，通过软件设计实现和改变仪器的功能。例如用图形化编程工具LabVIEW来实现任意波形发生器的功能：在LabVIEW软件的前面板通过拖放控件，设计仪器的功能面板(如波形显示窗口，波形选择按键，波形存储回放等工作界面)，在软件的后面板直接拖放相应的波形函数并进行参数设置或直接调用编程函数来设计任意波形以实现波形产生功能；完成的软件打包后，可脱离编程环境独立运行。实现任意波形发生器的功能。采用纯软件的虚拟仪器设计思路可以使设计简单、高效，仅改变软件程序就可以轻松实现波形功能的改变或升级。从长远角度来看，纯软件法成本较低。软件法的缺点是波形的响应速度和精度逊色于硬件法。（3）方案三.软硬件结合法软硬件结合的波形发生器设计方法同时兼具软硬件设计的优势：既具有纯硬件设计的快速、高性能，同时又具有软件控制的灵活性、智能性。如以单片机和单片集成函数发生器为核心（如图2.2）。辅以键盘控制、液晶显示等电路，设计出智能型函数波形发生器，采用软硬件结合的方法可以实现功能较全、性能更优的波形发生器，同时还可以扩展波形发生器的功能，比如通过软件编程控制实现波形的存储、运算、打印等功能，采用USB接口设计。使波形发生器具有远程通信功能等。目前，实验、科研和工业生产中使用的信号源大多采用此方法来实现。.纯硬件设计法功能较单一，波形改变困难、控制的灵活性不够，不具备智能性，其中由运算放大器加分立元件组成的波形发生器，除在学生实验训练中使用外。基本不被采用。纯软件设计法实现简单，程序改变及功能升级灵活，但实现的波形精度及响应速度不如硬件法高。纯软件法主要适用于对波形精度、响应速度要求不是很高的场合。相比之下，软硬件结合的方法可以设计出性能最优、功能扩展灵活、控制智能化的新一代的波形发生器，可以满足教学、科研、工业生产等各方面对波形发生器性能有较高要求的应用场合。综合以上几种设计方案，本设计采用方案三的方法软硬件设计法。其方案能够产生很好的波形，也易实现。洛阳理工学院毕业设计（论文）第2章 硬件电路设计2.1 原理图 图2-1 波形发生器硬件设计2.1.1 键盘电路键盘电路是控制部分。通过K1控制产生方波，K2控制产生三角波，K3控制产生正弦波。调幅与调频本应采用另连个键控制，但在分析DAC0832的输出，U=（Vref/2n）*D，由此公式可e知，输出波形的幅度与Vrf的大小有关，所以我们通过控制Vref的大小来改变波形的幅度，以简化我们的程序。频率我们采用P2口控制，通过控制P2口的大小来改变程序中循环次数，来达到控制延时的目的，继而控制了频率。键盘接口如下图： 图2-2 键盘电路2.1.2 复位电路与时钟电路该电路采用上电复位，利用电容充电来实现的，即上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。由于频率较大时，三角波、正弦波、方波中每一点延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间才能获得较大的功率波形，该电路采用12MHZ晶振。复位电路与时钟电路如下图：30图2-3 复位电路与时钟电路2.1.3 数模转换电路数模转换电路采用的是DAC0832芯片。它是一种使用较多的8位D/A转换器，其转换时间1us，工作电压为+5V到+15V，基准电压-10V到+10V。由于其内部有两个8位寄存器和一个8位D/A转换器，故可进行两级缓冲操作，使操作有很大的灵活性，本设计采用单缓冲方式。DAC0832与AT89C51的连接。单片机P0口与数模转换器的数据口连接，为保证单片机P0口的驱动能力，在P0口加上上拉电阻。数模转换电路的连接如下图：图2-4 数模转换电路2.1.4 虚拟示波器介绍传统示波器是由仪器厂家设定并定义好功能的一个封闭结构，它有特定的输入输出和仪器操作面板，具有波形显示、参数测量等功能。当要实现更多的测量功能时，就要配置更多的仪器，这给用户的使用带来很多的不便，并且传统示波器的测量精度比较低，无法满足高精度的测量要求，而且传统的示波器缺乏相应的计算机接口，配合数据采集及数据处理比较困难。此外传统示波器比较庞大，制造成本比较高，这就增加了测量系统的开发成本。虚拟示波器的出现改变了原有的示波器的整体设计思路，用软件代替了硬件。将传统仪器由硬件实现的数据分析与显示功能能，改由功能强大的微型计算机来完成信号的处理和波形的显示，利用软件技术在屏幕上设计出方便、逼真的仪器面板，进行各种信号的处理、加工和分析，用各种不同方式（如数据、图形、图表等）表示测量结果，完成各种规模的测量任务。并具有存储、再现、分析、处理波形等特点，而且体积小，耗电少的功能。Proteus的虚拟示波器能完成四个通道(A、B、C、D)的波形显示与测量。待测的四个输入信号分别与示波器的四个通道相接，信号的另一端应接地。如图所示：图2-5 虚拟示波器以通道A为例，“Position”旋钮用来调整波形的垂直位移，下面的旋钮用来调整波形的幅度显示比例，外面的黄色箭头是粗调，里面的黄色小箭头是细调，当读刻度时，应把里层的箭头顺时针调到最右端。四个通道的对应旋钮使用方法一样。在“Horizontal”下方的两个旋钮分别用来调整波形的水平位移和扫描频率。当用鼠标单击黑色的波形显示区域后，也可以通过滚动鼠标滑轮来调整扫描频率。其他旋钮可保持原位不动，如图所示：图2-6虚拟示波器的仿真图在运行过程中如果关闭掉示波器，需要从主菜单【Debug】中选取最下面【VSM Oscilloscope】来重现。2.1.5 频率调节电路频率的调节MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AXX: DEC R3 CJNE R3,#255,XXP2口读拨码开关值，把P2口值赋给R3，通过读取R3的大小来控制数据发送的时间间隔，以此来控制波形的频率。当拨码开关拨到OFF时，频率最大，当拨码开关依次拨到ON时，频率逐渐减小。如下图所示：图2-7拨码开关与P2口连线图2.1.6 幅值调节电路幅值的调节：一般而言，电压输出型D/A转换器，即是单极性电压输出方式。在电流输出型D/A转换器中，一般要求Iout2端接地。对于电流输出型D/A转换芯片，只要在其电流输出端上加上一级电压放大器，即可转换成电压输出。DAC0832的电流输出端Iout1接至到运算放大器的反向输入端，故输出电压Vout与参考电压Vref极性反向。单极性输出信号转换代码运用最多的二进制码，其转换关系是：全零代码对应0V电压输出：全1代码对应满刻度电压减去一个最小代码对应的电压值，这包含了转换器有限 字长所引起的误差。转换代码也有使用补码二进制数和BCD码。图2-8复制电路8位单极性电压输出采用二进制代码时，数字量与模拟量的关系，如下表所示：数字量MSB LSB模拟量1 1 1 1 1 1 1 1Vref(255/256)1 0 0 0 0 0 0 1Vref(129/256)1 0 0 0 0 0 0 0Vref(128/256)1 0 0 0 0 0 1 1Vref(131/256)0 0 0 0 0 0 0 0 Vref(0/256)XVref(x/256)表2-1 单极性电压输出时数字与模拟量之间的关系由以上表可得，要改变波形的幅值，通过改变滑动变阻器的阻即可。当滑动变阻器从上往下调节时，幅值逐次减小。2.2主要芯片介绍2.2.1单片机AT89C51介绍：AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如下图所示： 图2-9 AT89C51引脚图AT89C51管脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2.2 DAC0832芯片介绍：0832采用双缓冲接口方式，其传送控制端接地，输入所存允许断ILE与+5V电源相连，利用一个地址码进行二次输出操作，完成数据的传送和激动转换，第一次操作室P2.6为高电平，将P0口数据线上的数据锁存于DAC0832的输入寄存器中。第二次操作是写控制信号由效，传送控制端为低电平，将输入寄存器中的内容锁存入0832的DAC寄存器中，D/A转换器便开始对锁存于DAC寄存器的8位数据进行转换，约经过1/2时钟周期后，在输出端（IOUT2、IOUT1）建立稳定的电流输出。运放的作用是将0832输出的模拟电流信号转换为电压波形。DAC0832为一个8位D/A转换器,单电源供电,在+5+15V范围内均可正常工作。基准电压的范围为10V,电流建立时间为1s,CMOS工艺,低功耗20mW。DAC0832的内部结构框图如下图所示。图2-10 DAC0832工作原理图DAC0832的外部引脚及功能介绍图如下：图2-11 DAC0832引脚图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的主要特性参数如下：分辨率为8位；电流稳定时间1us；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只需在满量程下调整其线性度；单一电源供电（+5V+15V）；低功耗，200mW。 DAC0832结构： 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4 DAC0832的工作方式：根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓方式。第3章 软件设计程序是本设计中的重点。单片机的功能与它的程序有很大关系，本设计中，为实现输出三种波形，要使单片机定时向数模转换器发送数据，数据的不同将实现不同的波形输出。主程序流程图如下图：图3-1 主程序流程图3.1 方波程序流程图设计方波只有两个值，即1和0，因此只要定时向数模转换器发送FFH和00H即可。方波产生是通过P0口将00H输出给DAC0832，输出对应模拟量，然后读取P2口的状态，取反后作为延时常量，延时时间到，将FFH输出时，同样输出对应模拟量，再延时，从而得到方波。程序流程图如下：图3-2方波流程图3.2 三角波程序流程图设计三角波有上升与下降两条边，所以从00H发送到FEH应有相同的间隔，我选择没隔02H发送一次数据，即发送00H、02H、04HFEH、FEH04H、02H、00H。三角波产生是通过P0口将00H送入寄存器A中，DAC0832输出A中的内容，通过A中数值的加2递升，同时延时，当A中的内容为0FF时，A中的内容减2递减，从而循环产生三角波。程序流程图如下：图3-3三角波流程图3.3正弦波程序流程图设计正弦波和三角波类似，都有上升与下降两条边，而且正弦波有正负极之分，所以它的数据表比三角波的复杂，其数据表见程序利用单片将波形数据发送到DAC芯片进行转换，最后在示波器观察得到正弦形。首先对正弦波图形进行取样，制作数据表。取样次数可以是64次，或128次，或256次，等等。然后把数据表转换成16进制格式。本设计是取样256次的汇编数据表。程序流程图如下：图3-4 正弦波流程图第4章Proteus仿真流程和波形的仿真调试4.1 Proteus介绍Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。这里主要介绍Proteus ISIS软件的工作环境和一些基本操作。4.2 Proteus使用4.2.1 进入Proteus（1）双击桌面上的ISIS 图标或者单击屏幕左下方的“开始”“程序”“Proteus 7 Professional” “ISIS 7 Professional”，出现如图-1所示屏幕，表明进入Proteus ISIS集成环境。图4-1 启动时的屏幕（2） 工作界面：Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图4-2所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。图4-2 Proteus工作界面4.2.2 设置元件（1）打开ISIS系统，选择文件菜单中的新建，打开图纸窗口，选择合适的图纸类型，确认后自动建立一个缺省标题（UNTITLED）的文件，再选择文件菜单的另存为，建立自己名称的设计文件，如毕业设计等（2）放置元器件：在对象选择器窗口中，选中0832，将鼠标置于图形编辑窗口该对象的欲放位置、单击鼠标左键，该对象被完成放置。同理，将其他元件放置到图形编辑窗口中。如图所示。若对象位置需要移动，将鼠标移到该对象上，单击鼠标右键，此时我们已经注意到，该对象的颜色已变至红色，表明该对象已被选中，按下鼠标左键，拖动鼠标，将对象移至新位置后，松开鼠标，完成移动操作。Proteus的智能化可以在你想要画线的时候进行自动检测。图4-3元件的放置4.2.3 keil程序编译软件的介绍（1)进入keil软件双击桌面Keil uVision3图标，或者“开始”“程序”“Keil uVision3”。 （2）建立工程点击“Project”“New Project”，在弹出的窗口选择工程要保存的路径，输入工程文件名，然后点击“保存”按钮。在弹出的对话框要求选择单片机的型号，因为51内核单片机具有通用性，所以我们任选一款89C51就行。在这里我们选择Atmel的89C51，然后点击“确定”按钮。完成上一步后，窗口界面如图4-4所示。图4-4新建文件界面4.3波形的仿真调试通过以上介绍的proteus仿真软件的介绍，结合keil c51软件开发和调试波形相对应的汇编程序，对其进行编译，仿真和调试。下面主要介绍正弦波的仿真调试。首先，打开keil uvsion2,进入仿真环境，建立工程名XXX.UV2，CPU选择AT89C51；然后，进行仿真器的设置包括目标机晶振选择和调试选项；接着创建程序文件并添加到程序工程组；最后进行编译连接调试运行程序。在proteus软件中画出硬件连接图，通过添加keil c51中编译好的程序，进行硬件仿真。这里只介绍正弦波的仿真和调试过程及结果。仿真图形如下图所示： 图4-5正弦波仿真图得出正弦波的仿真波形后，通过改变硬件图上滑动变阻器的阻值来改变DA的模拟量，来改变其数字量，使输出电流的幅度发生变化，进而改变波形的幅值。当然，还可以将送给DA的数字量乘以一个系数，可以改变DA输出电流的幅度。但是，单片机在做乘法运算时，需要很长的时间，频率低容易失真，不能实现连续调幅。所以，本次设计采用比较简单实用的第一种方法，下图是调幅后得到的仿真图形：形图4-6调幅后的仿真图波形的调频，通过程序中的调频程序的编译仿真，可以在得到的波形仿真图的按钮调节波形的频率，同时还可以在硬件图上通过调节拨码开关来调节数据发送的时间间隔，调节波形的频率。下图是改变波形频率所得到的仿真波形：图4-7调频后的仿真图形 结 论毕业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。通过毕业设计，加强了我如下能力：（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；洛阳理工学院毕业设计论文谢 辞在我写本论文的过程中，张谦老师给我提供了许多资料，并对实践中出现的问题给予耐心的解答，完稿之后在百忙之中仔细阅读，给出修改意见。张老师爱岗敬业，治学严谨，思维严密，平易近人是我十分尊敬的老师，在此对她表示感谢。在本文录入的过程中，得到了其他同学的帮助，还要感谢老师在调试时给了我很大的帮助，也对大学三年以来所有给我授课的老师们表示感谢。是他们教会了我大学应该掌握的知识和技能，给我打下了坚实的理论基础。只有运用三年学习的基础知识和经验的积累，才能使我能够顺利的完成本次毕业设计工作。在这里对他们也表示的感谢！31参考文献1 朱定华，马爱梅，林卫. 微机应用系统设计M. 武汉：华中科技大学出版社，19992 潘新民，王艳芳.微型计算机控制技术M. 北京：电子工业出版社出版社，20103 夏扬. 计算机控制技术M. 北京：机械工业出版社，20044 刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录M.北京：高等教育出版社，1957.5 余孟尝.数字电子技术基础教程M.北京：高等教育出版社，2006.6 潘永雄，沙河，刘向阳.电子线路CAD实用教程M.西安：西安电子科技大学出版社，2001 7 朱定华，戴汝平等，单片微机原理与应用M.北京交通大学出版社，清华大学出版社.8 彭介华.电子技术课程设计指导M.北京:高等教育出版社,1997.9张毅刚，彭喜源，谭晓昀，曲春波.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，19978江思敏，陈明. Protel电路设计教程M. 北京：清华大学出版社9彭楚武. 微计原理与接口技术M. 长沙：湖南大学出版社10（美）Richard Blum著；马朝晖等译；汇编语言程序设计M 北京：机械工业出版社11李全利，迟荣强，单片机原理及接口技术M.北京：高等教育出版社，2004.12朱定华，单片机原理及接口技术实验M.北京：北京交通大学出版社，200213李广弟，朱月秀，王秀山，单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社，200114王爽，汇编语言第二版M.北京：清华大学出版社，201015李朝青，单片机原理及接口技术（第三版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2010附 录附录1 波形发生器硬件设计图附录2