毕业设计（论文）-基于51单片机函数信号发生器设计.doc

摘摘 要要: : 本系统利用单片机 AT89S52 采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、 矩形波三种波形，再通过 D/A 转换器 DAC0832 将数字信号转换成模拟信号，滤 波放大，最终由示波器显示出来，能产 1Hz3kHz 的波形。通过键盘来控制三 种波形的类型选择、频率变化，并通过液晶屏 1602 显示其各自的类型以及数值， 系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分以及液晶显示部分三部分，其中尤 其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。 关键词关键词：单片机 AT89S52、DAC0832、液晶 1602 Abstract: this system capitalize on AT89s52，it makes use of central processor to generate three kinds of waves, they are triangle wave, and use D/A conversion module, wave generate module and liquid crystal display of 1602, it can have the 1Hz-3KHz profile. In this system it can control wave form choosing, frequency, range,can have the sine wave, the square-wave, the triangular wave. Simultaneously may also take the frequency measurement frequency,and displays them through liquid crystal display of 1602. this design includes three modules. They are D/A conversion module, wave generate module and liquid crystal display of LED module. In this design, the wave generator into wave form module and D/A conversion module are discussed in detail. key word: AT89S52, DAC0832, liquid crystal 1602. 3 目录目录 1 1、 系统设计系统设计.4 1.1、设计要求.4 1.2、方案设计与论证.4 1.3、总体系统设计.6 1.4、硬件实现及单元电路设计.7 1.5 、软件设计流程.10 1.6、源程序.11 2 2、输出波形的种类与频率的测试、输出波形的种类与频率的测试.16 2.1、测量仪器及测试说明.16 2.2、测试过程.16 2.3、测试结果.18 3 3、设计心的及体会、设计心的及体会.19 4 4、附录、附录.19 4.1 参考文献.19 4.2 附图.19 4 1 1、系统设计系统设计 经过考虑，我们确定方案如下：利用 AT89S52 单片机采用程序设计方法产 生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，再通过 D/A 转换器 DAC0832 将数字信号 转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制三种波 形的类型选择、频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。 1.11.1、设计要求、设计要求 1)、利用单片机采用软件设计方法产生三种波形 2）、三种波形可通过键盘选择 3）、波形频率可调 4）、需显示波形的种类及其平率 1.21.2 方案设计与论证方案设计与论证 1.2.1 信号发生电路方案论证 方案一：通过单片机控制 D/A，输出三种波形。此方案输出的波形不够稳 定，抗干扰能力弱，不易调节。但此方案电路简单、成本低。 方案二：使用传统的锁相频率合成方法。通过芯片 IC145152，压控振荡器 搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波， 积分电路转换成三角波。此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。 方案三：利用 MAX038 芯片组成的电路输出波形。MAX038 是精密高频波形 产生电路，能够产生准确的三角波、方波和正弦波三种周期性波形。但此方案 成本高，程序复杂度高。 以上三种方案综合考虑，选择方案一。 1.2.2 单片机的选择论证 方案一：AT89S52 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，从而构成较为完整的计算机、而且其价格便宜。 5 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 8051 兼容的微控制器内核，与 MCS-51 指令集完全兼容。除了具有标准 8052 的数字外设部件，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，而且执行速度快。但其价格较贵 以上两种方案综合考虑，选择方案一 1.2.3 显示方案论证 方案一：采用 LED 数码管。LED 数码管由 8 个发光二极管组成，每只数 码管轮流显示各自的字符。由于人眼具有视觉暂留特性，当每只数码管显示的 时间间隔小于 1/16s 时人眼感觉不到闪动，看到的是每只数码管常亮。使用数 码管显示编程较易，但要显示内容多，而且数码管不能显示字母。 方案二：采用 LCD 液晶显示器 1602。其功率小，效果明显，显示编程容 易控制，可以显示字母。 以上两种方案综合考虑，选择方案二。 1.2.4 键盘方案论证 方案一：矩阵式键盘。矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩 阵电路的交叉处。当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈 高电平。当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。 方案二：编码式键盘。编码式键盘的按键触点接于 74LS148 芯片。当键盘 上没有闭合时，所有键都断开，当某一键闭合时，该键对应的编码由 74LS148 输出。 以上两种方案综合考虑，选择方案一。 1.31.3 总体系统设计总体系统设计 该系统采用单片机作为数据处理及控制核心，由单片机完成人机界面、系 统控制、信号的采集分析以及信号的处理和变换，采用按键输入，利用液晶显 6 示电路输出数字显示的方案。将设计任务分解为按键电路、液晶显示电路等模 块。图（1）为系统的总体框图 图（1） 总体方框图 1.41.4 硬件实现及单元电路设计硬件实现及单元电路设计 1.4.1 单片机最小系统的设计 89C51 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的最小系 统简单可靠。用 80C51 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟 电路和复位电路即可，如图（2） 89C51 单片机最小系统所示。由于集成度的 限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点： (1)有可供用户使用的大量 I/O 口线。 (2)内部存储器容量有限。 (3)应用系统开发具有特殊性。 7 图（2） 89C51 单片机最小系统 1.4.2 波形产生模块设计 由单片机采用编程方法产生三种波形、通过 DA 转换模块 DAC0832 在进过滤 波放大之后输出。其电路图如下： 图（3）波形产生电路 如上图所示，单片机的 P0 口连接 DAC0832 的八位数据输入端，DAC0832 的输出 端接放大器，经过放大后输出所要的波形。DAC0832 的为八位数据并行输入的， 8 其结构图如下： 图（4）DAC0832 的内部结构 1.4.3 显示模块的设计 通过液晶 1602 显示输出的波形、频率，其电路图如下： 图（5）液晶显示 如上图所示，1602 的八位数据端接单片机的 P1 口，其三个使能端 9 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。 1.4.4 键盘显示模块的设计 本系统采用独立键盘，其连接电路图如下： 图（6）键盘 图中键盘独立键盘引出的八跟线分别接单片机的 P2 口，只用其第四列，因 此在程序初始化时 P2.7 脚给低电平。如图开关 3 用来切换输出波形、开关 7 和 8 用来调节频率的加减。当按开关 7 时输出波形的频率增加，按开关 8 时输 出波形的频率减小。 1.51.5 软件设计流程软件设计流程 本系统采用 AT89S52 单片机，用编程的方法来产生三种波形，并通过编程 来切换三种波形以及波形频率的改变。 具体功能有：（1）各个波形的切换；（2）各种参数的设定；（3）频率增 减等。 软件调通后，通过编程器下载到 AT89S52 芯片中，然后插到系统中即可独 立完成所有的控制。 软件的流程图如下： 10 图（7）程序流程图 1.61.6 源程序源程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit lcdrw=P33; sbit lcdrs=P32; sbit lcde=P34; sbit d=P27; sbit s1=P20; sbit s2=P21; sbit s3=P22; sbit cs=P35; sbit wr=P36; uchar s1num,a,ys,j; uint fre; uchar code tosin256= 0 x80,0 x83,0 x86,0 x89,0 x8d,0 x90,0 x93,0 x96,0 x99,0 x9c,0 x9f,0 xa2, 0 xa5,0 xa8,0 xab,0 xae,0 xb1,0 xb4,0 xb7,0 xba,0 xbc,0 xbf,0 xc2,0 xc5, 11 0 xc7,0 xca,0 xcc,0 xcf,0 xd1,0 xd4,0 xd6,0 xd8,0 xda,0 xdd,0 xdf,0 xe1, 0 xe3,0 xe5,0 xe7,0 xe9,0 xea,0 xec,0 xee,0 xef,0 xf1,0 xf2,0 xf4,0 xf5, 0 xf6,0 xf7,0 xf8,0 xf9,0 xfa,0 xfb,0 xfc,0 xfd,0 xfd,0 xfe,0 xff,0 xff, 0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xfe,0 xfd, 0 xfd,0 xfc,0 xfb,0 xfa,0 xf9,0 xf8,0 xf7,0 xf6,0 xf5,0 xf4,0 xf2,0 xf1, 0 xef,0 xee,0 xec,0 xea,0 xe9,0 xe7,0 xe5,0 xe3,0 xe1,0 xde,0 xdd,0 xda, 0 xd8,0 xd6,0 xd4,0 xd1,0 xcf,0 xcc,0 xca,0 xc7,0 xc5,0 xc2,0 xbf,0 xbc, 0 xba,0 xb7,0 xb4,0 xb1,0 xae,0 xab,0 xa8,0 xa5,0 xa2,0 x9f,0 x9c,0 x99, 0 x96,0 x93,0 x90,0 x8d,0 x89,0 x86,0 x83,0 x80,0 x80,0 x7c,0 x79,0 x76, 0 x72,0 x6f,0 x6c,0 x69,0 x66,0 x63,0 x60,0 x5d,0 x5a,0 x57,0 x55,0 x51, 0 x4e,0 x4c,0 x48,0 x45,0 x43,0 x40,0 x3d,0 x3a,0 x38,0 x35,0 x33,0 x30, 0 x2e,0 x2b,0 x29,0 x27,0 x25,0 x22,0 x20,0 x1e,0 x1c,0 x1a,0 x18,0 x16, 0 x15,0 x13,0 x11,0 x10,0 x0e,0 x0d,0 x0b,0 x0a,0 x09,0 x08,0 x07,0 x06, 0 x05,0 x04,0 x03,0 x02,0 x02,0 x01,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00, 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x01,0 x02,0 x02,0 x03,0 x04,0 x05, 0 x06,0 x07,0 x08,0 x09,0 x0a,0 x0b,0 x0d,0 x0e,0 x10,0 x11,0 x13,0 x15, 0 x16,0 x18,0 x1a,0 x1c,0 x1e,0 x20,0 x22,0 x25,0 x27,0 x29,0 x2b,0 x2e, 0 x30,0 x33,0 x35,0 x38,0 x3a,0 x3d,0 x40,0 x43,0 x45,0 x48,0 x4c,0 x4e, 0 x51,0 x55,0 x57,0 x5a,0 x5d,0 x60,0 x63,0 x66 ,0 x69,0 x6c,0 x6f,0 x72, 0 x76,0 x79,0 x7c,0 x80 ;/*正弦波码 */ void delay(uint z)/延时子程序 uchar i,j; for(i=z;i0;i-) for(j=110;j0;j-); void delay1(uint y) uint i; for(i=y;i0;i-); void write_com(uchar com) /1602 写指令 lcdrs=0; P1=com; delay(5); lcde=1; delay(5); lcde=0; void write_data(uchar date) /1602 数据 lcdrs=1; 12 P1=date; delay(5); lcde=1; delay(5); lcde=0; void init() /初始化 lcdrw=0; lcde=0; wr=0; cs=0; write_com(0 x38); write_com(0 x0c); write_com(0 x06); write_com(0 x01); write_com(0 x80+0 x00); write_data(0 x77); /写 wave: write_data(0 x61); write_data(0 x76); write_data(0 x65); write_data(0 x3a); write_com(0 x80+0 x40); /写 f： write_data(0 x66); write_data(0 x3a); void write_f(uint date) /写频率 uchar qian,bai,shi,ge; qian=date/1000; bai=date/100%10; shi=date/10%10; ge=date%10; write_com(0 x80+0 x42); write_data(0 x30+qian); write_data(0 x30+bai); write_data(0 x30+shi); write_data(0 x30+ge); write_data(0 x48); write_data(0 x5a); void xsf()/显示频率 if(s1num=1) 13 fre=(1000/(9+3*ys); write_f(fre); if(s1num=2) fre=(100000/(3*ys); write_f(fre); if(s1num=3) fre=(1000/(15+3*ys); write_f(fre); void keyscanf() d=0; if(s1=0) delay(5); if(s1=0) while(!s1); s1num+; if(s1num=1) ys=0; write_com(0 x80+0 x05); write_data(0 x73); /写 sine: write_data(0 x69); write_data(0 x6e); write_data(0 x65); write_data(0 x20); write_data(0 x20); if(s1num=2) ys=10; write_com(0 x80+0 x05); write_data(0 x73); /写 squrae write_data(0 x71); write_data(0 x75); 14 write_data(0 x61); write_data(0 x72); write_data(0 x65); if(s1num=3) ys=0; write_com(0 x80+0 x05); /train write_data(0 x74); write_data(0 x72); write_data(0 x61); write_data(0 x69); write_data(0 x6e); write_data(0 x20); if(s1num=4) s1num=0; P1=0; write_com(0 x80+0 x05); write_data(0 x20); write_data(0 x20); write_data(0 x20); write_data(0 x20); write_data(0 x20); write_data(0 x20); write_com(0 x80+0 x42); write_data(0 x20); write_data(0 x20); write_data(0 x20); write_data(0 x20); write_data(0 x20); write_data(0 x20); if(s2=0) delay(5); if(s2=0) while(!s2); ys+; 15 if(s3=0) delay(5); if(s3=0) while(!s3); ys-; void main() init(); while(1) keyscanf(); if(s1num=1) /正弦波/ for(j=0;j255;j+) P0=tosinj; delay1(ys); if(s1num=2) /方波/ P0=0 xff; delay1(ys); P0=0; delay1(ys); if(s1num=3) /三角波/ if(a128) P0=a; delay1(ys); else P0=255-a; delay1(ys); 16 a+; if(!(s1 2 2、输出波形的种类与频率的测试输出波形的种类与频率的测试 2.12.1、测量仪器及测试说明、测量仪器及测试说明 测量仪器：稳压电源、示波器、数字万用表。测量仪器：稳压电源、示波器、数字万用表。 测量说明：正弦波、矩形波、三角波信号的输出，通过对独立键盘来实现 其的不同波形的输出以及其频率的改变。 2.22.2 测试过程测试过程 当程序下进去时经过初始化，液晶屏的上只显示当程序下进去时经过初始化，液晶屏的上只显示“wave：”和和“f：“，当，当 开关三按一下是此时输出波形为正弦波，按两