基于单片机的信号产生电路的设计.doc

1 基于单片机的信号产生电路的设计基于单片机的信号产生电路的设计 摘要摘要 本系统是基于 AT89S52 单片机的数字式低频信号发生器 采用 AT89S52 单片机作为控制核心 外围采用数字 模拟转换电路 DAC0832 稳压电路 MC1403 运放电路 LM324 按键和 LED 显示灯电路等 通过按键控制可产生方波 锯齿波 三角波 正弦波等 同时用 LED 显示灯指示对应的波形 其设计简单 性能优良 可 用于多种需要低频信号源的场所 具有一定的实用性 关键词关键词 单片机 信号发生器 D A 转换 目 录 1 绪论 1 1 1 信号发生器现状 1 1 2 单片机在低频信号发生器中的应用 1 2 系统设计 3 2 1 系统方案的比较 3 2 2 控制芯片的选择 3 3 硬件电路的设计 4 3 1 基本原理 4 3 2 单片机的介绍及资源分配 4 3 3 各部分电路原理 10 4 软件设计 15 4 1 主程序流程图 16 4 2 子程序流程图 17 5 测试结论 21 5 1 软件仿真结果 21 5 2 硬件测试结果 23 6 参考文献 26 附录 1 元件清单 27 附录 2 电路原理图 28 附录 3 程序清单 29 2 1 绪论 1 11 1 信号发生器现状信号发生器现状 波形发生器亦称函数发生器 作为实验用信号源 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 正弦 方波 三角等波形 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径之一 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 损耗显著更是其致命的弱点 一旦工作需求功能有 增加 则电路复杂程度会大大增加 1 21 2 单片机在低频信号发生器中的应用单片机在低频信号发生器中的应用 当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会 电子技术的进步 给人们带来了根本性的转变 现代电子领域中 单片机的应用正在不断的走向深入 这必将导致传统控制与检测技术的日益革新 单片机构成的仪器具有高可靠性 高性 能价格比 在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用 并走入家 庭 从洗衣机 微波炉到音响汽车 处处可见其应用 因此 单片机技术开发和应用 水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一 一块单片机芯片就是一台计算机 由于单片机的这种特殊的结构形式 在某些应 用领域中 它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的一些工作 使其具有 很多显著的优点和特点 因此在各个领域中都得到了迅猛的发展 单片机的特点归纳 起来有以下几个方面 1 具有优异的性能价格比 单片机尽可能地把应用所需的存储器 各种功能的 I O 接口集成在一块芯片内 因 而其性能很高 而价格却相对较低廉 即性能价格比很高 2 集成度高 体积小 可靠性高 单片机把各种功能部件集成在一块芯片上 因而集成度高 均为大规模或超大规 模集成电路 又内部采用总线结构 减少了芯片之间的连线 这大大提高了单片机的 可靠性与抗干扰能力 同时 其体积小 对于强磁场环境易于采取屏蔽措施 适合于 在恶劣环境下工作 3 控制功能强 单片机体积虽小 但 五脏俱全 它非常适用于专门的控制用途 为了满足工业 控制要求 一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令 I O 口的逻辑操作指令以及 位操作指令 其逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机 4 低电压 低功耗 单片机大量用于携带式产品和家用消费类产品 低电压和低功耗尤为重要 目前 许多单片机已可在 2 2V 电压下运行 有的已能在 1 2V 或 0 9V 下工作 功耗降至 A 3 级 一粒钮扣电池就可长期使用 利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号 其下限频率很低 具有线路相对 简单 结构紧凑 价格低廉 频率稳定度高 抗干扰能力强 用途广泛等优点 并且 能够对波形进行细微调整 改良波形 使其满足系统的要求 只要对电路稍加修改 调整程序 即可完成功能升级 这里介绍一种采用 AT89S52 单片机和一片 DAC0832 数模转换器做成的数字式低频 信号发生器 它的特点是价格低 性能高 在低频范围稳定性好 操作方便 体积小 耗电少等 信号发生器与其它相比还具有如下优点 较分立元件信号发生器而言 具有频 率高 工作稳定 容易调试等特性 较专用 DDS 芯片的信号发生器而言 具有结构 简单 成本低等特性 2 系统设计 2 12 1 系统方案的比较系统方案的比较 方案一 采用函数信号发生器 ICL8038 集成模拟芯片 如图 2 1 它是一种可以 同时产生方波 三角波 正弦波的专用集成电路 但是这种模块产生的波形都不是纯 净的波形 会寄生一些高次谐波分量 采用其他的措施虽可滤除一些 但不能完全滤 除掉 方案二 采用分立元件实现非稳态的多谐振振荡器 然后根据需要加入积分电路 等构成正弦 矩形 三角等波形发生器 这种信号发生器输出频率范围窄 而且电路 参数设定较繁琐 其频率大小的测量往往需要通过硬件电路的切换来实现 操作不方 便 方案三 采用单片机和 DAC0832 数模转换器生成波形 由于是软件滤波 所以不会 有寄生的高次谐波分量 生成的波形比较纯净 它的特点是价格低 性能高 在低频 范围内稳定性好 操作方便 体积小 耗电少 经比较 方案三既可满足毕业设计的基本要求又能充分发挥其优势 电路简单 易 控制 性价比较高 所以采用该方案 2 22 2 控制芯片的选择控制芯片的选择 方案一 AT89S52 单片机是一种高性能 8 位单片微型计算机 它把构成计算机的中 央处理器 CPU 存储器 寄存器 I O 接口制作在一块集成电路芯片中 从而构成较为 图 2 1 方案一方框图 D A 键 盘单片机 ICL8038 运算电路 显 示 D A 输出 4 完整的计算机 方案二 C8051F005 单片机是完全集成的混合信号系统级芯片 具有与 AT80S52 兼 容的微控制器的内核 与 MCS 51 指令集完全兼容 除了具有标准 AT80S52 的数字外设 部件之外 片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功 能部件 方案选择 方案二中 C8051F005 芯片系统内部结构复杂 不易控制 芯片成本高 对于本系统而言利用率低 AT89S52 芯片比较常用 简单易控制 成本低 性能稳定故 采用方案一 3 硬件电路的设计 3 13 1 基本原理 基本原理 系统框图如图 3 1 所示 图 3 1 低频信号发生器系统框图 低频信号发生器系统主要由 CPU D A 转换电路 基准电压电路 电流 电压转换 电路 按键和波形指示电路 电源等电路组成 其工作原理为当分别按下四个按键中的任一个按键就会分别出现方波 锯齿波 三角波 正弦波 并且有四个发光二极管分别作为不同的波形指示灯 3 23 2 单片机的介绍及资源分配 单片机的介绍及资源分配 3 2 1 单片机的介绍 1 最小单片机系统 AT89S52 的引脚图如图 3 2 所示 5 图3 2 AT89S52引脚图 管脚说明 低频信号发生器采用 AT89S52 单片机作为控制核心 其内部组成包括 一个 8 位 的微处理器 CPU 及片内振荡器和时钟产生电路 但石英晶体和微调电容需要外接 片 内数据存储器 RAM 低 128 字节 存放读 写数据 高 128 字节被特殊功能寄存器占用 片内程序存储器 4KB ROM 四个 8 位并行 I O 输入 输出 接口 P3 P0 每个口可以 用作输入 也可以用作输出 两个定时 计数器 每个定时 计数器都可以设置成计数 方式 用以对外部事件进行计数 也可以设置成定时方式 并可以根据计数或定时的 结果实现计算机控制 五个中断源的中断控制系统 一个全双工 UART 通用异步接收 发送器 的串行 I O 口 VCC 供电电压 GND 接地 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 89S52 单片机外部有 32 个端口可供用户使用 其功能如下 1 表 3 1 89S52 并行 I O 接口 第一功能第二功能端口引脚 位置 符号 功能符号功能 P039 32P0 0 P0 7 通用 I 0 口 AD0 AD7 地址数据总线 P11 8P1 0 P1 7 通用 I 0 口 P221 28P2 0 P2 7 通用 I 0 口 A8 A15 地址总线 高位 10P3 0RXD 串行通信发送口 11P3 1TXD 串行通信接收口 12P3 2INT0 外部中断 0 13P3 3INT1 外部中断 1 14P3 4T0 计数器 0 输入端口 15P3 5T1 计数器 1 输入端口 16P3 6WR 外部存储器写功能 P3 17P3 7 通用 I 0 口 RD 外部存储器读功能 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 如下所示 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 2 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 AT89S52 的晶振及其连接方法 CPU 工作时都必须有一个时钟脉冲 有两种方式可以向 89S52 提供时钟脉冲 一是 外部时钟方式 即使用外部电路向 89S52 提供始终脉冲 见图 3 3 a 二是内部时 钟方式 即使用晶振由 89S52 内部电路产生时钟脉冲 一般常用第二种方法 其电路 见图 3 3 b 图 3 3 89S52 的时钟脉冲 图 3 3 中 J 一般为石英晶体 其频率由系统需要和器件决定 在频率稳定度要 求不高时也可以使用陶瓷滤波器 C1 C2 使用石英晶体时 C1 C2 30 10 pF 使用陶瓷滤波器时 C1 C2 40 10 pF AT89S52 的复位 使 CPU 开始工作的方法就是给 CPU 一个复位信号 CPU 收到复位信号后将内部特殊 功能寄存器设置为规定值 并将程序计数器设置为 0000H 复位信号结束后 CPU 从 程序存储器 0000H 处开始执行程序 89S52 为高电平复位 一般有 3 种复位方法 上电复位 接通电源时 手动复位 设置一个复位按钮 当操作者按下按钮时产生一个复位信号 自动复位 设计一个复位电路 当系统满足某一条件时自动产生一个复位信号 3 图 3 4 为最简单的上电复位和手动复位方法 图 3 4 89S52 的复位电路 关于 CPU 的复位电路应当注意 在调试单片机程序时有两种工作方式 一是仿真 器方式 主要用于调试程序 此时程序的执行由仿真器控制 复位电路不起作用 系 统时钟也经常设置为仿真器产生 此时用户的晶振也不起作用 二是用户方式 即脱 离仿真器的实际工作方式 用户的时钟振荡电路和复位电路都必须正常工作 因此 如果系统复位电路或晶振电路有故障 就会出现仿真器方式工作正常 而用户方式不 工作的现象 这是许多初学者常遇到的问题 芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合 并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成 在芯片擦操作中 代码阵列全被写 1 且在任何非空 存储字节被重复编程以前 该操作必须被执行 此外 AT89S52 设有稳态逻辑 可以在低到零频率的条件下静态逻辑 支持两种软 件可选的掉电模式 在闲置模式下 CPU 停止工作 但 RAM 定时器 计数器 串口和 中断系统仍在工作 在掉电模式下 保存 RAM 的内容并且冻结振荡器 禁止所用其他 芯片功能 直到下一个硬件复位为止 3 2 2 资源分配 软 硬件设计是设计中不可缺少的 为了满足功能和指标的要求 资源分配如下 1 晶振采用 12MHZ 2 内存分配 P1 口的 P1 0 P1 3 分别与四个按键连接 分别控制锯齿波 三角波 正弦波和方 波 P1 4 P1 7 与四个发光二极管相连 按键一对应发光二极管一 依次类推 发光二 极管四对应按键四 实现输出一个波形对应亮一个灯 P0 口与 DAC0832 的 DI0 DI7 数据输入端相连 P2 口用来控制 DAC0832 的输入寄存器选择信号 CS 输入寄存器写选通信号 WR1 及 DAC 寄存器写选通信号 WR2 和数据传送信号 XFER 3 33 3 各部分电路原理各部分电路原理 A DAC0832 芯片原理 89S52 4 管脚功能介绍 如图 3 5 所示 图 3 5 DAC0832 管脚图 1 DI7 DI0 8 位的数据输入端 DI7为最高位 2 IOUT1 模拟电流输出端 1 当 DAC 寄存器中数据全为 1 时 输出电流最大 当 DAC 寄存器中数据全为 0 时 输出电流为 0 3 IOUT2 模拟电流输出端 2 IOUT2与 IOUT1的和为一个常数 即 IOUT1 IOUT2 常数 4 RFB 反馈电阻引出端 DAC0832 内部已经有反馈电阻 所以 RFB端可以直接接到外 部运算放大器的输出端 这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入 端之间 5 VREF 参考电压输入端 此端可接一个正电压 也可接一个负电压 它决定 0 至 255 的数字量转化出来的模拟量电压值的幅度 VREF范围为 10 10 V VREF端与 D A 内部 T 形电阻网络相连 6 Vcc 芯片供电电压 范围为 5 15 V 7 AGND 模拟量地 即模拟电路接地端 8 DGND 数字量地 当 WR2 和 XFER 同时有效时 8 位 DAC 寄存器端为高电平 1 此时 DAC 寄存器的 输出端 Q 跟随输入端 D 也就是输入寄存器 Q 端的电平变化 反之 当端为低电平 0 时 第一级 8 位输入寄存器 Q 端的状态则锁存到第二级 8 位 DAC 寄存器中 以便第三 级 8 位 DAC 转换器进行 D A 转换 一般情况下为了简化接口电路 可以把 WR2 和 XFER 直接接地 使第二级 8 位 DAC 寄存器的输入端到输出端直通 只有第一级 8 位输入寄存器置成可选通 可锁存的单 缓冲输入方式 特殊情况下可采用双缓冲输入方式 即把两个寄存器都分别接成受控 方式 制作低频信号发生器有许多方案 主要有单缓冲方式 双缓冲方式和直通方式 单缓冲方式具有适用于只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出的情形 的优点 但是电路线路连接比较简单 而双缓冲方式适用于在需要同时输出几路模拟 信号的场合 每一路模拟量输出需一片 DAC0832 芯片 构成多个 DAC0832 同步输出电 路 程序简单化 但是电路线路连接比较复杂 根据以上分析 我们的课题选择了单 缓冲方式使用方便 程序简单 易操作 工作原理 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 8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量 使输入数字量得到 5 缓冲和锁存 由加以控制 8 位 DAC 寄存器用于存放待转换的数字量 由加以控制 8 位 D A 转换器输出与数字量成正比的模拟电流 由与门 非与门组成的输入控制电路 来控制 2 个寄存器的选通或锁存状态 DAC0832 与反相比例放大器相连 实现电流到电压的转换 因此输出模拟信号的 极性与参考电压的极性相反 数字量与模拟量的转换关系为 Vout1 Vref 数字码 256 若 D A 转换器输出为双极性 如图 3 6 所示 Iout1 Iout2 Vfb DA C0832 U1 5 6 7 B 10 9 8 C R2 R R1 2R R3 2R R Vout2 Vref 字字 字 128 128 5V Vout1 I1 I2 图 3 6 D A 转换器双极性输出电路 图 7 中 运算放大器 A2的作用是把运算放大器 A1的单向输出电压转换成双向输出 电压 其原理是将 A2的输入端 通过电阻 R1与参考电压 VREF相连 VREF经 R1向 A2提 供一个偏流 I1 其电流方向与 I2相反 因此运算放大器 A2的输入电流为 I1 I2之代数 和 则 D A 转换器的总输出电压为 VOUT2 R3 R2 VOUT1 R3 R1 VREF 设 R1 R3 2R R2 R 则 VOUT2 2VOUT1 VREF DAC0832 主要是用于波形的数据的传送 是本题目电路中的主要芯片 DAC0832 电路原理图 如图 3 7 所示 6 图 3 7 0832 电路原理图 B LM324 工作原理 管脚功能如图 3 8 所示 图 3 8 LM324 管脚图 LM324 时四运放集成电路 它采用 14 脚双烈直插塑料封袋 外形如图 1 所示 他 的内部包含四组形式完全相同的运算放大器 除电源共用外 四组运放相互独立 每 一组运算放大器可用图中所示的符号来表示 它有 5 个引出脚 其中 为两 个信号输入端 V V 为正 负电源端 OUT 为输出端 两个信号输入端中 为反相输入端 表示运放输出端 OUT 的信号与该输入端的为相反 为同相 输入端 表示运放输出端 OUT 的信号与输入端的相位相同 LM324 的引脚排列见图 9 由于 LM324 四运放电路具有电源电压范围宽 静态功耗小 可但电源使用 价格 低廉等优点 因此被广泛应用在各种电路中 7 在此项目中用了 LM324 的三组运放 分别置于第一级输出 第一 二级之间 第 二级输出 C MC1403 工作原理 管脚功能如图 3 9 所示 图 3 9 MC1403 管脚图 MC1403 是低压基准芯片 一般用作 8 到 12bit 的 D A 芯片的基准电压等一些需要 基本精准的基准电压的场合 输出电压 2 5V 25Mv 输入电压范围 4 5Vto40V 输出电流 10Ma 因为输出是固定的 所以电路很简单 就是 Vin 接电源输入 GND 接地 Vout 加 一个 0 1uf 到 1uf 的电容就可以了 Vout 一般用于 8 到 12bit 的 D A 芯片的基准电压 在此项目里 MC1403 起到了稳压的作用 它基准了 DAC0832 的 8 脚需要的 2 5V 使 其 DAC0832 能够正常工作 4 软件设计 单片机技术比较成熟 开发过程可利用的资源和工具丰富 最大的优点是价格便 宜 成本低 调试软件采用 Keil51 keiluVison 是众多单片机应用开发软件中优秀软 件之一 界面友好 易写易操作 在调试程序中 软件仿真 protues 功能也很强 软 件调通 再通过编程器下载到 AT89S52 中 然后插到系统中即可独立完成所有的控制 软件设计上 根据功能分了几个模块编程 模块主要有 主程序模块 锯齿波模 块 三角波模块 正弦波模块 方波模块 延时子程序模块等 显示波形模块是利用 DAC0832 的 8 位特点 把波形的数据以 8 位数据的形势送进 CPU 中 只要一按键就能显示波形 4 14 1 主程序流程图主程序流程图 如图 4 1 所示 8 图 4 1 主程序流程图 本软件设计过程中主要实现利用按键来控制不同波形的输出 当按键 1 按下时 函数发生器就输出锯齿波 当按键 2 按下时 函数发生器就输出三角波 当按键 3 按 下时 函数发生器就输出正弦波 当按键 4 按下时 函数发生器就输出方波 通过按 键可以以任意循环方式输出不同波形 4 24 2 子程序流程图子程序流程图 1 锯齿波流程图 如图 4 2 所示 9 图 4 2 锯齿波流程图 锯齿波产生首先将 DAC0832 口地址至为 4000H 然后将 00H 送入寄存器 A 中 DAC0832 输出 A 中的内容 当 A 中的内容等于 F0H 返回开始 当 A 中的内容不为 0FH 时 A 中的内容累加 从而输出波形 2 三角波程序流程图 如图 4 3 所示 4 3 三角波流程图 三角波产生首先将 DAC0832 口地址至为 4000H 通过 A 中数值的加一递升 当 A 中 的内容为 0 时 与 0FFH 相比 相等时 A 中的内容减一递减 从而循环产生三角波 3 正弦波程序流程图 如图 4 4 所示 10 图 4 4 正弦波流程图 正弦波波形设计通过查表指令得出 4 方波程序流程图 如图 4 5 所示 图 4 5 方波流程图 11 方波产生首先将 DAC0832 口地址至为 4000H 当 A 中的内容为 0 时 输出对应模拟量 然后延时 当 A 中的内容为 0FFH 时 同样输出对应模 拟量 再延时 从而得到方波 5 延时子程序流程图 如图 4 6 所示 图 4 6 延时程序流程图 延时程序如下 DELY MOV R7 10H DLY0 MOV R6 0EDH NOP DLY1 DJNZ R6 DLY1 DJNZ R7 DLY0 RET 方波的上限和下限的延时时间为 7ms S 1 1 1 2 237 2 16 1 7648 S 12 5 测试结论 5 15 1 软件仿真结果软件仿真结果 在确定编程思路以后将各部分的程序及各子程序编好 使用 Keil 进行编译 根据 提示的错误对程序进行修改 除了语法差错和逻辑差错外 当确认程序没问题时 通 过直接加载到 protues 软件电路中进行仿真 5 1 1 仿真波形 1当按键 1 拨下时 波形为锯齿波 同时指示灯 1 发光 仿真图如图 5 1 所示 图 5 1 矩尺波仿真图 2 当按键 2 拨下时 波形为三角波 同时指示灯 2 发光 仿真图如图 5 2 所示 图 5 2 三角波仿真图 3 当按键 3 拨下时 波形为正弦波 同时指示灯 3 发光 仿真图如图 5 3 所示 13 图 5 3 正弦波仿真图 4 当按键 4 拨下时 波形为方波 同时指示灯 4 发光 仿真图如图 5 4 所示 图 5 4 方波仿真图 5 1 2 波形分析 在对系统进行波形仿真时可以在虚拟示波器上观察到锯齿波 三角波 正弦波 和方波的波形 其中锯齿波 三角波以及正弦波的输出误差较大 方波波形较为理 想 这一方面与电路设置的参数有关 另一方面也与使用的仿真软件有关 对于上 述问题的解决办法是 改变仿真电路的参数或着换用版本较高的仿真软件 当然一 般产生这种情况的原因多由于电路的参数设计不合理所制 但从仿真波形上可以看 出输出波形的频率大致与程序中的设置吻合 波形的幅度与程序设置的最大值有关 而频率受机器周期的控制 当仿真时 由于存在一定的系统误差 波形效果不是很 好 5 25 2 硬件测试结果硬件测试结果 5 2 1 硬件测试波形 1 当按键 1 拨下时 波形为锯齿波 同时指示灯 1 发光 波形图如图 5 5 所示 14 图 5 5 锯齿波波形图 2 当按键 2 拨下时 波形为三角波 同时指示灯 2 发光 波形图如图 5 6 所示 图 5 6 三角波波形图 3 当按键 3 拨下时 波形为正弦波 同时指示灯 3 发光 波形图如图 5 7 所示 图 5 7 正弦波波形图 4 当按键 4 拨下时 波形为方波 同时指示灯 4 发光 波形图如图 5 8 所示 15 图 5 8 方波波形图 5 2 2 产生各种波形输出结果 锯齿波 VP P 1 2v f 800Hz 三角波 VP P 1 5v f 5 6kHz 正弦波 VP P 3 5v f 1 3kHz 方波 VP P 5 2v f 100Hz 通过按键控制可产生方波 锯齿波 三角波 正弦波等 同时用 LED 显示灯指示 对应的形 本系统设计简单 性能较好 在经后只要加以适当的改近就可具有一定的 实用性 5 2 3 波形结果分析 在将电路和实物连接的情况下再将程序下载至单片机中进行实际电路的测试时 电 路输出的四种波形基本上都可以看到 其中锯齿波 三角波以及正弦波的输出误差较 大 方波波形较为理想 但是基本上是符合设计要求的 锯齿波和三角波输出波形中 杂波成分较大 波形不是较理想 这与实际要求存在一些误差 这些误差的来源主要 是由于电路的具体参数选择不好以及程序的时延所造成的 当然在实际电路测量时由 于实验环境的干扰也会对输出波形有一些影响 这些影响主要是使输出波形产生寄生 的高频杂波 具体表现就是使输出波形质量变坏 波形边厚 在对电路进行调试时适 当改变数模转换电路及输出放大电路参数电路输出结果相对较好一些 6 6 参考文献参考文献 1 孙俊逸 盛秋林 张铮等 单片机原理及应用 M 北京 清华大学出版社 2001 2 蔡美琴 MCS 51 系列单片机系统及其应用 M 北京 高等教育出版社 2000 3 孙育才 孙华芳 王荣兴 单片机原理及应用 M 北京 电子工业出版社 2003 4 李鸿 单片机原理及应用 M 湖南 湖南大学出版社 2004 5 丁元杰 单片微机原理及应用 第二版 M 北京 机械工业出版社 2001 6 潘新民 王燕芳 编著 微型计算机控制技术 北京 高等教育出版社 2004 7 马忠梅 单片机的 C 语言应用程序设计 M 北京 北京北航出版社 2003 8 范立南 单片微机接口与控制技术 M 沈阳 辽宁大学出版社 1996 69 77 9 张友德 单片微型机原理 应用与实践 M 上海 复旦大学出版社 1992 73 81 10 李华 MCS 51 系列单片机实用接口技术 M 北京 北京航空航天大学出版社 1993 23 31 11 何希庆 高伟 MCS 51 单片机原理 实验 实例 M 山东 山东大学出版社 16 1989 124 136 12 张毅刚 彭喜元 姜守达 新编 MCS 51 单片机应用设计 M 哈尔滨 哈尔滨工 业大学出版社 2003 153 168 13 胡汉才 单片机原理及接口技术 M 北京 清华大学出版社 1996 66 78 14 陆子明 徐长根 单片机设计与应用基础教程 北京 国防工业出版社 2005 1 15 刘守义 单片机应用技术 西安 西安电子科技大学出版社 2002 8 16 李朝青 单片机原理及接口技术 北京 北京航空航天大学出版社 1994 17 王新贤 通用集成电路速查手册 济南 山东科学技术出版社 2002 9 附录 1 元件清单 17 标号标注 DAC0832U1 LM324U2 MC1403U3 1KR1 1KR2 1KR3 1KR4 1KR5 1KR6 1KR7 1KR8 10KR9 20KR10 20KR11 1KRi 电位器 10K RW 0 47UFC1 0 2UFC2 0 1UFCi1 0 1UFCi2 0 1UFCi3 22UFCi4 10UFCi5 10UFCi6 LEDL1 LEDL2 LEDL3 LEDL4 LEDL5 AT89S52U0 18 附录 2 电路原理图 19 附录 3 程序清单 KEY1 BIT P1 0 KEY2 BIT P1 1 KEY3 BIT P1 2 KEY4 BIT P1 3 按键 KEY1 锯齿波 按键 KEY2 三角波 按键 KEY3 正弦波 按键 KEY4 方波 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030H MAIN MOV SP 50H MOV DPTR 7FFFH MOV P2 00H MOV A 00H MOVX DPTR A SCAN KEY1 MOV A P1 ANL A 0FH CJNE A 0EH SCAN KEY2 LJMP B1 SCAN KEY2 MOV A P1 ANl A 0FH CJNE A 0DH SCAN KEY3 LJMP B2 SCAN KEY3 MOV A P1 ANl A 0FH CJNE A 0BH SCAN KEY4 LJMP B3 SCAN KEY4 MOV A P1 ANl A 0FH CJNE A 07H SCAN KEY1 LJMP B4 利用 dac0832 产生锯齿波 B1 CLR P1 4 SETB P1 5 20 SETB P1 6 SETB P1 7 LP MOV A 00H MOV DPTR 4000H MOVX DPTR A LP1 INC A MOV P2 A CJNE A 0FFH LP1 LJMP SCAN KEY1 利用 dac0832 产生三角波 B2 CLR P1 5 SETB P1 4 SETB P1 6 SETB P1 7 UP MOV A 00H UP1 INC A MOV P2 A NOP NOP CJNE A 0F0H UP1 DOWN DEC A MOV P2 A NOP NOP CJNE A 00H DOWN LJMP SCAN KEY2 利用 dac0832 产生正弦波 B3 MOV R1 00H 取表格初值 在表格里取数送到指定地址 LOOP1 CLR P1 6 SETB P1 4 SETB P1 5 SETB P1 7 MOV A R1 MOV DPTR SETTAB 21 MOVC A A DPTR MOV DPTR 4000H MOVX DPTR A MO