单片机实现简易波形发生器.doc

电子信息工程专业 单片机课程设计报告题 目 简易波形发生器 姓 名 学 号 班 级 指导教师 2013年 7 月 4 日要求：1指导教师按照课程设计大纲要求完成学生课程设计指导工作。2课程设计任务书由指导教师照大纲要求填写，内容要全面。3课程设计报告由参加本学生填写。课程设计结束时交指导教师。4指导教师要根据每一位学生课程设计任务完成情况，认真审核设计报告，并在课程设计结束时，给出客观、准确的评语和成绩。5课程设计任务书和报告要语言流畅，图表正确规范。6本表要用钢笔、圆柱笔填写或打印，字迹工整。 图1.1 显示电路图课程设计报告1 设计原理与技术方法：11 电路工作原理分析 本次单片机实习采用的是单片机stc89c52，对于简易波形发生器设计的硬件电路主要为三个部分，为显示部分、键盘部分、d/a转换电路，以下对三个部分分别介绍。1.1.1 显示电路原理图1.1 显示电路图如图1.1所示八位八段数码管为共阴极数码管，通过两个74hc573锁存器与单片机连接，一片573的le为位选信号另一片的le为段选信号，分别由单片机的p2.7和p2.6控制，高电平有效。当p2.7=1、p2.6=0时，位选有效，p0.0-p0.7分别控制01-08八位数码管选通，低有效，即通过p0口送出数据，哪一位为0则哪一位数码管有显示；当p2.6=1、p2.7=0时，段选有效，此时p0.0-p0.7分别控制每一位八段数码管的每一段a b c d e f g dp的亮灭，高有效，从而使数码管显示数字0-9。显示段码如表1.1所示。表1.1 共阴极数码管显示段码显示字符012345678显示段码3fh06h5bh4fh66h6dh7dh07h7fh显示字符9abcdef灭显示段码6fh77h7ch39h5eh79h71h00h1.1.2 键盘电路原理如图1.2所示为44的矩阵式键盘与单片机的p3口相连，行连接p3.0-p3.3，列连接p3.4-p3.5。用扫描法对按键进行扫描，先将所有行置0，所有列置1，当有按键按下时，通过对p3口的状态查询则按下的按键所在列将为0，其余仍未1，通过延时去抖动判断是否真有按键按下，若有，则逐行扫描，判断按键所在行，最后返回按键键码，并去执行相应按键的程序。返回键码如表1.2所示。按键01234567返回键码eehdehbeh7ehedhddhbdh7dh按键89abcdef返回键码ebhdbhbbh7bhe7hd7hb7h77h图1.3 d/a转换电路表1.2 键盘扫描返回键码1.1.3 d/a转换电路原理图1.2 键盘电路图如图1.3所示为ad/da转换芯片pcf8591与单片机相连的电路，其中4路d/a，一路a/d，简易波形发生器用到的为d/a转换，单片机的p2.0及p2.1口与pcf8591的时钟线scl、数据线sda相连，通过i2c串行总线向pcf8591发送数据并进行数字量转换成模拟量后输出。1.2 元器件选择及说明 简易波形发生器是由单片机向d/a转换器中输入数字量，通过d/a转换成模拟量从而输出波形，因此用到的器件主要有单片机stc89c51，ad/da转换芯片pcf8591，四位共阴极数码管，44的矩阵式键盘。下面对两种芯片进行说明。1.2.1 单片机stc89c51 单片机的引脚可分为电源、外接晶振、控制和可编程输入/输出引脚。（1）电源引脚（2根） vcc：电源输入，接5v电源gnd：接地线（2）外接晶振引脚（2根） xtal1：片内振荡电路的输入端xtal2：片内振荡电路的输出端（3）控制引脚（4根） rst：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ale/prog：地址锁存允许信号/片内eprom编程脉冲psen：外部存储器读选通信号ea/vpp：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。（4）可编程输入/输出引脚（32根） stc89c52单片机有4组8位的可编程i/o口，分别位p0、p1、p2、p3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。p0口（p0.0p0.7）：8位双向i/o口线；p1口（p1.0p1.7）：8位准双向i/o口线；p2口（p2.0p2.7）：8位准双向i/o口线；p3口（p3.0p3.7）：8位准双向i/o口线。1.2.2 ad/da转换芯片pcf8951pcf8591是单片、单电源低功耗8位cmos数据采集器件，具有4个模拟输入、一个输出和一个串行i2c总线接口。3个地址引脚a0、a1和a2用于编程硬件地址，允许将最多8个器件连接至i2c总线而不需要额外硬件。器件的地址、控制和数据通过两线双向i2c总线传输。其引脚如下：ain0ain3：模拟信号输入端。a0a3：引脚地址端。vdd、vss：电源端（2.56v）。sda、scl：i2c总线的数据线、时钟线。osc：外部时钟输入端，内部时钟输出端。ext：内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时ext接地。agnd：模拟信号地。器件功能包括多路复用模拟输入、片上跟踪和保持功能、8位模数转换和8位数模转换。最大转换速率取决于i2c总线的最高速率。具体功能描述如下：（1）地址图1.3 地址i2c总线系统中的每一片pcf8591通过发送有效地址到该器件来激活。该地址包括固定部分和可编程部分。可编程部分必须根据地址引脚a0、a1和a2来设置。在i2c总线协议中地址必须是起始条件后作为第一个字节发送。地址字节的最后一位是用于设置以后数据传输方向的读/写位。地址如图1.4所示。（2）控制字图1.4 控制字发送到 pcf8591 的第二个字节将被存储在控制寄存器，用于控制器件功能。控制寄存器的高半字节用于允许模拟输出，和将模拟输入编程为单端或差分输入。低半字节选择一个由高半字节定义的模拟输入通道。控制字如图1.4所示。（3）d/a转换发送给 pcf8591 的第三个字节被存储到dac 数据寄存器，并使用片上d/a 转换器转换成对应的模拟电压。这个d/a 转换器由连接至外部参考电压的具有256个接头的电阻分压电路和选择开关组成。接头译码器切换一个接头至dac 输出线。d/a转换顺序的波形如图1.5。1.3 程序设计及流程图本次优秀的设计为当输入任意频率，数码管显示出频率并输出相应频率的方波，此次设计是由定时时间决定，频率范围为30hz500hz，当由按键输入次频率范围内任意频率时，对应数码管显示出来并在示波器上输出方波，流程图如图1.6所示。程序见附录。图1.6 优秀设计流程图图1.5 d/a转换顺序2 课程设计工作记录2.1 设计步骤与时间安排6月17日至6月18日，选课题，查阅资料。6月19日至6月21日，研究电路图。6月22日至7月1日，根据课题要求，编写程序，从及格开始，然后中，良，优秀依次展开。并进行仿真，纠正程序的功能错误，不断完善程序。7月2日，进行答辩。7月4日，交实习报告。2.2 课题完成结果说明（1）此次简易波形发生器实现了以下功能： 及格：上电之后，数码管最后四位将显示1234，当按键1按下时，显示1234灭亮闪烁一次，时间间隔为0.5s；当按键2按下时，显示1234灭亮闪烁两次，当按键3按下时，显示1234灭亮闪烁三次；当按键4按下时，显示1234灭亮闪烁四次。 中等：上电之后，示波器显示100hz方波，数码管显示频率100。当有“频率加”按键按下时，频率加100hz；当有“频率减”按键按下时，频率减100hz；当有“幅值加”按键按下时，幅值加0.1v；当由“幅值减”按键按下时，幅值减0.1v。 良好：上电之后，数码管无显示，示波器无波形。当有按键1按下时，示波器出现方波，数码管显示对应频率，此时若有频率加减按键按下，方波频率加减100hz,若有幅值加减按键按下时，方波幅值加减0.1v；当有按键2按下时，示波器出现三角波，数码管显示对应频率，此时若有频率加减按键按下，三角波频率加减100hz；当有按键3按下时，示波器出现正弦波，数码管显示对应频率，此时若有频率加减按键按下，正弦波频率加减100hz。 优秀：上电之后示波器无波形，数码无显示，当输入030hz500hz内的任意频率后，数码管显示所输频率，示波器显示相应频率的波形。、 （2）实验中遇到的问题： 1.由于是用i2c总线串行输入数据，延时时间较长，定时时间不准确，方波频率显示只能到700hz，三角波和正弦波频率只能显示到400hz。 2.由于显示部分占用了延时时间，为了增大频率，将显示部分的延时减小里许多，导致了数码管后两位显示较暗。 3.由于定时不是很准确，优秀中的各个频率所输出的波形也不是特别精确。 （3）总结通过这三周的实习，感觉时间很紧迫，我认为想要真正做好一次设计三周的时间真的不够用，觉得还有很多不足的地方需要改进，但却已经没有时间。在之前学习单片机感觉还能驾驭，即使在平时实验中也还能凑合应付。但当自己真正做一个模块时，有种无从下手的感觉。并且这次设计我们用的是c语言编程，对于单片机的c语言编程我们还不太了解，后来通过去图书馆借书和查阅资料慢慢的了解了许多c语言程序，之后便开始研究电路图并开始编程，刚开始比较困难，问题很多，但在不断的失败与解决问题的过程中，我一点点进步，最终完成了这次设计任务。这次课程实习是我受益匪浅，让我对单片机的原理和功能有了进一步的了解，学到了更多的电路知识，在对单片机编程过程中，认识了解了iic总线输入方式，了解了pcf8591类芯片的使用方法。从这次实习，我也发现了自己的许多不足，并更加完善了自我，锻炼了动手能力，而且学会了将理论知识与实际相结合。课程设计验收指导教师评语及成绩：成绩指导教师签字 年 月 日教研室主任意见教研室主任签字年 月 日附录简易波形发生器优秀设计程序：#include#include#include#include #define uint unsigned int /宏定义#define uchar unsigned charsbit scl=p20; /时钟位sbit sda=p21; /数据位sbit dula=p26; /数码管段选锁存端sbit wela=p27; /数码管位选锁存端uchar code duanma=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /数码管段码uchar code weima=0xdf,0xbf,0x7f;uchar code plth_tab=0xc4,0xc6,0xc8,0xca,0xcc,0xce,0xcf,0xd1,0xd2,0xd3,0xd4,0xd6,0xd7,0xd8,0xd9,0xda,0xdb,0xdb,0xdc,0xdd,0xde,0xdf,0xdf,0xe0,0xe0,0xe1,0xe2,0xe3,0xe3,0xe4,0xe4,0xe5,0xe5,0xe6,0xe6,0xe7,0xe7,0xe7,0xe8,0xe8,0xe9,0xe9,0xe9,0xea,0xea,0xea,0xeb,0xeb,0xeb,0xeb,0xec,0xec,0xec,0xed,0xed,0xed,0xee,0xee,0xee,0xee,0xee,0xef,0xef,0xef,0xef,0xf0,0xf0,0xf0,0xf0,0xf0,0xf1,0xf1,0xf1,0xf1,0xf1,0xf1,0xf2,0xf2,0xf2,0xf2,0xf2,0xf2,0xf3,0xf3,0xf3,0xf3,0xf3,0xf3,0xf4,0xf4,0xf4,0xf4,0xf4,0xf4,0xf4,0xf4,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf5,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf6,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf8,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xf9,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfa,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfb,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfc,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff;uchar code pltl_tab=0xf0,0xf0,0xf0,0xf0,0xe0,0x20,0xf0,0x00,0x20,0x40,0xf0,0x50,0x50,0x60,0x30,0x20,0x00,0xf0,0x90,0x40,0x20,0x00,0xa0,0x1a,0x50,0xd0,0x60,0x20,0xb0,0x05,0x95,0x25,0xb5,0x15,0xa5,0x05,0x95,0xf5,0x4a,0xaa,0x0a,0x6a,0xca,0x20,0x80,0xe0,0x0a,0x6a,0xca,0xfa,0x5a,0xba,0xea,0x4a,0x7a,0xaa,0x0a,0x3a,0x6a,0xca,0xfa,0x2a,0x5a,0x8a,0xea,0x1a,0x4a,0x7a,0xaa,0xda,0x0a,0x3a,0x60,0x90,0xc0,0xf0,0x20,0x55,0x7f,0x9f,0xcf,0xf0,0x3f,0x6f,0x87,0x9f,0xcf,0xed,0x0b,0x2a,0x5a,0x72,0x8a,0xba,0xd2,0xea,0x15,0x2d,0x45,0x5d,0x75,0xa5,0xbd,0xd5,0xeb,0x00,0x18,0x30,0x48,0x60,0x78,0x90,0xa8,0xc0,0xd8,0xf0,0x04,0x18,0x30,0x48,0x60,0x78,0x88,0x98,0xa8,0xc0,0xd8,0xe8,0xf8,0x08,0x20,0x38,0x45,0x52,0x60,0x78,0x90,0xa0,0xb0,0xc0,0xd0,0xe0,0xf0,0x00,0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x5c,0x69,0x75,0x80,0x90,0xa0,0xb0,0xbc,0xc9,0xd5,0xe0,0xf0,0x00,0x10,0x1c,0x29,0x35,0x40,0x4c,0x59,0x65,0x70,0x7c,0x89,0x95,0xa0,0xac,0xb9,0xc5,0xd0,0xda,0xe3,0xed,0xf6,0x00,0x0d,0x1a,0x27,0x35,0x40,0x4a,0x55,0x5f,0x6a,0x74,0x7d,0x87,0x90,0x9a,0xa4,0xad,0xb7,0xc0,0xca,0xd2,0xda,0xe2,0xea,0xf2,0xfa,0x02,0x0a,0x12,0x1a,0x22,0x2a,0x32,0x3a,0x42,0x4a,0x52,0x5a,0x62,0x6a,0x72,0x7a,0x82,0x8a,0x91,0x98,0x9e,0xa5,0xac,0xb3,0xba,0xc1,0xc8,0xce,0xd5,0xdc,0xd3,0xea,0xf0,0xf6,0xfc,0x02,0x08,0x0e,0x14,0x1a,0x20,0x26,0x2c,0x32,0x38,0x3e,0x44,0x4a,0x50,0x56,0x5c,0x62,0x68,0x6e,0x74,0x7a,0x80,0x85,0x8a,0x8f,0x94,0x9a,0x9f,0xa4,0xaa,0xb0,0xb5,0xba,0xc0,0xc5,0xca,0xcf,0xd4,0xda,0xdf,0xe4,0xe8,0xed,0xf2,0xf6,0xfb,0x00,0x05,0x0a,0x0f,0x13,0x17,0x1b,0x20,0x24,0x28,0x2c,0x30,0x35,0x3a,0x3e,0x41,0x44,0x48,0x4b,0x4e,0x52,0x56,0x5a,0x5d,0x61,0x65,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7d,0x80,0x83,0x86,0x8a,0x8e,0x93,0x97,0x9b,0x9f,0xa3,0xa8,0xac,0xb0,0xb4,0xb8,0xbc,0xc0,0xc5,0xc9,0xcc,0xcf,0xd2,0xd5,0xd8,0xdc,0xdf,0xe2,0xe5,0xe8,0xeb,0xee,0xf1,0xf5,0xf8,0xfb,0xfe,0x01,0x03,0x06,0x08,0x0b,0x0e,0x10,0x13,0x15,0x18,0x1b,0x20,0x23,0x25,0x28,0x2b,0x2d,0x30,0x32,0x35,0x37,0x3a,0x3d,0x3f,0x42,0x44,0x47,0x4a,0x4f,0x52,0x55,0x58,0x5b,0x5f,0x62,0x64,0x68,0x6a,0x6d,0x70,0x73,0x76,0x79,0x7b,0x7d,0x80,0x82,0x85,0x88,0x8a,0x8c,0x8e,0x91,0x93,0x96,0x99,0x9b,0x9d,0x9f,0xa3,0xa6,0xa8,0xaa,0xad,0xae,0xb0,0xb2,0xb4,0xb6,0xb8,0xba,0xbc,0xbe,0xbf,0xc1,0xc3,0xc5,0xc6,0xc8,0xca,0xcc,0xce,0xd0,0xd2,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdc,0xdd,0xdf,0xe0,0xe2,0xe3,0xe4,0xe6,0xe8,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xf0,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf8,0xfa,0xfb,0xfc,0xfe,0xff;uchar 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for(;i0;i-);/* 启动i2c总线子程序 时钟保持高，数据线从高到低一次跳变，i2c通信开始*/void iic_start() sda=1; scl=1; delaynop(); / 延时2us sda=0; delaynop(); scl=0;/* 初始化i2c总线子程序*/void iic_init() scl=1; delaynop(); sda=1; delaynop();/* 主机应答位检查子程序,迫使数据传输过程结束*/void check_ack() sda=1; /置成输入 scl=1; f0=0; delaynop(); if(sda=1) /若sda=1表明非应答 f0=1; /置位非应答标志f0 scl=0;/* 发送一字节子程序*/void iic_sendbyte(uchar indata) uchar n=8; /发送一字节数据，共八位 while(n-) sda=(bit)(indata&0x80); /发送最高位 scl=1; delaynop(); scl=0; indata=indata1; /数据左移一位 /* 发送数据子程序*/void dac_fangbo(uchar dat) flag_fb=1; iic_start(); /启动i2c delaynop(); iic_sendbyte(0x90); /发送地址位 check_ack(); /检查应答位 iic_sendbyte(0x40); /发送控制位 check_ack(); /检查应答位 while(flag_fb) iic_sendbyte(dat); /发送数据 check_ack(); /检查应答位 time(plth_tabshu-30,pltl_tabshu-30); /定时延时delay(90);iic_sendbyte(0x00); /发送地位数据 check_ack(); /检查应答位 time(plth_tabshu-30,pltl_tabshu-30); /定时延时 plfzxs();dat=fz_tabf;xsfb(); /* 显示子程序*/void display() uchar j;for(j=0;jn;j+) dula=1; p0=duanmaaj; dula=0; p0=0