波形发生器的设计（程序仿真+电路图+任务书+说明书）

I摘要本系统是基于AT89C51单片机的数字式低频信号发生器。采用AT89C51单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波等。其设计简单、性能优好，可用于多种需要低频信号的场所，具有一定的实用性。各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分必要的。本文介绍的是利用AT89C51单片机和数模转换器件DAC0832产生所需不同信号的低频信号源，其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，AT89C51的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。文中着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。本次关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，而且具有很强的可行性。该信号源的特点是：体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。关键词波形发生器；三角波；正弦波；方波II目录摘要.1绪论.2第章方案设计.31.1方案论述.31.2方案论证.3第2章硬件设计.42.1总体设计功能说明.42.2DAC0832芯片.52.3硬件放大电路.6第3章软件设计.73.1程序流程图.73.2主要程序代码.93.3调试.12设计总结.14参考文献.15第0页绪论波形发生器也称函数发生器，作为实验信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿波，正弦波，方波，三角波等波形。信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路经之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。第1页第章方案设计1.1方案论述从科学所设计的不同范围以及器件的不同选择来构思，可以实现的方案有很多，现提出两个可行的方案并分别论述其工作原理及可行性。方案一：方案一方框图如下图1.1.1所示。采用AT89C51芯片，数模芯片采用DAC0831芯片，构成基本的波形发生电路，设置多个按键用来控制波形输出记忆调整信号频率的大小。此电路设计输出波形稳定，精度高。图1-1方案一电路流程图方案二：本方案的基本原理是在PC机上按下鼠标左键创建一个周期的波形，再将各点值传送给单片机系统，产生实际的模拟信号。模拟信号通过D/A转换器的转换，得到所需要的波形型号。图1-2方案二电路流程图1.2方案论证单片机控制超低频任意信号波形发生器（方案一）与现有采用微处理器和数模转换器组成的数字式低频信号发生器（方案二）相比，由于采用直接数字波形合成技术，频率准确度和稳定度较高。方案二中微处理器对信号的现实和处理非常方便，只是需要同时编辑单片机语言和微处理器所需要的高级语言，工作量大而且较为复杂。因此我选择了方案一。第2页第2章硬件设计2.1总体设计功能说明键盘输入部分主要用于选择波形。键盘共设3个键，用于选择三角波、矩形波、正弦波3种不同的波形。89C51单片机用来执行某一波形发生程序，向DA转换器的输入端发送数据，将其转化成模拟量，并通过运算放大器调节波形的幅值，从而在输出端得到所需的波形。可由硬件设计好后，再根据要求进行具体编写。程序的主要功能是：首先程序在开始后，先判断P1.0，P1.1，P1.2相应的波形,然后根据选择的波形输出相应的波形.程序将根据要求进行调节波形。图2-1总电路图第3页2.2DAC0832芯片图2-2DAC0832引脚图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。1：DAC0832的主要特性参数如下：分辨率为8位；电流稳定时间1us；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只需在满量程下调整其线性度；单一电源供电（+5V+15V）；低功耗，200mW。2：DAC0832结构：D0D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；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（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；第1页WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V+15V；VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V+10V；AGND：模拟信号地DGND：数字信号地3：DAC0832的工作方式：根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式2.3信号放大电路图2-3信号放大电路图第2页第3章软件设计3.1程序流程图图3-1主流程图第3页图3-2三角波流程图图3-3方波流程图图3-4正弦波流程图第4页3.2主要程序代码MOVA,#0FFHCLRP1.5MOVP1,AJNBP1.0,SANJIAO;P1.0控制三角波的输出JNBP1.1,JUXING;P1.1控制矩形波的输出JNBP1.2,ZX;P1.2控制正弦波的输出RET;*三角波*SANJIAO:MAI:MOVDPTR,#7FFFH;置DAC0832入口地址MOVA,#00H;置初始值LOOP1:MOVXDPTR,A;送数字电压值INCA;加1NOPCJNEA,#0FFH,LOOP1;不等于0FFH转回去，生成三角波从低到高的这部分，否者向下LOOP2:DECA减1MOVXDPTR,A;送数字电压值CJNEA,#00H,LOOP2;不等于00H转回去，生成三角波从高到低的这部分，否者向下INCA;为了不让第二个周期产生于前一个周期的00H的数字电压重复NOPLJMPLOOP1;必须加1后在返回到LOOP1RET;*矩形波*JUXING:START:MOVDPTR,#7FFFH第5页LOOP:MOVA,#00H;设置初值MOVXDPTR,A;设置上限电平为LCALLDELAY;形成方波宽度MOVA,#0xFFMOVxDPTR,ALCALLDELAYLJMPLOOP;完成一个周期循环后，再次进行循环DELAY:MOVR2,#100DJNZR2,$RET;*正弦波*ZX:DA01:MOVR7,#0FFHMOVDPTR,#TABDA02:MOVA,#0HMOVCA,A+DPTRMOVR0,DPLMOVR1,DPHMOVDPTR,#7FFFHMOVXDPTR,AMOVDPL,R0MOVDPH,R1INCDPTRDJNZR7,DA02LJMPDA01TAB:DB80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96HDB99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEHDB0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5HDB0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H,0D4H,0D6H,0D8H第6页DB0DAH,0DDH,0DFH,0E1H,0E3H,0E5H,0E7H,0E9HDB0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1H,0F2H,0F4H,0F5HDB0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH,0FBH,0FCH,0FDHDB0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FEH,0FDHDB0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H,0F8H,0F7H,0F6HDB0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH,0EEH,0ECH,0EAHDB0E9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H,0DEH,0DDH,0DAHDB0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH,0CCH,0CAH,0C7HDB0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH,0B7H,0B4H,0B1HDB0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H,9FH,9CH,99HDB96H,93H,90H,8DH,89H,86H,83H,80HDB80H,7CH,79H,78H,72H,6FH,6CH,69HDB66H,63H,60H,5DH,5AH,57H,55H,51HDB4EH,4CH,48H,45H,43H,40H,3DH,3AHDB38H,35H,33H,30H,2EH,2BH,29H,27HDB25H,22H,20H,1EH,1CH,1AH,18H,16HDB15H,13H,11H,10H,0EH,0DH,0BH,0AHDB09H,08H,07H,06H,05H,04H,03H,02HDB02H,01H,00H,00H,00H,00H,00H,00HDB00H,00H,00H,00H,00H,00H,01H,02HDB02H,03H,04H,05H,06H,07H,08H,09HDB0AH,0BH,0DH,0EH,10H,11H,13H,15HDB16H,18H,1AH,1CH,1EH,20H,22H,25HDB27H,29H,2BH,2EH,30H,33H,35H,38HDB3AH,3DH,40H,43H,45H,48H,4CH,4EHDB51H,55H,57H,5AH,5DH,60H,63H,66HDB69H,6CH,6FH,72H,76H,79H,7CH,80HRET第7页3.3调试正弦波：三角波第8页方波：第9页设计总结此次毕业设计让我认识到，设计思路是实施操作的扎实基石。一个良好的设计思路，是电路的生命。宁愿在思路设计上多花上50%的时间。因为前期看似慢，实际上恰恰给后期的制作带来很大的方便，效果往往是更节省了许多时间。活学活用。这次设计让我真正体会到了书本知识永远是基础，而基础正是你向高层次迈进的扎实阶梯，没有这个基础，就无法实现技术上的腾飞。在实践当中，灵活运用书本上所讲的