波形发生器说明书

课程设计说明书1 引言随着单片机功能不断完善，单片机在越来越多的领域得以应用。按照传统的模式，在单片机应用系统整个项目开发过程中先根据系统要求设计原理图，绘制PCB电路图，制作电路板，焊接元器件，然后进行软件编程，通过仿真器对系统硬件和软件调试，最后将调试成功的程序固化到单片机的程序存储器中。无论是从硬件成本上。还是从调试周期上，传统开发模式的效率都有待提高。基于Proteus和Keil接口仿真平台是可以进行仿真、调试、制板并最大限度的软件模拟的单片机的开发平台，可极大地提高单片机应用系统的开发过程。波形发生器是一种常用的信号源，广泛应用于科学研究、生产实践和教学实验等领域。本次课程设计对基于Proteus和Keil接口的虚拟波形发生器进行了仿真设计利用AT89C51单片机产生方波、锯齿波、三角波，并可以在不同的波形之间任意切换。1.1 题目的要求1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。2、编写下列控制程序（1） 能输出三角波、锯齿波、方波。（2） 由K0-K2键分别控制以上所述波形的产生。（3） 根据开关对输出波形的频率、幅度进行控制调节。 3、用Protues进行仿真。1.2 题目的意义（1）利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。（2）、我们这次的课程设计是以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（三角波、锯齿波、方波）且频率可调的波形发生器。（3）掌握各个接口芯片(如DAC0832等)的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。（4）在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的实验大家也都是分散的对各个章节的内容进行练习。因此，缺乏一种系统的设计锻炼。在课程所学结束以后，这样的课程设计十分有助于我们将知识系统地总结到一起。（5）通过将这几个波形的组合形成了一个函数发生器，使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以锻炼大家对单片机知识的应用。2 所需设备及功能介绍2.1 所需设备单片机最小开发系统，DAC0832一片，PC机一台，运算放大器，其他器件任选。2.2 芯片功能介绍2.2.1 DAC0832 (1)DAC0832芯片介绍：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内部结构:芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。D/A转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，还可以外接。DAC0832的内部结构框图如下图所示：DAC0832的外部引脚及功能介绍图如下：D0D7：数字信号输入端。 ILE：输入寄存器允许，高电平有效。 CS：片选信号，低电平有效。 WR1：写信号1，低电平有效。 XFER：传送控制信号，低电平有效。 WR2：写信号2，低电平有效。 IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。 Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 Vref：基准电压（-1010V）。 Vcc：是源电压（+5+15V）。 AGND：模拟地 NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。 (2)DAC0832的应用：DAC0832一是用作单极性电压输出，二是用作双极性电压输出，最后是用作程控放大器。(3) DAC0832与8031的连接方式： DAC0832的与单片机的连接方式有三种方式：一、单缓冲，二、双缓冲，三是直通方式。本程序采用的是方式一即单缓冲方式，ILE为高电平,CS、WR1、WR2、XFER为低电平。2.2.2 AT89C51(1)AT89C51引脚图及管脚说明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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管脚备选功能P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 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。3 仿真软件介绍随着单片机功能不断完善，单片机在越来越多的领域得以应用。按照传统的模式，在单片机应用系统整个项目开发过程中先根据系统要求设计原理图，绘制PCB电路图，制作电路板，焊接元器件，然后进行软件编程，通过仿真器对系统硬件和软件调试，最后将调试成功的程序固化到单片机的程序存储器中。无论是从硬件成本上。还是从调试周期上，传统开发模式的效率都有待提高。基于Proteus和Keil接口仿真平台是可以进行仿真、调试、制板并最大限度的软件模拟的单片机的开发平台，可极大地提高单片机应用系统的开发过程Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是由英国Iabcenter公司开发的，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台，已有近20年的发展历史，是目前唯一能够对各种微处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具，真正实现了在没有硬件目标原形时就可对系统进行调试、测试与验证。Keil C51是美国Kell Software公司出品的51系列兼容单片机软件开发系统，提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。正是由于Proteus逼真、强大的协同仿真能力。与Keil联合使用，可以大大提高开发效率，最大限度地减小对硬件的依赖，甚至对于一些小系统可以做到完全脱离硬件，实现零成本学习单片机。4 总体功能图及主要设计思路4.1 总体功能图波形发生器的设计K1键三角波K2键方波K0键锯齿波4.2 主要设计思想从此题的要求我的设计思路分以下几步：（一）、课设需要各个波形的基本输出：输出锯齿波、三角波、方波。这些波形的实现的具体步骤：锯齿波实现很简单，只需要一开始定义一个初值，然后不断的加1，当溢出后又重初值开始加起，就这样循环下去；方波的实现方法是连续输出一个数，到某个时候就改变一下值，可以把值定义为正极性的，也可以是负极性；三角波的实现过程是先加后减，先从00H开始加1直到溢出后就执行减1操作，就这样不断调用这个循环。设计程序流程图如图所示。（二）、通过P3口和开关K0-K3相连接来控制各个波形的输出。能根据K0-K3键状态进行波形切换，开关键向上接“1”，产生波形，向下拔接“0”，无波形输出。即K0键向上拔，K1、K2键向下拔，产生锯齿波； K1键向上拔，K0、K2键向下拔，产生三角波；K2键向上拨，K0、K1键向下拨，产生方波。4.3 原理图.4 制板图 4.5 PROTEUS 仿真图仿真图锯齿波三角波方波5 软件设计流程及描述5.1 锯齿波的实现过程锯齿波的实现过程是首先定义一个初值然后进行加法操作，加的步数的多少则根据要求的频率来进行。然后加到某个数之后就再重新设置为初值，再重复执行刚刚的操作，如此循环下去。流程图如下所示：设置初值AMOV DPTR，#8000HMOVX DPTR，A加上设定的步数，ADD A，步数判断A是否已经满了？否重新设置初值A是开 始5.2 三角波的实现过程 三角波的实现是设置一个初值，然后进行加数，同样是加到某个数之后再进行减数，减到初值之后就再返回到先前的操作，这个操作跟锯齿波的实现是相似的。此程序输入的VREF的电压是5V，因此该波形输出的最大频率是初值为00H和最终值为0FFH，且步数为1，这样输出的波形是最大的。程序流程图如下图所示：给A设置初值MOV DPTR，#8000HMOVX DPTR，AADD A，步数判断A是否已满？否是SUBB A，步数判断是否等于初值？否/是开 始5.3 方波的实现过程 此波形的实现更加简单，只需开始的时候设置一个初值然后直接输出这个值就行了，输出一段时间后，然后再重新置一个数据，然后再输出这个数据一段时间，但是此时的时间一定要等于前面那段时间。这样才是一个方波，如果两个时间不相同，那就相当于一个脉冲波了。流程图如下图所示：开 始给A设置初值MOV DPTR，#8000H MOVX DPTR，A设置输出的时间再设置一个初值放入A中MOVX DPTR，A输出一段时间5.4 波形切换 下面是通过开关的切换控制输出波形的流程图。按下一个开关，若P3.0为1则输出锯齿波，P3.1为1输出三角波，P3.2为1输出方波。开 始判断P3.0是否为1？判断P3.1是否为1？判断P3.2是否为1？否否否是是是输出相应的波形5.5 源代码及注释ORG 0000HSTART:LJMP MAINORG 0003H ;外部中断入口LJMP INSER ;转到中断服务程序ORG 0030HMAIN:MOV DPTR,#7FFFH ;DAC0832地址SETB EX0 ;允许中断 SETB IT0 ;负边沿触发方式 SETB EA ;开中断HERE: JB 20H.0,ST ;锯齿波处理JB 20H.1,TRI ;三角波处理JB 20H.2,SQ ;方波处理SJMP HERE ;等待中断INSER:JNB P1.0, LL1 ;中断服务程序，查询按键SJMP L1LL1: MOV 20H,#00H SETB 20H.0 ;设置锯齿波标志SJMP RTL1: JNB P1.2, LL2SJMP L2LL2: MOV 20H,#00HSETB 20H.1 ;设置三角波标志 SJMP RTL2: JNB P1.4, LL3SJMP RTLL3: MOV 20H,#00HSETB 20H.2 ;设置方波标志 RT: RETI ;中断返回ST: MOV A,#00H ;锯齿波LOOPP: MOVX DPTR,A ;启动D/A转换 INC A JB 20H.0,LOOPP ;连续输出波形 LJMP HERE TRI: MOV A,#00H ;三角波UP: MOVX DPTR,A ;启动D/A转换 INC A ;上升沿 CJNE A,#0FFH,UPDOWN: MOVX DPTR,A ;启动D/A转换 DEC A ;下降沿 CJNE A,#00H,DOWN JB 20H.1, UP ;连续输出波形 LJMP HERESQ: MOV A,#00H ;方波 MOVX DPTR,A ;DAC输出低电平 ACALL DELAY ;延时1 MOV A,#0FFH MOVX DPTR,A ;DAC输出高电平 ACALL DELAY ;延时2 JB 20H.2, SQ ;连续输出波形 LJMP HEREDELAY: MOV R4,#0FH ;延时子程序LOOP11: MOV R5,#10HLOOP22: NOPNOPNOPDJNZ R5,LOOP22DJNZ R4,LOOP11RET END6 总结一个星期的课程设计很快就这样过去了，经过此课程设计我已经了解DAC0832的基本的功能的实现和开关的操作。此设计使用了单片机作为中央控制器，