单片机函数发生器.doc

简易函数信号发生器摘要函数发生器采用AT89S52 单片机作为控制核心，外围采用模拟/数字转换电路（DAC0832）、倍频电路（CD4046）、运放电路（LM324）、按键和LCD液晶显示电路等。电路采用AT89S52单片机和一片DAC0832数模转换器组成数字式信号发生器。函数信号发生器，它具有价格低、性能高和在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等特点。由于采用了LM324运算放大器，使其电路更加具有较高的稳定性能，性能比高。此电路清晰，出现故障容易查找错误，操作简单、方便。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波，同时用1602显示对应的波形和频率。所产生的波形VP-P范围为05 V，频率范围为1Hz 1MHz,并实现占空比可调，波形准确并且平滑。本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。本设计主要应用AT89S52作为控制核心。硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。AbstractFunction generator controlled by ATM89S52 MCU as the core，External analog / digital conversion circuit (DAC0832), double frequency circuit (CD4046), operational amplifiers (LM324), buttons and LCD indicator circuit. AT89S52 MCU and a DAC0832 composed digital signal generator. Function signal generator, it has low cost, high performance and low frequency range, good stability, easy operation, small size, low power consumption, etc. As a result of the LM324 op amp, make the circuit more stable performance with high performance. The circuit is clear, easy to find failure error, simple and convenient. It can produce a square wave, triangle wave, sine wave, through the button .Show frequency and the waveform. Waveform Amplitude range of 0 5 V, frequency range of 1Hz 1MHz, and to achieve adjustable duty cycle, waveform accurate and smooth. The design of the main application is AT89S52 as the control center. Simple hardware circuit, software, functional, and reliable control system, high cost performance characteristics such as a certain reference value for the use.1、总体方案比较与论证方案1. 采用模拟分离元件或单片压控函数发生器可产生方波，三角波，正弦波。通过调整外部元件的参数可以实现频率及占空比的调整，但是由于元件太过分散，即使使用单片压控函数发生器，参数也与外部元件有关。因而产生的波形稳定性较差，精度低，抗干扰能力差，价格高，且灵活性较差。方案2. 采用单片机（AT89S52）和数模转换芯片（DAC0832）实现波形的产生，波形的产生是通过AT89S52执行波形发生程序，向D/A的输入端按一定的规律发送数据，经过D/A和LM324处理后输出相应的波形用CD4046和CD4518分频实现倍频，可以达到1MHZ。通过键盘控制可产生不同波形，且能实现频率预置，频率步进功能和占空比可调的功能。此方案通过编程简化了外部单路，原理简单，实现容易。方案选择：经比较，方案2能更好地实现题目要求，三种波形的产生可由程序控制，并通过按键选择波形输出。波形的周期与频率步进也可以用程序改变，方波占空比通过按键加减，具有线路简单、结构紧凑，系统稳定等优点。通过按钮设定所需要的波形频率，并在LCD上显示信号类型、频率。输出波形稳定，精度高，滤波好，抗干扰效果强。因此我们设计中采用方案22、硬件电路设计2.1 基本原理低频信号发生器系统主要由CPU、D/A转换电路、基准电压电路、电流/电压转换电路、按键和波形指示电路、电源等电路组成。其工作原理为当分别按下四个按键中的任一个按键就会分别出现方波、锯齿波、三角波、正弦波，并且有四个发光二极管分别作为不同的波形指示灯根据题目要求，经过仔细考虑，充分考虑各种因素，制定了整体设计方案：系统主要由MCU、D/A转换电路、基准电压电路、电流/电压转换电路、按键和LCD、电源等电路组成。以ATL89S52单片机为控制核心，P0口接DAC0832信号输入并数模转换，程序控制产生三种波形，通过P1口接8个按键，控制频率、幅值和占空比，由按键选择三种波形的输出。由LM324运放实现DAC0832输出电流到电压的转换，通过CD4046与CD4060组成的100倍频电路，尽量达到题目频率要求。在LCD1602上实时显示频率与幅值，波形在示波器上显示。LCD1602LM324DAC0832AT89S52独立键盘输出倍频电路基准电压 系统总体框图（2.1）2.2波形产生原理单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值进行编码，收到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。假如N个点构成波形的一个周期，则0832输出N个样值点后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。重复输出N个点，成为第二个周期。利用单片机的晶振控制输出周期的速度，也就是控制了输出的波形的频率。这样就控制了输出的波形及其幅值和频率。具体连接如图2.3资源分配软、硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求。资源分配为：单片机用12M晶振，P0口与DAC0832相连；P1口接八个按键，实现频率、幅度、占空比的调节，以及波形选择；P2口接LCD1602液晶显示器。2.4单片机最小系统AT89S51外接12M晶振作为时钟频率，并采用电源复位设计。复位电路采用上电复位，它的工作原理是，通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过对电容充电。RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始工作。 AT89S52引脚图（2.4）2.5波形转换(D/A)电路功能：将波形样值的编码转换成模拟值，完成的波形输出。 由一片0832和两片LM324运放组成。DAC0832是一个具有两个输入数据寄存器,20条引线的双列直插式CMOS器件，它内部具有两级数据寄存器，完成8位电流D/A转换，故不需要外加电路。DAC0832是电流输出型，示波器上显示波形，通常需要电压信号，电流信号到电压信号的转换可以由运算放大器LM324实现。2.5.1 DAC0832与单片机的连接方式DAC0832与单片机连接有许多方案：主要有单缓冲方式，双缓冲方式和直通方式。单缓冲方式具有适用于只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出的情形的优点，但是电路线路连接比较简单。而双缓冲方式适用于在需要同时输出几路模拟信号的场合，每一路模拟量输出需一片DAC0832芯片，构成多个DAC0832同步输出电路，程序简单化，但是电路线路连接比较复杂。根据以上分析，选择了直通方式，使用方便，程序简单，易操作。 单片机与DAC0832的连接图（2.5.1）2.5.2 DAC0832与LM324的连接方式DAC0832与反相比例放大器相连，实现电流到电压的转换，因此输出模拟信号的极性与参考电压的极性相反，数字量与模拟量的转换关系为Vout1=-Vref（数字码/256）若D/A转换器输出为双极性，如图2.5.2所示。D/A转换器双极性输出电路图（2.5.2）图2.5.2中，运算放大器A2的作用是把运算放大器A1的单向输出电压转换成双向输出电压。其原理是将A2的输入端通过电阻R1与参考电压VREF相连，VREF经R1向A2提供一个偏流I1，其电流方向与I2相反，因此运算放大器A2的输入电流为I1、I2之代数和。则D/A转换器的总输出电压为：VOUT2= -(R3/R2) VOUT1+(R3/R1) VREF设R1=R3=2R R2=R，则 VOUT2= -(2VOUT1+VREF)2.6倍频电路功能：实现100倍频，使输出频率达到题目要求。CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（为3V18V），输入阻抗高(约100M)，动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600W，属微功耗器件。CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为17和915.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚6脚；11脚14脚）。由锁相环CD4046与计数器CD4518实现100倍倍频。当从14脚输入频率f1的信号时，在3脚（相位比较信号输入信号）、4脚（压控振荡器输出信号）之间接计数器4518，输出端4脚频率f2=100f1。具体电路连接如图2.5所示。图2.6倍频电路2.7显示电路功能：驱动LCD1602液晶显示，扫描按钮。 由LCD1602液晶显示器和7个按钮组成。当某一按钮按下时，扫描程序扫描到之后，通过P2口将数字信号发送到LCD1602。LCD1602种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，它的外接电压也是+5V。扫描利用软件程序实现，当某一按键按下时，扫描程序立即检测到，随后调用子程序，执行相应的功能。 LCD1602仿真图（2.7）3、软件设计及流程设定频率、幅度键盘扫描初始化程序显示函数LCD是否达到设定值？输出参考文献1 李勋，刘源.单片机实用教程.北京：北京航空航天大学出版社，2000.2 李珍付，植桐.单片机原理与应用技术.北京：清华大学出版社，2003.3 张毅刚，等.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.4 何立民.单片及应用文集（1）M.北京航天航空大学出版社.附录原理图仿真图 仿真结果 正弦波（图1） 方波（图2） 程序清单#include #define uchar unsigned charsbit rs=P30;sbit rw=P31;sbit eg=P32;uchar code table=Volt;uchar code table2=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;uchar code tosin256=0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,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,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02 ,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e ,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66 ,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80 ;/正弦波数据 uchar b=0,c=0,d=0,e=0,i,k,tl,th;int ww=0,qw=0,bw=9,sw=3,gw=3,n=20,chh=50;/ww为万位数字,qw为千位数字,bw为百位数字, /sw为十位数字,gw为个位数字.int t,f,m,choice=1,zk=50; /t为时间变量，f为频率变量，choice为波形类型选择变量，zk为占空比变量，默认占空比为50%/延时程序，延时Xms*void delay(unsigned int x)int i,j;for(i=0;ix;i+)for(j=0;j120;j+);/写指令函数*void writezl(unsigned char zl)rs=0;rw=0;/满足写指令的条件；P2=zl;delay(5);eg=1;delay(5);eg=0;/写数据函数*void writesj(unsigned char sj)rs=1;rw=0;/满足写数据的条件；P2=sj;delay(5);eg=1;delay(5);eg=0;/初始化程序*void initial()eg=0;writezl(0x38);/显示模式设置；writezl(0x0c);/开显示，不开光标，光标不闪烁；writezl(0x06);/写数据时，每写一个数据，指针后移动一位，但是整屏不动；writezl(0x80+0x00);/在显示器的第一行第一位开始写数据；/显示函数*void display()int i;for(i=0;i3;i+)writesj(tablei);writezl(0x80+0x04) ;writesj(table2chh/10);writezl(0x80+0x05);writesj(.);writezl(0x80+0x06);writesj(table2chh%10);writezl(0x80+0x07);writesj(V);writezl(0x02);/清除指针，但是不清楚显示内容；writezl(0x80+0x40);/跳转到下行的第一位开始置显示；writesj(F);writezl(0x80+0x41);writesj(r);writezl(0x80+0x42);writesj(e);writezl(0x80+0x43);writesj(table2ww);writezl(0x80+0x44);writesj(table2qw);writezl(0x80+0x45);writesj(table2bw);writezl(0x80+0x46);writesj(table2sw);writezl(0x80+0x47);writesj(table2gw);writezl(0x80+0x48);writesj(H);writezl(0x80+0x49);writesj(z);writezl(0x80+0x50);writesj( );/*键选择发波类型,1为正弦波,2为三角波,3为方波*/void key1(void) if(choice4)choice=choice+1; elsechoice=1;/幅度加*/void key2(void)if(chh!=50)chh+;else chh=chh;/幅度减*/void key3(void)if(chh!=0)chh-;void key4(void)/*频率加*/void key5(void)if(n=3000)n=n+100;void key6(void)if(n!=20)n=n-100;/*方波占空比加大*/void key7(void) if(zk=1)zk=zk-1;elsezk=0;/*计算显示数字 */void jisuan(void)TR0=0;/关闭定时器f=n;t=1000000/f;th=(65536-t)/256;tl=(65536-t)%256;ww=f/10000;f=f%10000;qw=f/1000;f=f%1000;bw=f/100;f=f%100;sw=f/10;