波形发生器.doc

基于51单片机的波形发生器绪论：函数发生器是一种常用的电子仪器，用于产生标准信号。它种类繁多，性能各异，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。在工业生产和科研中利用信号发生器输出的信号，可以对元器件的性能及参数进行测量，还可以对电工和电子产品进行指数验证、参数调整及性能鉴定。在某些场合，我们对系统进行测试时需要特殊波形，这是传统的模拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。利用单片机的强大功能，设计合适的人机交互界面，使用户能够通过手动的设定，设置所需波形。任务要求设计一种使用简单、性能优良的波形发生器，该发生器能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等常用的标准信号。波形的频率、幅值均为连续可调。实现多功能信号发生器波形种类、波形的频率、幅值的状态及数据的显示。整个系统采用单片机控制。1、 实验设计方案利用单片机AT89C51外接数模转换器和运算放大器，由用户通过按键选择输出实验室中经常使用到的几种基本波形：锯齿波、正弦波、方波和三角波，再由AT89C51单片机将最大值和最小值输出给D/A，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。原理图及实验选择的单片机 2、 电路分析（1） 、主控电路AT89C51单处机内部设置两个16位可编程的定时器/计数器T0和T1，它们具有计数器方式和定时器方式两种工作方式及4种工作模式。在波形发生器中，将其作定时器使用，用它来精确地确定波形的两个采样点输出之间的延迟时间。模式1采用的是16位计数器，当T0或T1被允许计数后，从初值开始加计数，最高位产生溢出时向CPU请求中断。中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。在波形发生器中，只用到片内定时器计数器溢出时产生的中断请求，即是在AT89C51输出一个波形采样点信号后，接着启动定时器，在定时器未产生中断之前，AT89C51等待，直到定时器计时结束，产生中断请求，AT89C51响应中断，接着输出下一个采样点信号，如此循环产生所需要的信号波形。中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。在波形发生器中，只用到片内定时器计数器溢出时产生的中断请求，即是在AT89C51输出一个波形采样点信号后，接着启动定时器，在定时器未产生中断之前，AT89C51等待，直到定时器计时结束，产生中断请求，AT89C51响应中断，接着输出下一个采样点信号，如此循环产生所需要的信号波形。（2） 、数/模转换电路由于单片机产生的是数字信号，要想得到所需要的波形，就要把数字信号转换成模拟信号，所以该文选用价格低廉、接口简单、转换控制容易并具有8位分辨率的数模转换器DAC0832。DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。但实际上，DAC0832输出的电量也不是真正能连续可调，而是以其绝对分辨率为单位增减，是准模拟量的输出。DAC0832是电流型输出，在应用时外接运放使之成为电压型输出。如图，DAC0832的片选地址为7FFFH，当P25有效时，若P0口向其送的数据为00H，则U1的输出电压为0V;若P0口向其送的数据为0FFH时，则U1的输出电压为-5V.故当U1输出电压为0V时，由公式得：Vout=-5V.当输出电压为-5V时，可得：Vout=+5V，所以输出波形的电压变化范围为-5V+5V.故可推得，当P0所送数据为80H时，Vout为0V。 数模转换电路（3） 、按键接口电路下图为键盘接口电路的原理图，图中键盘和8155的PA口相连，AT89C51的P0口和8155的D0口相连，AT89C51不断的扫描键盘，看是否有键按下，如有，则根据相应按键作出反应。其中“S0”号键代表方波输出，“S1”号键代表正弦波输出，“S2”号键代表三角波出。“S3”号键代表锯齿波输出，“S4”号键为10Hz的频率信号，“S5”号键为100Hz的频率信号，“S6”号键为500Hz的频率信号，“S7”号键为1KHz的频率信号超过上限下限电压时报警。（4） 、显示电路显示电路是用来显示波形信号的频率，使得整个系统更加合理，从经济的角度出发，所以显示器件采用LED数码管显示器。而且LED数码管是采用共阳极接法，当主控端口输出一个低电平后，与其相对应的数码管即变亮，显示所需数据。其器件模型如图3、 元器件介绍（一）、AT89C52单片机AT89C52单片机有44个引脚PLCC和TQFP方形封装形式，40个引脚的双列直插式封装形式，最常用的40个引脚封装形式及其配置如图3-1所示，各个引脚功能说明如下：GND：接地P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。RST：复位输入。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。（二）、数模转换器DAC0832 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。管脚说明：DI0DI7 数据输入线，TLL电平。 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，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2为DAC寄存器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。 Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻. Vcc:电源输入线 (+5v+15v) Vref:基准电压输入线(-10v+10v) AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地. DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好（三）、显示模块1602液晶器件引脚功能： 液晶显示各引脚功能4、 实验步骤：（一）、原理图绘制 1、添加原理图元件库 2、摆放元件 3、连接电路，防止重叠、交叉 4、修改元件属性、元件的封装、元件命名、元件参数（二）、新建元件封装 1、原理图元件：从原理图元件库中调出的符号。 2、元件实物：一般有特定的外形，引脚排列。 3、元件封装：将原理图元件与元件实物联系在一起，是组成PCB板的基础。焊盘的间距与实物引 脚间距相同，内部标号与原理图标号一致，保证实际引脚与原理图引脚对应。（三）、导入元件封装库及网络表（四）、仿真电路，看电路是否成功（五）、测试结果各项指标均达到要求。实验结果显示如图：正弦波波形及频率 方波波形及频率 三角波波形及频率测试数据如下：1）、产生正弦波、方波、三角波基本实现2）、三种波形的频率都可调，但不能步进的调节，其中方波的可调范围最广为13.3KHZ，其他两种波形的频率范围不大1180HZ3）、显示部分基本实现4）、键盘功能实现5、 实验程序96、 心得体会本次课设主要是根据老师的题目学生自己设计出电路图，并做出自己的作品。要求做出的作品可以准确产生正弦波、方波、三角波且稳定不失真，同时可实现输出频率可调范围在1Hz500Hz之间，输出信号频率稳定度优于10-3，在1K负载电阻上的电压值在0-5V，自制稳压电源输出电压稳定，并且可调。此次课程设计我主要负责硬件制作，与一些硬件设计部分。其中最主要的体会就是仿真和真实电路实现是有很大区别的，仿真结果成功，实际电路却不一定成功。我遇到的最大的障碍就是焊接问题，一不小心漏焊就会导致整个短路。本次课设体会到了一个作品从最初到成品的整个过程，培养了自己的动手能力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因。这就要求我们对硬件系统中各组件部分有充分透彻的理解和研究，并能对之灵活应用。完成这次设计后，我在书本理论知识的基础上又有了更深层次的理解。 同时在本次设计的过程中，我还学会了高效率的查阅资料、运用工具书、利用网络查找资料。我发现，在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实并不是十分理想，各种参数都需要自己去调整。偶而还会遇到错误的资料现象，这就要求我们应更加注重实践环节。 在刚开始上课的时候曹老师给我们非常详细的讲解了总体电路的设计思想和框架，在我们的脑海里形成了一个总体的印象。通过曹老师的讲解，我们再通过查阅资料，阅读刊物了解了主要芯片ADC0832和AC89C51芯片的引脚特性，实现的功能和焊接时要注意的地方。就这样我们就已经知道了整体模块结构，以及程序框图的流程图。通过仿真软件将所有模块结合在一起，其中包含