多功能信号发生器测本12126潘超

1、沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 多功能信号发生器 系 别 自动化学院 班级 测控本121 学生姓名 潘超 学号 2012316126 指导教师 吕勇军 职称 教 授 起止日期: 2015年1月12日起至2015 年1月23日止 实训地点： F422多功能信号发生器沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 多功能信号发生器程序设计 系 别 自动化学院 班级 测本121 学生姓名 潘 超 学号 2012316126 指导教师 吕勇军 职称 教授 课程设计进行地点： F422 任 务 下 达 时 间： 15年 1月12日起止日期： 15年1月12日起至15年1月23日止 系主任 年

2、月 日批准1.设计主要内容及要求；编写多功能信号发生器程序。要求：1）能够产生正弦信号、方波信号和三角波信号。 2）输出三种波形能够转换。2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求；（1）.课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。（2）.学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。（3）.论文要求打印，打印时按沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范的要求进行打印。（4）. 课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见

3、表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。3.时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注11月12日教师讲解题目，学生查阅相关资料21月13日查阅相关资料、进行方案论证31月14日参数计算、确定信号产生方法41月15、16、19日编写程序51月20、21日调试程序61月22日撰写论文71月23日论文答辩沈 阳 工 程 学 院单片机原理 课程设计成绩评定表系（部）： 自动控制工程系 班级： 测控本121 学生姓名： 潘超 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态

4、度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理

5、，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分中文摘要C8051F单片机是完全集成的混合信号系统级芯片,具有与8051兼容的高速CIP-51内核,片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其他功能部件;内置FLASH程序存储器、内部RAM,大部分器件内部还有位于外部数据存储器空间的RAM,即XRAM。数模混合的高度集成使得该单片机系统可以方便实现数控及简单信号处理等功能。使用C8051F系列单片机设计多功能信号发生器,不仅

6、减少了器件,简化了电路,节约了成本,更使得系统稳定节能,方便快捷地输出多种低频信号。信号发生器是一种常用的信号源，广泛用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域，目前使用的信号发生器大部分是模拟电路组成的，体积大、可靠性差、准确度低，并且用于低频时，其RC要很大，大电阻、大电容在制造上有困难，参数准确度难以保证，漏电损耗大。本次课设中将以以C8051F020单片机为核心。用单片机来产生这些基本信号是现在教学中一种基本措施，同时又能训练同学的动手动脑能力。基于DDS原理,可以通过将定义在离散表中的一个周期函数无限扩展来得到任意完整波形,同时也可以根据波形的特点利用算法计算输出各种波形。由于使用算

7、法输出波形运行周期短,稳定性好。因此我们使用查表法输出正弦函数，而方波、三角波以及锯齿波则是通过算法计算获得。关键词：C8051F;信号发生器;DAC；DDSV多功能信号发生器目录中文摘要V1 设计任务描述21.1设计题目：多功能信号发生器21.2设计要求21.2.1 设计目的：21.2.2 基本要求：21.2.3发挥部分：22设计思路33 流程图44各部分波形设计及参数计算54.1 三角波形的设计及其参数设置54.2方波的设计及其参数设置64.3 正弦波形的设计及其参数设置74.4 锯齿波形的设计及其参数设置95工作过程分析106 主要元器件介绍116.1 计算机116.2示波器116.3单

8、片机11小 结12致 谢13参考文献14附 录 源程序151 设计任务描述1.1设计题目：多功能信号发生器1.2设计要求1.2.1 设计目的：编写多功能信号发生器程序。1.2.2 基本要求：1）能够产生正弦信号、方波信号和三角波信号。 2）输出三种波形能够转换。1.2.3发挥部分： 1）能够输出锯齿波。2设计思路 设计目的是输出能够来回切换的四种波形：三角波，正弦波，方波，锯齿波。 首先能考虑到的就是用中断来控制切换，这可是自由控制的话，只有中断6，中断7是不够的，所以就把中断6，中断7做成切换到上一个波形和切换到下一个波形的操作，然后使用主程序中的循环来实现选波的目的。Xuan:MOV A,

9、70H CJNE A,#01H,BI LCALL SanJBBI: CJNE A,#02H,BO LCALL FangBBO: CJNE A,#03H,BP LCALL ZhengXBBP: LCALL JXB AJMP XuanINT6: MOV A,70H INC A CJNE A,#05H,LOP MOV A,#01HLOP: MOV 70H,A MOV P3IF,#0 RETIINT7: MOV A,70H DEC A CJNE A,#00H,LOOP MOV A,#04HLOOP:MOV 70H,A MOV P3IF,#0 RETI 这么做，每次中断6中断时，都会使累加器中的数自加，

10、从而改变累加器中的数，达到跳到下一个波形的目的；而每次中断7中断时，都会使累加器中的数自减，达到跳到上一个波形的目的。 波形的实现就较为轻松，三角波，方波，锯齿波在以前的练习中就有接触到：三角波就只要把DA转化器中输出的数字逐次加到0FFF，再逐次减到0就可以了，而锯齿波只需要实现前者就可以了；方波更是只要来回改变输出值就可以实现。而难点就在实现正弦波，因为以前没有接触过，所以就在网上找了一些资料，加上在图书馆里找到关于单片机实现正弦波的书才对其有所了解为了在输出端得到一个正弦信号，需要得到代表输出电平的数字信号，这一列信号代表着角从0-360度变化中的正弦信号的幅度V。这一列据存放在数据表中

11、，通过取表操作将这些数字信号送给8051f的数字信号输入端，通过D/A转换后，用示波器从Vout端就可观察到正弦信号的波形了3 流程图开始主程序初始化选波三角波正弦波方波锯齿波输出波形中断返回选波4各部分波形设计及参数计算4.1 三角波形的设计及其参数设置对于三角波的实现，抓住其前半周期斜率为1，后半周期斜率为-1的特点，一点点由00累加到0FF，再由0FF递减到00，最后由DA转换器输出。SanJB: MOV A,70H /A=(70H) CJNE A,#01H,Xuan /判断是否跳到选波 MOV 30H,#0 MOV 31H,#0SLOP: MOV A,30H /取值 ADD A,#01

12、 /自加一 MOV DAC0L,A /输入低位 MOV 30H,A /存值 JNC SPT /判断进位位为0跳转 MOV A,31H /取高位值 INC A /自加一 MOV 31H,A /存值 JB ACC.4,ETA /A=10H时跳走SPT: MOV DAC0H,31H /输入高位，输出 NOP AJMP SLOP /跳回，循坏ETA: MOV 30H,#0FFH MOV 31H,#0FHSLOP1:MOV A,30H /取值 SUBB A,#01 /自减一 MOV DAC0L,A /输入低位 MOV 30H,A /存值 JNC SPTA /判断进位位为0跳转 MOV A,31H /取高

13、位值 DEC A /自减一 MOV 31H,A /存值 JB ACC.4,SanJB /A=FF时跳走SPTA:MOV DAC0H,31H /输入高位，输出 NOP AJMP SLOP14.2方波的设计及其参数设置 方波的产生比较简单，只需隔相同时间分别送入高电平低电平即可FangB:CJNE A,#02H,Xuan /判断是否跳到选波 MOV DAC0L,#0FFH /低位输入 MOV DAC0H,#0FH /高位输入，输出 LCALL DEL /调用延时 MOV DAC0L,#0 /低位输入 MOV DAC0H,#0 /高位输入 LCALL DEL /调用延时 AJMP FangB /跳回

14、，循环4.3 正弦波形的设计及其参数设置单片机是12位电压输出数/模转换器，所以将其分为两部分，高四位用来调节幅度，低八位用来显示正弦波形，基于DDS查表法产生函数波形。ZhengXB: MOV DPTR,#sintab /DPTR指向数据库ZLOP: MOV A,70H /A=(70H) CJNE A,#03H,ZIP /判断是否跳回选波CLR A /请累加器 MOVC A,A+DPTR /取数据库值 CJNE A,#129,ZLOP1 /数据库循环 AJMP ZhengXB /跳回，清数值，循环ZLOP1:MOV B,R5 /B=(R5) MUL AB /A*BMOV DAC0L,A /低

15、位输入MOV DAC0H,B /高位输入，输出INC DPTR /DPTR自加LJMP ZLOP /跳回，循环sintab:DB 128,132,137,141,146,150,154,159,163,167 /数据表 DB 171,176,180,184,188,191,195,199,203,206 DB 210,213,216,219,222,225,228,231,233,236 DB 238,240,242,244,246,247,249,250,251,252 DB 253,254,254,255,255,255,255,255,254,254 DB 253,252,251,250

16、,249,247,246,244,242,240 DB 238,236,233,231,228,225,222,219,216,213 DB 210,206,203,198,195,192,188,184,180,176 DB 172,167,163,159,155,150,146,141,137,133 DB 128,124,119,115,111,106,102,97,93,89,85 DB 81,77,73,69,65,61,57,54,50,47,43,40,37 DB 34,31,28,25,23,20,18,16,14,12,10,9,7 DB 6,5,4,3,2,2,1,1,1,

17、1,1,2,2,3,4,5,6 DB 7,9,10,12,14,16,18,20,23,25,28,30,33,36 DB 40,43,46,50,53,57,60,64,68,72,76,80,84 DB 88,93,97,101,106,110,114,119,123,128,1294.4 锯齿波形的设计及其参数设置 有了三角波的基础，锯齿波的实现就较为简单了，只需逐渐将输出调到0FF，然后直接清零，循环。JXB: MOV 30H,#0 MOV 31H,#0JLOP:MOV R4,A /(R4)=A MOV A,70H /A=(70H) CJNE A,#04H,Tiao1 /判断是否跳到选

18、波 MOV A,R4 /A=(R4) MOV A,30H /取值 ADD A,#01 /自加一 MOV DAC0L,A /低位输入 MOV 30H,A /存值 JNC PT /判断进位位为0跳转 MOV A,31H /取值 INC A /自加一 MOV 31H,A /存值PT:MOV DAC0H,31H /高位输入，输出 NOP AJMP JLOP /跳回，循环Tiao1:LCALL Xuan /长跳转选波5工作过程分析1） 程序开始运行，由于（70H）初值赋为01H，所以程序先跳到三角波，经DA转换输出三角波。2） 当按下key3（中断6）时，程序跳到INT6中运行，R7自加1，随后跳回三角

19、波程序中，程序自检R7值，之后跳到选波（Xuan），之后跳到方波，经DA转换输出方波，相当于输出下一个波形；当再次按下key3（中断6）时，R7再次自加1，最后跳到正弦波程序，输出正弦波······3） 当按下key4（中断7）时，程序跳到INT7中运行，R7自减1，随后跳回当前波形中，程序自检R7值，之后跳到选波（Xuan），然后跳到上一个波形程序，输出波形。6 主要元器件介绍6.1 计算机：用于编写源程序6.2示波器：用于显示波形6.3单片机：如果按功能划分，它由8个部件组成，即微处理器（CPU）、 数据存储器（RAM）、程序存储

20、器（ROM/EPROM）、I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。 各功能部件的介绍：1、 数据存储器：片内为128个字节单元片外最多可扩展至64字节 2、程序存储器（ROM/EPROM）：ROM为4K，片外最多可扩展至64K。3、中断系统：具有5个中断源，2级中断优先权。4、定时器/计数器：2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。5、串行口：1个全双工的串行口，具有四种工作方式。6、微处理器：为8位CPU，且内含一个1位CPU（位处理器），不仅可处理字节数据，还可以进行位变量的处理。7、四个8位双向并行的I/

21、O端口，每个端口都包括一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。这四个端口的功能不完全相同。小 结 课设时的知识，来源于平时的积累，这次课设很幸运的分到了多功能信号发生器这个课题，在众多课题之中，算是比较简单的一个。 这次课题主要是实现用单片机教学实验仪器完成多种波形的输出，实验刚开始，原本信心满满的我竟也遇到了很多问题，比如我一共做了四个波形，怎么用中断它们来回切换，只有中断6，中断7显然是不够用的；正弦波是如何实现的，在以前的学习中是没有接触过的；如果我想实现频率和幅度的变换该怎样做？我曾一度被这些问题困扰地寸步难行。带着这些问题，我参考了历届学长们做过的程序，也在图书馆找了相关的书籍，

22、最后不懂的求助了老师，终于找到了解决所有问题的方法，虽然最后因为简化程序的问题，把有关频率和幅度的地方都去掉了，但是也令程序趋于完整了。在课设的这个星期里，我懂得了有时不是什么事都是可以自己一个人完成的，越是在自己无助时，才会理解到集体的温暖，我要感谢吕勇军老师在这两个星期的无私帮助，还有同学们在关键时刻伸出的双手，而本次课设中，我认为对我来说最大的收获是学习到了如何通过一个中断实现多个信号的转换，这是很重要的，因为单片机的中断就那么几个，不允许我们浪费，能节省一个中断就节省了很大的开销，我也知道单片机可以有很多的变通，其实并不难，只需要寻找正确的方法，我知道自己在以往的学习中，对课本知识掌握

23、的知识不够牢固，不够全面，理解得也不够深入，不会融会贯通，只会一些表面的知识老师给了这么一个让每个人自我锻炼、自我学习的机会，我很庆幸，知道了学习与实践相结合的重要性，认识了自己的不足。这会让自己以后的学习中少走不少的弯路，以后我会不断的充实、完善自我！致 谢 为期两周的课设已经结束，感谢沈阳工程学院图书馆丰富的书籍库存，让我找到了大量有关课设的知识，也了解了大量单片机历史，这对我以后的学习有很大的帮助。 感谢吕勇军老师两周来的辛勤教导，为我们解答课设中的疑惑，为我们的实验铺平了道路。 也感谢与我一起做一个课题的蒋金，车小杰等同学在课设期间带给我的灵感，让我知道了团队的强大。 还有其他帮助过我

24、的人，也在此表示感谢。参考文献1单片机实验与实践 周立功，北京：北京航空航天大学出版社，2004.82单片机应用实训教程 袁启昌，王宏宇，北京：科学出版社，2006.2351单片机应用实例详解杨欣，王玉凤，刘湘黔，张延强编著，北京: 清华大学出版社2010.54单片机实训教程 张迎辉，贡雪梅，北京：北京大学出版社，2005.958051单片机课程设计实训教材 陈明荧编著，北京：清华大学大学出版社， 2005.7附 录 源程序$INCLUDE(C8051F020.INC)ORG 00HLJMP MAINORG 0093HLJMP INT6ORG 009BHLJMP INT7MAIN:MOV DA

25、C0CN,#80H MOV XBR2,#40H MOV WDTCN,#0DEH MOV WDTCN,#0ADH MOV REF0CN,#03H SETB EA MOV EIE2,#30H MOV 70H,#01H MOV R5,#15H CLR CXuan:CJNE 70H,#01H,BI LCALL SanJBBI:CJNE 70H,#02H,BO LCALL FangBBO:CJNE 70H,#03H,BP LCALL ZhengXBBP:LCALL JXB AJMP XuanINT6:MOV A,70H INC A CJNE A,#05H,LOP MOV A,#01HLOP:MOV 70

26、H,A MOV P3IF,#0 RETIINT7:MOV A,70H DEC A CJNE A,#00H,LOOP MOV A,#04HLOOP:MOV 70H,A MOV P3IF,#0 RETISanJB:CJNE 70H,#01H,ZIP MOV 30H,#0MOV 31H,#0SLOP:MOV A,30H ADD A,#01 MOV DAC0L,A MOV 30H,A JNC SPT MOV A,31H INC A MOV 31H,A JB ACC.4,ETASPT:MOV DAC0H,31HNOPAJMP SLOPETA:CJNE 70H,#01H,ZIPMOV 30H,#0FFH

27、MOV 31H,#0FHSLOP1:MOV A,30H SUBB A,#01MOV DAC0L,AMOV 30H,AJNC SPTAMOV A,31HDEC AMOV 31H,AJB ACC.4,SanJBSPTA:MOV DAC0H,31H NOP AJMP SLOP1ZIP:RETFangB:CJNE 70H,#02H,ZIP MOV DAC0L,#0FFHMOV DAC0H,#0FHLCALL DELMOV DAC0L,#0MOV DAC0H,#0LCALL DELAJMP FangBZhengXB:MOV DPTR,#sintabZLOP:CJNE 70H,#03H,ZIP CLR A MOVC A,A+DPTR CJNE A,#129,ZLOP1 AJMP ZhengXBZLOP1:MOV B,R5 MUL ABMOV DAC0L,AMOV DAC0H,BINC DPTRLJMP ZLOP