基于AT89C51单片机的数字式简易低频信号发生器

电子设计应用软件训练总结报告一、 任务说明：本次课设的任务是基于AT89C51单片机的数字式简易低频信号发生器的设计，要求实现用程序产生方波、正弦波、锯齿波、阶梯波四种信号，并可以键控切换，而且需在Proteus电子设计平台上对设计方案进行仿真。本次设计采用了AT89C51 单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）来实现模数转换，从而输出正确的波形，设计中还连接了按键电路来实现键控。波形的频率为200Hz，用调整延时来实现。设计简单，性能良好，具有一定实用性。二、原理图绘制说明1、原理图绘制过程说明（1）运行proteus7.5，进入绘图页面。图1 proteus绘图页面（2）查找元器件，按动键盘按键P，进入Pick Devices页面，在关键字项中输入元件名称。如查找AT89C51。图2 查找元件 （3）放置元器件并连线。2、原理图说明（1）单片机晶振电路对于MCS-51一般的晶振可以在1.2MHZ-12MHZ之间选择，这时电容C1、C2可以选择在10pf-30pf之间。在本设计中，电容选择25pf，晶振选择12MHZ。电路如下图：图3 单片机晶振电路原理图（2）单片机复位电路复位时单片机的初始化工作，复位后中央处理器CPU和单片机内部的其他功能部件都处在一定的初始状态，从这个状态开始工作。电路如下图：图4 单片机复位电路原理图（3）总线电路本设计中，将P0并行口作为波形数据输出口，通过数据总线与DAC0832的D0-D7连接。P2.7与0832的片选端/CS连接，使用时可由地址译码提供。P3.6与0832的2管脚外部数据存储器写选通相连。电路如下图：图5 总线电路（4）键控电路本设计中的键控部分引入了外部中断0中断来实现对波形的切换，用按键与P3.2连接来实现。在该管脚上加上一10k的上拉电阻，用来提高输出电平，加大输出引脚的驱动能力。电路如下图：图6 键控电路（5）DAC0832电路在本设计中，DAC0832选择了直接工作方式。0832中的电源电压VCC、输入寄存器的锁存信号端ILE、基准电压端VREF接高电平。模拟电路接地端、数字电路接地端GND、写信号2端/WR2、传递控制信号端/XFER接地。D/A输入电流1、2端与反馈信号输入线RFB连接运算放大器。这里的运算放大器选用了LM324型号。电源电压设置为-6+5V。电路图如下：图7 DAC0832电路三、流程图绘制以及说明：单片机的内部数据只有0、1之分，所产生的信号也都是离散信号。为了让单片机输出所需的数字信号，采用对信号采样、量化的方法来实现由单片机产生所需信号。（1）主函数 主函数调用了各个子程序的初始化，通过对按键次数的判断来实现不同的功能，输入波形。数值为0、1、2、3时分别输出方波、正弦波、阶梯波、锯齿波。 开始调用init函数，开中断输出方波输出正弦波key=0?输出方波Y Nkey=1?输出正弦波key=2?输出阶梯波key=3?输出锯齿波继续判断NYYNNY图8 主函数流程图（2）按键计数函数流程图在按键计数函数中，对key进行循环加1的操作，每按一次，数值加1。数值加到3时，再按动按键，数值跳回1。 开始Key+Key=4？YNkey=0输出波形图9 按键计数函数流程图（3）波形子程序调用函数在设计中，对正弦信号进行采样，通过查表来实现输出不同的幅度值。对于方波，赋予初值FFH，延时一段时间后，赋值00H，再延时一段时间后，输出FFH，以此循环。在实现阶梯波时，通过查表和延时来实现。锯齿波则是通过256个采样点赋值依次减1得以实现。为满足设计要求中输入频率为200hz这一要求，在程序中在对波形各个采样点赋值之外，还设计了相应的延时。波形子程序的调用就是对这两项进行调用。四种波形的流程图如下。开始赋最高值0xFF调用方波延时单元赋最低值0x00调用方波延时单元返回输出方波图10 方波子程序调用流程图开始调用sin函数的数据表调用正弦波的延时单元输出正弦波返回图11 正弦波子函数调用流程图开始调用阶梯波数据表i8?i+Y调用阶梯波延时单元输出阶梯波返回Ni=0图12 阶梯波子程序调用开始DA=-ii256?i+Y调用阶梯波延时单元输出阶梯波返回Ni=0图13 锯齿波子函数调用流程图四、Proteus仿真说明：连接好原理图后，双击AT89C51芯片，将后缀为.hex的文件添加到单片机中，点击运行。图14 添加程序正确运行后，示波器中显示正弦波。频率约为200hz。波形如下图15 方波波形按动按键一下，波形转变成正弦波。皮率约为200hz。波形如下图16 正弦波波形再按动一次按键，波形转换成阶梯波。频率约为200hz。波形如下图17 阶梯波波形再按动一次按键，波形转变成锯齿波。频率为200hz。波形如下图18 锯齿波波形再按动一次按键，波形回到最初显示的方波。五、体会及合理化建议通过这次的课设，我熟悉了基于AT89C51单片机的数字式简易低频信号发生器的设计，学会了如何利用数模转换器DAC0832来实现波形，和通过按键控制切换波形。在这次课程设计的过程中遇到了一些难题，比如键控部分。起初的构想是用P1口来控制按键，给P1口赋初值01H，输入第一个波形，在对P1口左移一位，输出第二个波形，依次类推。连接后原理图无法正确运行。在频率上，编程时设计的延时单元没有很符合要求，仿真时输出的波形的频率与要求不符。后经多次试验，实现了输出频率为200hz这一要求。在今后的学习中，我认为应当为大家提供更多的机会亲自动手去完成一些简易的设计，这样不仅可以加深大家对平时学习的理论知识的理解，也可以提高大家的动手实践能力，更会扩宽同学们的视野，拓展专业知识，有益于今后的学习与发展。参考文献1.严洁.单片机原理及接口技术.M机械工业出版社.2010.146-151页2.欧伟明、何静、凌云、刘剑.单片机原理及应用系统设计.M电子工业出版社.2009.140-143页3.卢胜利、郝立果、丁峰.单片机原理与应用技术实践.M机械工业出版社.2009.227-231页4.朱定华、戴颖颖、李川香.单片微机原理、汇编与C51及接口技术.M清华大学出版社.2010.296-299页5.张毅刚、刘杰.单片机原理及应用.第三版.M哈尔滨工业大学出版社.2010.2