开题报告, 单片机实现一个简单的信号发生器.doc

单片机实现一个简单的信号发生器一、课题来源及研究的目的和意义1.1课题来源教师虚拟。1.2研究的目的及意义本课题是基于单片机的信号发生器的设计。研究本课题可以熟悉c语言，MATLAB及相关电子器件的功能和用法。通过对单片机硬件、软件的设计，及硬件与软件的联调后可以进一步熟悉相关的知识，提高利用所学知识解决实际问题的能力。二、课题所涉及的问题在国内（外）研究现状分析单片微型计算机，简称单片机，是微型计算机的一个分支。采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器，随机存取数据存储器，只读程序存储器，输入输出电路等电路集成到一块单块芯片上，构成一个体积小，然而功能较完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。单片机诞生20世纪70年代。当时微电子技术正处于发展阶段，集成电路也属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单。1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，像INTEL公司的MCS-51系列。九十年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户。1990年美国INTEL公司推出了80960超级32位单片机引起了计算机界的轰动，产品相继投放市场，成为单片机发展史上又一个重要的里程碑。我国的单片机应用始于80年代，虽然发展迅速，但相对于世界市场我国的占有率还很低。到目前为止，由于我国的微电子技术和制造工艺都比较落后及国外单片机的竞争等原因，我国还没有设计生产出自己的单片机。国内的单片机目前注重的还只是低中档的应用，普遍采用的是8或16位的单片机，对宏单片机和DSP等高档的应用还处于初始阶段。Keil是一个优秀的单片机C语言编译器，他几乎支持所有51系列的单片机的汇编语言，和c语言编程。Keil Software 的8051开发工具提供以下程序，你可以用它们来编译你的C源码，汇编你的汇编源程序，连接和重定位你的目标文件和库文件，创建HEX文件，调试你的目标程序。Windows应用程序uVision2是一个集成开发环境，它把项目管理，源代码编辑，程序调试等集成到一个功能强大的环境中。 C51美国标准优化C交叉编译器从你的C源代码产生可重定位的目标文件。 A51宏汇编器从你的8051汇编源代码产生可重定位的目标文件。 BL51连接/重定位器组合你的由C51和A51产生的可重定位的目标文件，生成绝对目标文件。 LIB51库管理器组合你的目标文件，生成可以被连接器使用的库文件。 OH51目标文件到HEX格式的转换器从绝对目标文件创建Intel HEX 格式的文件。 RTX-51实时操作系统简化了复杂和对时间要求敏感的软件项目。软件开发流程C运行连接库包含一些标准的子程序，如:格式化输出，数字转换，浮点运算。 由于程序的模块结构技术，使得现有的程序段可以很容易的包含到新的程序中去。 ANSI 标准的C语言是一种丰常方便的，获得广泛应用的，在绝大部分系统中都能够很容易得到的语言。因此，如果需要，现有的程序可以很快地移植到其他的处理器上，节省投资。代码优化 C51是一个杰出的优化编译器，它通过很多步骤以确保产生的代码是最有效率的（最小和/或最快）。编译器通过分析初步的代码 产生最终的最有效率的代码序列，以此来保证你的C语言程序占用最少空间的同时运行的快而有效。C51编译器提供9个优化级别。每个高一级的优化级别都包括比它低的所有优化级别的优化内容。以下列出的是目前C51编译器提供的所有优化级别的内容： 常量折叠：在表达式及寻址过程中出现的常量被综合为一个单个的常量。 跳转优化：采用反转跳转或直接指向最终目的的跳转，从而提升了程序的效率。 哑码消除：永远不可能执行到的代码将自动从程序中剔除。 寄存器变量：只要可能，局部变量和函数参数被放在CPU寄存器中，不需要为这些变量再分配存储器空间。 通过寄存器传递参数：最多三个参数通过寄存器传递。 消除全局公用的子表达式：只要可能，程序中多次出现的相同的子表达式或地址计算表达式将只计算一次。 合并相同代码：利用跳转指令，相同的代码块被合并。 重复使用入口代码：需要多次使用的共同代码被移到子程序的前面以缩减代码长度。公共块子程序：需要重复使用的多条指令被提取组成子程序。指令被重新安排以最大化一个共用子程序的长度。三、任务要求及实现预期目标的可行性分析3.1课题的任务要求单片机实现简单的信号发生器设计的要求运用单片机系统控制产生多种波形，这些波形包括方波、三角波、锯齿波、正弦波等。信号发生器所产生的波形的频率、幅度均可调节。并可通过软件任意改变信号的波形。基本要求：1.产生三种以上波形。如正弦波、三角波、矩形波等。 2.最大频率不低于 500Hz。并且频率可按一定规律调节，如周期按1T,2T,3T,4T或1T，2T，4T，8T变化。 3.幅度可调，峰峰值在05V之间变化。 扩展要求：产生更多的频率和波形。3.2可行性分析 波形发生器是一种常用的信号源，在自动控制系统设计、调试和电子实验过程中，经常会遇到需要不同频率的正弦波、矩形波、三角波等信号作为信号源。目前国内生产的波形发生器大部分是利用分立元件组成的，然后根据具体的需要加入积分电路等构成正弦、矩形、三角等波形发生器。这种波形发生器输出频率范围窄且电路设计参数设定比较繁琐，其频率的大小的测量往往需要通过硬件电路的切换来实现不同濒率范围值的测量，电路设计复杂、操作不便。且体积大，可靠性、准确性都比较差，不能满足科研、生产的要求。利用单片机芯片和外接少量的元器件，能制成质量技术指标先进，结构轻巧，价格低廉，用途广泛的波形发生器。它既可以用坐一般低频放大器频响测试，失真分析、电路瞬态响应测试、线性分析，也可以做成各种信号源。在上述的基础上，如利用单片机进行控制，那么仪器的功能和准确度将有一个飞跃，即成为多功能智能波形发生器，该仪器电路结构简单，虽然功能及性能指标赶不上标准信号发生器，但满足一般的实验要求是不成问题的，并且其成本低、体积小，更容易被大家接受，而且还可作为电子产品维修人员的重要随身设备之一。四、需要重点研究的、关键的问题及解决的思路本课题主要是设计用单片机实现一个简单的信号发生器，运用c语言编程进行设计，然后采用matlab进行仿真。主要就是要确定所需要的信号的类型，有正弦波，三角波，方波等。用系统中的应用软件是根据系统功能要求而设计的，能可靠地实现系统的各种功能。系统的应具有下列特点：(1)根据软件功能要求，将系统软件分成若干个独立的部分。设计出软件的总体结构，使其结构清晰、流程合理。(2)要树立结构化程序设计风格，各功能程序模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植、修改。(3)建立正确的数学模型。即根据功能要求，描述各个输入和输出变量之间的数学关系，它是关系到系统好坏的重要因素。(4)为提高软件设计的总体效率，以简明、直观法对任务进行描述，在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。(5)要合理分配系统资源，包括ROM、RAM、定时数器、中断资源等。(6)注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。(7)加强软件抗干扰设计，它是提高系统应用可靠性的有利措施。当写好了程序之后就是要设计matlab中的仿真过程，看是否符合要求，当一切顺利之后就烧到单片机内，进行实践。五、必须的工作条件及解决办法5.1开发环境操作系统：Windows XP。应用软件：MATLAB7.0，keil C5.2开发工具C言是1972年由美国的Dennis Ritchie设计发明的，并首 次在UNIX操作系统的 DEC PDP-11 计算机上使用。它由早期的编程语言BCPL(Basic Combind Programming Language)发展演变而来，在1970年,AT&T贝尔实验室的Ken Thompson根据BCPL语言设计出较先进的并取名为B的语言,最后导致了C语言的问世。随着微型计算机的日益普及,出现了许多C语言版本。由于没有统一的标准, 使得这些C语言之间出现了一些不一致的地方。为了改变这种情况,美国国家标准研究所(ANSI)为C语言制定了一套ANSI标准，成为现行的C语言标准。C语言是世界上流行、使用最广泛的高级程序设计语言之一。在操作系统和系统使用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用C语言明显优于其它高级语言，许多大型应用软件都是用C语言编写的。 C语言具有绘图能力强，可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画它是数值计算的高级语言。六、工作方案及进度计划第1周第3周：阅读相关参考资料，并做好课题的需求分析。第4周第6周：根据相关的参考资料，设计课题的系统结构。第7周第8周：完成开题报告的写作。第9周第10周：信号发生器控制原理熟悉,总体方案的拟定。第11周第13周：信号发生器模块的软件编程和设计。第14周第16周：系统软件调试以及软件的模拟仿真，从而不断完善设计。第17周第18周：论文交指导教师和评阅教师评阅，定终稿。第19周第20周： 准备答辩。七、参考文献1余永权，李小青，陈林庚.单片机应用系统的功率接口技术.M北京航空航天大学出版社，1992.2邵时，沈建华，王荣良.微机接口与通信实践教程M.华东师范大学出版社，1997.3张毅刚，修林成，胡振江.MCS-51单片机应用设计M.哈尔冰工业大学出版社，19924盛琳阳，孙菊江.微型计算机原理M.西安电子科技大学出版社，20005程全.基于AT89C52实现的多种波形发生器的设计J.周口师范学院学报，2005. 6周明德.微型计算机系统原理及应用M.北京：清华大学出版社，2002.7刘乐善.微型计算机接口技术及应用M.北京：航空航天大学出版社，2001.8童诗白.模拟电路技术基础M.北京：高等教育出版社，2000.9陈慈发.微型计算机技术M.高等教育出版社，2005.10汪文.单片机原理及应用M，华中科技大出版社，2007.11张洪润.单片机应用设计200例M，航空航天大学出版社，2006.12孙传友，孙晓斌.测控系统原理与设计M.北京航空航天大学出版社,2002.13陈海宴.51单片机原理及应用基于keil C与ProteusM. 北京航空航天大学出版社，2007.14徐爱钧.Keil Cx51 V7.0单片机高级语言编程与u Vision2应用实践M.电子工业出版社，200