简易正弦波发生器

沈阳航空航天大学电子信息工程学院沈阳航空航天大学电子信息工程学院 电子设计应用软件训电子设计应用软件训 练总结报告练总结报告 学生姓名：学生姓名： 专业：通信工程专业：通信工程 班级：班级： 学号：学号： 指导教师：房启志指导教师：房启志 训练时间：训练时间：2015 年年 7 月月 13 日至日至 2015 年年 7 月月 17 日日 电子信息工程学院电子设计应用软件训练任务电子信息工程学院电子设计应用软件训练任务 【训练任务】【训练任务】 1、熟练掌握、熟练掌握 Proteus 软件的使用；软件的使用； 2、按照设计要求绘制电路原理图；、按照设计要求绘制电路原理图； 3、能够按要求对所设计的电路进行仿真； 【基本要求及说明】 、能够按要求对所设计的电路进行仿真； 【基本要求及说明】 1、按照设计要求自行定义电路图纸尺寸；、按照设计要求自行定义电路图纸尺寸； 2、设计任务如下：、设计任务如下： 设计一个简易波形发生器。要求设计一个简易波形发生器。要求 1）能够输出）能够输出 50Hz 正弦波波形；正弦波波形；2）正弦波峰 峰值 ）正弦波峰 峰值 5V。 3、按照设计任务在、按照设计任务在 Proteus 中绘制电路原理图；中绘制电路原理图； 4、根据设计任务的要求编写程序，画出程序流程图，并在、根据设计任务的要求编写程序，画出程序流程图，并在 Proteus 下进行仿真， 实现相应功能。 【按照要求撰写总结报告】 下进行仿真， 实现相应功能。 【按照要求撰写总结报告】 成绩：成绩： 电子设计应用软件训练总结报告 1 一、 任务说明一、 任务说明 本次课程设计试一次综合性的实验， 即用到了我们本学期学过的单片机的知识还 考察我们对 proteus 软件的使用。既巩固了我们学过的知识， 还锻炼了我们的动手能 力。本次课程设计的设计内容为：设计一个简易波形发生器。要求 1）能够输出 50Hz 正弦波波形；2）正弦波峰峰值 5V。本设计中，选择单片机与 D/A 转换芯片结合的方 法实现本设计。 使用的基本元器件有： AT89C52 单片机、 DAC0832 数模转换芯片、 OP77AP 运算放大器、电阻和电容等。 二、 原理图绘制说明二、 原理图绘制说明 总体而言，一个完善的系统最重要的是稳定，精确，设计简单，修护容易，成本 低，体积小。满足以上条件的系统我们都可以说是完善的系统。因此，我在设计中选 用了一些比较成熟的器件，这些器件都经过时间的考验，能稳定的工作，同时，价格 也相对便宜。下面对本次所用器件进行简单介绍。 1.AT89C52 简介1.AT89C52 简介 AT89C52 单片机，是一种低功耗、高性能的、片内含有 4KBFlashROM 的 8 位 CMOS 单片机，工作电压范围为 2.76V(实际使用+5V 供电)，8 位数据总线。它有 个可编程的全双工串行通信接口，能同时进行串行发送和接收。AT89C52 具有 4K 并 行可编程的非易失性 FLASH 程序存储器， 可实现对器件串行在系统编程 ISP 和在应用 中编程(IAP)。在系统编程 ISP（In-SystemProgramming）当 MCU 安装在用户板上 时允许用户下载新的代码在应用中编程。IAP（In-ApplicationProgramming）MCU 可以在系统中获取新代码并对自己重新编程， 这种方法允许通过调制解调器连接进行 远程编程。片内 ROM 中固化的默认的串行加载程序 BootLoader 允许 ISP 通过 UART 将程序代码装入 Flash 存储器， 而 Flash 代码中则不需要加载程序对于 IAP 用户程序 通过使用片内 ROM 中的标准程序对 Flash 存储器进行擦除和重新编程。AT89C52 管脚 图如图 1 所示： 电子设计应用软件训练总结报告 2 图 1AT89C52 管脚图 2.DAC0832 简介2.DAC0832 简介 DAC0832 是 8 位分辨率的 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,其管脚如图 2 所示： 图 2 DAC0832 管脚图 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。 本设计采用直通方式， 即 CS， XFER ， WR1，WR2 均接地，ILE 接高电平。使用时通过另加 I/O 接口与 CPU 连接，以匹配 CPU 与 D/A 转换。 电子设计应用软件训练总结报告 3 3.OP77AP 简介OP77AP 简介 OP77AP 芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于 OP77AP 具有非常低的输入失调电压，所以 OP77AP 在很多应用场合不需要额外的调零 措施。OP77AP 同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环 增益的特性使得 OP77AP 特别适用于高增益的测量设备和放 大传感器的微弱信号等 方面。OP77AP 管脚如图 3 所示： 图 3 OP77AP 管脚图 其中 1 脚和 8 脚是调零端，2 脚是反相输入端，3 脚是同相输入端，4 脚是负电 源端，7 脚是正电源端，6 脚是输出端，5 脚是闲置管脚。 三、 原理图绘制三、 原理图绘制 3.1 本设计运用 rpoteus7.8 绘制原理图，打开软件，点击“文件”-“新建 设计”,接着出现如图 4 所示对话框，根据需要选择纸张大小及方向，在这里选 择横向 A4 的尺寸大小就能满足设计需求。 图 4 新建设计 电子设计应用软件训练总结报告 4 3.2 新建设计建好后方可在元件库中查找设计所使用的器件，查找方法如图 5 所 示，输入单片机型号“AT89C52”，窗口右上角显示的即为单片机的管脚图，点击右 下角“确定”，然后在设计图纸中放置该器件。 图 5 元件查找 3.3 振荡电路模块。不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅 和一定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡。 或者说，能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。 单片机芯片内部设有一个反向放大器所构成的振荡器，18 脚和 19 脚分别为振荡 电路的输入端和输出端，时钟由内部电路产生， 定时器件为石英晶体和电容组成的并 联谐振回路，电容 C1，C2 的取值在 10-40pf。图 6 为振荡电路模块。 图 6 振荡电路 电子设计应用软件训练总结报告 5 3.4 复位电路模块。单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。单片机的复位 模块见如图 7 所示： 图 7 单片机复位电路 复位引脚通过 RST 通过一个施密特触发器与复位电路相连， 施密特触发器用来抑 制噪声，在每个机器周期的 S5P2，施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次， 然后才能得到内部复位操作所需的信号。 上图所示的上电复位电路通过外部复位电路 的电容充电。 3.5 本设计中 DAC0832 与单片机接口电路采用直通方式，即 CS、XFER、WR1 和 WR2 均接地，ILE 接高电平。DAC0832 的数据输入端 D10-D17 与 AT89C52 单片机的 P1 口相连,单片机将正弦波数据表的数据直接送入 DAC0832，由 DAC0832 将数字量转换 成相应的模拟量并输出。连接口如图 8 所示。 图 8 DAC0832 与 AT89C52 连接图 3.6 DAC0832 为电流输出型转换器，要获得模拟电压输出， 就必须外接转换电路。 本设计中要求输出的正弦波峰峰什为 5V，所以需要用双极性电压输出。如图 9 所示， 电子设计应用软件训练总结报告 6 U3 和 U4 均为运算放大器 OP77AP， 用两级运算放大器组成的模拟电压输出电路， Vout2 通过 15K 电阻反馈到运算放大器 U4 输入端。G 点为虚拟地，由基尔霍夫定律例方程 组，并解得 128 V 128)-(D REF out VV 式中，； 0 0 1 1 67 2222 67 ddddD为一常数256/ REF V。 由上式可知，在选用+VREF 时，若输入数字量最高位 d7 为“1”，则输出模拟电 压 Vout2为正；若输入数字量最高位为“0”，则输出模拟电压 Vout2为负。在选用-VREF 时，Vout2输出正好和选+VREF相反。为满足设计要求，参考电压 VREF应为+2.5V，则点 Vout1 输出电压为 0-2.5V， 点 Vout2输出电压为2.5V， 即峰峰值为 5V。 OP77AP 与 DAC0832 的连接如图 9 所示。 图 9 OP77AP 与 DAC0832 连接图 四、四、程序设计程序设计 4.1 设计任务要求正弦波频率 f=50Hz，则周期 T=0.02s。用单片机的定时器，选 择可行的工作方式并计算出初值，通过软件编程可实现 0.02s 的定时。最主要的是 DAC0832 数模转换时需要建立一个正弦波数据表为 D/A 转换作准备。计算方法，对一 电子设计应用软件训练总结报告 7 个周期（2）取样 256 次，也就是说第 0 个取样点的弧度是 0，那么第一个取样点 的弧度值就是 x1=/128,第二个取样点的弧度为 x2=(/128)*2,依次类推，所以有 f(x) = sin(x)*128+128。或者直接运用软件生成数据表。 本设计中利用单片机定时器中断， 每产生一次中断都取正弦数据表中的一个数据 送给 D/A 转换器，通过程序编写实现将正弦数据表在所需周期内逐个转换， 最终形成 正弦波。 程序流程图如图 10 所示： 图 10 程序流程图 开 始 定时器、中断初始化 定时器中断？ flag = 1 ? i 255 ? N Y Y N 定时器重装初值 flag=1 flag = 0 i = 0 Y i = i + 1，DAC0832(sin(i); 电子设计应用软件训练总结报告 8 4.2 程序设计使用的软件为 keil 3，该软件集成了丰富的芯片资源，而且能够 与 proteus 7.8 联合调试，既可以用 C 语言编程也可用汇编编程。打开软件，新建 一个工程， 填写文件名并点击保存， 则出现选择 CPU 对话框， 如图 11 所示。 选择 Atmel 的 AT89C52，点击确定。 图 11 CPU 选择 4.3 新建工程结束后需要新建一个文件，该文件用来输入程序代码，文件格式可 为“.C 或.ASM”，保存好后将文件添加到源代码组中，若不添加会导致 proteus 无 法仿真，即使程序与原理图没有出错。程序编写完成，编译没有错误，设置输出 HEX 文件，如图 12 所示。 图 12 输出 HEX 文件 电子设计应用软件训练总结报告 9 五、原理图仿真及结果原理图仿真及结果 双击单片机， 将经过 keil 3 编译输出的 HEX 文件添加到单片机中， 如图 13 所示。 接着即可开始进行功能仿真，仿真结果如图 14 所示。 图 13 添加 HEX 文件 图 14 仿真波形 从图 14 仿真波形中我们只知道输出的是正弦波，至于是否满足设计要求图中并 未体现，因此有必要获取示波器网格中每个小格所表示的数量单位。如图 14 所示： 电子设计应用软件训练总结报告 10 图 15 示波器网格数据 由图 15 知，网格的水平方向每小格代表 10ms，即正弦波的周期为 20ms，频率 Hzf50；纵向每小格代表 1V，即峰峰值为 5V，与理论值相符。因此，仿真的结果 符合设计任务要求。 六、六、总结总结 虽然这次课程设计只有短暂的 1 周时间， 但我感觉到这些天我的所学胜过我这一 学期所学，这次任务原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩 固和应用。 课程设计是培训学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实 际问题的重要教学环节，是对所学知识的复习和巩固。同样，也促使了同学们的相互 探讨，相互学习。因此，我们必须认真、谨慎、踏实、一步一步的完成设计。 总之，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。最真挚的 感谢我们的辅导老师，在设计过程中， 老师精心的辅导和不厌其烦地的态度才使得我 们以顺利的完成这次设计，他那无私的奉献的精神照耀着我们对学习的热爱， 同时也 增加我们对知识的追求和欲望度。 七、七、参考文献参考文献 1林立、张俊亮.单片机原理及应用.第 2 版，M出版地：电子工业出版社，2013 年. 2艾运阶.MCS-51 单片机项目教程，M出版地：北京理工大学出版社，2012 年. 3阎石.数字电子技术基础(第五版)，M出版地：高等教育出版社，2006 年. 4陈海晏.51 单片机原理及应用，M出版地：北京航空航天大学出版社，2010 年. 5张毅刚、刘杰.单片机原理及应用.第 3 版，M出版地：哈尔滨工业大学出版社，2010 年. 电子设计应用软件训练总结报告 11 附录 原理图附录 原理图 电子设计应用软件训练总结报告 12 附录 源程序附录 源程序 #include bit flag; unsigned char i; unsigned char sin(unsigned char x)/正弦波 unsigned char code sin_tab= 0 x7F,0 x82,0 x85,0 x88,0 x8B,0 x8F,0 x92,0 x95,0 x98,0 x9B,0 x9E,0 xA1,0 xA4,0 xA7,0 xAA,0 xAD， 0 xB0,0 xB3,0 xB6,0 xB8,0 xBB,0 xBE,0 xC1,0 xC3,0 xC6,0 xC8,0 xCB,0 xCD,0 xD0,0 xD2,0 xD5,0 xD7， 0 xD9,0 xDB,0 xDD,0 xE0,0 xE2,0 xE4,0 xE5,0 xE7,0 xE9,0 xEB,0 xEC,0 xEE,0 xEF,0 xF1,0 xF2,0 xF4， 0 xF5,0 xF6,0 xF7,0 xF8,0 xF9,0 xFA,0 xFB,0 xFB,0 xFC,0 xFD,0 xFD,0 xFE,0 xFE,0 xFE,0 xFE,0 xFE， 0 xFE,0 xFE,0 xFE,0 xFE,0 xFE,0 xFE,0 xFD,0 xFD,0 xFC,0 xFB,0 xFB,0 xFA,0 xF9,0 xF8,0 xF7,0 xF6， 0 xF5,0 xF4,0 xF2,0 xF1,0 xEF,0 xEE,0 xEC,0 xEB,0 xE9,0 xE7,0 xE5,0 xE4,0 xE2,0 xE0,0 xDD,0 xDB， 0 xD9,0 xD7,0 xD5,0 xD2,0 xD0,0 xCD,0 xCB,0 xC8,0 xC6,0 xC3,0 xC1,0 xBE,0 xBB,0 xB8,0 xB6,0 xB3， 0 xB0,0 xAD,0 xAA,0 xA7,0 xA4,0 xA1,0 x9E,0 x9B,0 x98,0 x95,0 x92,0 x8F,0 x8B,0 x88,0 x85,0 x82， 0 x7F,0 x7C,0 x79,0 x76,0 x73,0 x6F,0 x6C,0 x69,0 x66,0 x63,0 x60,0 x5D,0 x5A,0 x57,0 x54,0 x51， 0 x4E,0 x4B,0 x48,0 x46,0 x43,0 x40,0 x3D,0 x3B,0 x38,0 x36,0 x33,0 x31,0 x2E,0 x2C,0 x29,0 x27， 0 x25,0 x23,0 x21,0 x1E,0 x1C,0 x1A,0 x19,0 x17,0 x15,0 x13,0 x12,0 x10,0 x0F,0 x0D,0 x0C,0 x0A， 0 x09,0 x0