基于AT89C51單片機(jī)的低頻信號(hào)發(fā)生器

1、編號(hào)： 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：基于at89c51單片機(jī)的低頻波形發(fā)生器 學(xué) 院 物理與電子科學(xué)學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 號(hào) 200740620270 姓名 張亞杰 指導(dǎo)教師 趙發(fā)勇 職稱(chēng)： 教授 完成日期 2011年4月10日 誠(chéng) 信 承 諾我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫(xiě)的畢業(yè)論文基于at89c51單片機(jī)的低頻波形發(fā)生器均系本人獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋?zhuān)粲胁粚?shí)，后果由本人承擔(dān)。 承諾人（簽名）： 年 月 日19基于at89c51單片機(jī)的低頻波形發(fā)生器目 錄1前言52電路總體設(shè)計(jì)53電路詳細(xì)設(shè)計(jì)63.1開(kāi)關(guān)控制單元63.2 單片機(jī)控制單元73.3

2、d/a轉(zhuǎn)換單元73.4 波形輸出單元74系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)84.1主程序及流程圖84.2子程序及流程圖104.2.1方波子程序及流程圖104.2.2鋸齒波子程序及流程圖114.2.3.三角波子程序及流程圖124.2.4梯形波子程序及流程圖135. protues和keil聯(lián)調(diào)與仿真155.1方波的仿真155.2鋸齒波的仿真155.3三角波的仿真165.4梯形波的仿真166.總結(jié)177.致謝17參考文獻(xiàn)17附錄18附錄1.單片機(jī)at89c51介紹18附錄2.dac0832芯片介紹19附錄3.lm324芯片介紹21基于at89c51單片機(jī)的低頻波形發(fā)生器姓名：張亞杰 學(xué)號(hào)：200740620270 指導(dǎo)

3、老師：趙發(fā)勇 摘要：波形發(fā)生器作為一種常用的信號(hào)源，廣泛地應(yīng)用于電子電路和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。目前常用的主要是低頻正弦波發(fā)生器，雖然其輸出信號(hào)穩(wěn)定，失真度底，但其缺陷是只能產(chǎn)生正弦波，且調(diào)節(jié)范圍不大。本設(shè)計(jì)是以at89c51單片機(jī)為控制核心，外圍采用數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（dac0832）和運(yùn)算放大電路（lm324）實(shí)現(xiàn)的低頻信號(hào)發(fā)生器。通過(guò)按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波、正弦波等波形，且信號(hào)幅度和頻率都可以按要求控制。其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)好，具有一定的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：波形發(fā)生器 at89c51 dac0832 lm324abstract:waveform generator is a kind of c

4、ommon source, widely used in electronic circuits and teaching experiment, etc. the currently used more mainly low frequency sine wave generator, although its output signal stability, the distortion degree, but its defects is only generates sine wave, and the adjusting range is not big. this design b

5、ased on at89c51 as control core and periphery adopts digital-to-analog circuits (dac0832) and operational amplifier circuit (lm324) realize digital low frequency signal generator. through the button control can produce square-wave, sawtooth wave, triangle wave, sine wave, and signals such as amplitu

6、de and frequency can be controlled according to the requirements. its simple design, performance optimization is good, have certain practical. keywords：waveform generator at89c51 dac0832 lm3241前言波形發(fā)生器作為一種常用的信號(hào)源，在現(xiàn)代通信、電子技術(shù)及教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前，教學(xué)實(shí)驗(yàn)和電子電路設(shè)計(jì)等領(lǐng)域所使用的波形發(fā)生器大都是由分立元件制作的，其主要缺點(diǎn)是可靠性差、準(zhǔn)確度低，隨著通信技術(shù)和電

7、子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)信號(hào)源的要求日趨多樣化、穩(wěn)定性高，使得傳統(tǒng)的分立元件波形發(fā)生器的局限性日益凸顯。本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)at89c51、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片dac0832以及運(yùn)算放大器lm324等元件制作而成的低頻波形信號(hào)發(fā)生器，以at89c51為核心控制器件。用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)出產(chǎn)生各種波形的源程序，使用時(shí)可根據(jù)需要通過(guò)單片機(jī)p1口控制輸入所要產(chǎn)生波形的信號(hào)，單片機(jī)根據(jù)輸入信號(hào)調(diào)用相應(yīng)的子程序產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)波形，并把產(chǎn)生的波形信息從p0口輸出到dac0832芯片，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到lm324中處理，最終輸出所需的波形。整個(gè)電路在protues和keil軟件中進(jìn)行仿真，通過(guò)示波器直接觀測(cè)所產(chǎn)生的波形。波形的

8、周期可以根據(jù)需要通過(guò)程序任意改變，能夠滿足一些試驗(yàn)和演示的需要，具有成本低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。2電路總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是用開(kāi)關(guān)控制單片機(jī)執(zhí)行不同的波形發(fā)生子程序，即改變程序的運(yùn)行狀態(tài)，使信號(hào)發(fā)生單元能產(chǎn)生所需的波形。通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)控制at89c51單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的波形，經(jīng)過(guò)d/a轉(zhuǎn)換和放大后顯示輸出。本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、d/a轉(zhuǎn)換、放大電路、按鈕開(kāi)關(guān)和波形輸出五部分組成。電路的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。按鈕開(kāi)關(guān)單片機(jī)控制單元d/a轉(zhuǎn)換單元放大電路單元波形輸出圖1 波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)框圖根據(jù)圖1的總體設(shè)計(jì)框圖，設(shè)計(jì)出波形發(fā)生器的總體硬件電路圖，如圖2所示。at89c51的p1口接一組轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)dipsw-4,

9、將dipsw-4的選擇信息通過(guò)p1口送到單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行波形選擇，控制輸出所需波形。單片機(jī)p1.0p1.3四個(gè)接口分別對(duì)應(yīng)方波、鋸齒波、三角波、梯形波，并分別驅(qū)動(dòng)紅、黃、綠、藍(lán)四個(gè)發(fā)光二極管作為對(duì)應(yīng)波形的指示燈。單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)dac0832轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)lm324放大后顯示輸出。圖2 波形發(fā)生器的總體電路圖3電路詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1開(kāi)關(guān)控制單元通過(guò)dipsw-4開(kāi)關(guān)選擇單片機(jī)p1口某個(gè)信號(hào)接受端為高電平，同時(shí)相應(yīng)的波形指示燈發(fā)光，即達(dá)到了選擇輸入某一波形信號(hào)的目的。此時(shí)，波形發(fā)生器即產(chǎn)生相應(yīng)波形。具體電路連接如下圖所示：圖3開(kāi)關(guān)控制電路連接圖3.2 單片機(jī)控制單元 本設(shè)計(jì)用12

10、mhz的晶振，為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖。單片機(jī)的p0口外接dac0832，作為dac0832的輸入。為增強(qiáng)p0口的帶負(fù)載能力，使后面的d/a轉(zhuǎn)換電路和放大電路能正常工作，需要在p0口接rp-10k的電阻作為負(fù)載。其外圍電路連接如下圖所示：圖4 單片機(jī)外圍電路連接圖3.3 d/a轉(zhuǎn)換單元 at89c51單片機(jī)的p1口輸出為數(shù)字信號(hào)，需經(jīng)dac0832芯片轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)顯示輸出。由于波形發(fā)生器只需要一路模擬信號(hào)輸出，所以dac0832采用單緩沖控制方式。在這種方式下，將2級(jí)寄存器的輸出作為控制信號(hào)，在其作用下，輸入數(shù)據(jù)直接送入d/a寄存器。dac0832芯片的連接如下圖所示：圖5 dac0832的外圍

11、連接圖3.4 波形輸出單元 為了便于protues仿真觀察輸出波形，需要通過(guò)運(yùn)算放大器lm324將adc0832芯片的電流型輸出轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再送入示波器顯示。本設(shè)計(jì)采用的是雙電源工作模式運(yùn)用反饋原理，構(gòu)成i/v轉(zhuǎn)換電路。其電路連接如下圖所示：圖6 波形輸出單元電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序及流程圖利用at89c51單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)p1.0、p1.1、p1.2、p1.3四口進(jìn)行掃描，如果發(fā)現(xiàn)某一口輸入為高電平，即通過(guò)程序調(diào)用相應(yīng)的波形子程序，輸出相應(yīng)的波形信息。程序流程圖如下圖：square按下初始化，設(shè)置常量及指針saw按下triang按下ladder按下跳轉(zhuǎn)到主程序nnnn開(kāi) 始點(diǎn)亮 d1

12、調(diào)用方波輸出程序，輸出一個(gè)周期的方波點(diǎn)亮 d2調(diào)用鋸齒波輸出程序，輸出一個(gè) 周期的鋸齒波點(diǎn)亮d3調(diào)用三角波輸出程序，輸出一個(gè)周期的三角波點(diǎn)亮d4調(diào)用梯形波輸出程序，輸出一個(gè)周期的梯形波圖7 波形發(fā)生器的主程序流程圖主程序如下： org 0000h tri bit p1.2 ladder bit p1.3 ljmp start org 0030h start: mov p1,#00h main: jbc tri,s3 jbc ladder,s4 sjmp main s3:lcall triage sjmp main s4:lcall ladd sjmp maintriage: mov dptr,

13、#0ffh mov a,#00h up:movx dptr,a inc a cjne a,#0aeh,up dec a down:dec a movx dptr,a cjne a,#068h, down inc a sjmp up ladd: mov dptr,#0ffh l4: mov a,#42h up1: inc a movx dptr,a cjne a,#0aeh,l5 l5: jc up1 down1: lcall delay1 l6: dec a movx dptr,a cjne a,#043h,l7 l7: jc l4 sjmp l6delay1: mov r0,#65 d: m

14、ov r1,#55 djnz r1,$ djnz r0,d ret end4.2子程序及流程圖4.2.1方波子程序及流程圖在每個(gè)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)，通過(guò)at89c51單片機(jī)對(duì)p0口交替輸出00h和0ffh，這樣往復(fù)執(zhí)行，即可輸出連續(xù)的方波。a賦值為00hdptr為0ffh選中dac0832向0832中輸出數(shù)據(jù)調(diào)用延時(shí)子程序延時(shí)給a賦值為0ffh 并輸出數(shù)據(jù)再次調(diào)用延時(shí)程序返回方波程序： org 0000h ljmp startstart:mov dptr,#0ffhl1:mov a,#00h movx dptr,a lcall delay mov a,#0ffh movx dptr,a lcall d

15、elay sjmp l1delay:mov r0,#250 d:mov r1,#255 djnz r1,$djnz r0,d ret end圖8 方波子程序流程圖方波子程序仿真結(jié)果如下圖所示：圖9 模擬輸出方波波形4.2.2鋸齒波子程序及流程圖先由at89c51對(duì)p0口輸出00h，在每個(gè)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)對(duì)輸出值加1，當(dāng)加至0ffh時(shí)，再?gòu)?0h重新開(kāi)始加，這樣往復(fù)執(zhí)行，最終得到連續(xù)的鋸齒波。鋸齒波程序：org 0000h 將a清零令dptr為0ffh選定0832將a的 值賦給dptr數(shù)據(jù)輸出累加器a值加1a=88返回nyljmp l2org 0030hl2: mov a,#00hl21: mov d

16、ptr,#0ffh movx dptr,a inc a cjne a,#088h,l21 sjmp l2 end圖10 鋸齒波流程圖鋸齒波子程序仿真結(jié)果如下圖所示：圖11模擬輸出鋸齒波波形4.2.3.三角波子程序及流程圖先對(duì)p0口寫(xiě)00h，在每個(gè)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)輸出值加1；當(dāng)加至0afh時(shí)，繼而在每個(gè)時(shí)鐘來(lái)時(shí)減1，如此往復(fù)執(zhí)行，最終輸出為連續(xù)的三角波。設(shè)a=00h將a的值賦給dptr數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出令dptr為0ffh選定0832累加器a的值加1累加器a值減1累加器a加1將a的值賦給dptr輸出數(shù)據(jù)累加器a再減1a=0aeh返回a=068hyynn三角波程序：org 0000h ljmp start

17、 org 0030hstart:mov dptr,#0ffh mov a,#00h up:movx dptr,a inc a cjne a,#0aeh,up dec a down:dec a movx dptr,a cjne a,#068h, down inc a sjmp up end圖12 三角波流程圖三角波子程序仿真結(jié)果如下圖所示：圖13模擬輸出三角波波形4.2.4梯形波子程序及流程圖先對(duì)p0口寫(xiě)42h，在每個(gè)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)輸出值加1，當(dāng)加至0aeh時(shí)調(diào)用一次延遲程序，然后在每個(gè)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)將輸出值減1，當(dāng)減至42h時(shí)再依次加1，如此往復(fù)執(zhí)行，即可輸出連續(xù)的梯形波。a賦值為42h令dptr為0

18、ffh選定0832累加器a加1將a 的值賦給dptr輸出a=0aeh調(diào)用延時(shí)子程序延時(shí)累加器a值減1將a的值賦值給dptr輸出a=43h返回nnyy 圖14 梯形波流程圖梯形波程序： org 0000hljmp l4org 0030hmov dptr,#0ffhl4:mov a,#42hup1:inc a movx dptr,a cjne a,#0aeh,l5l5:jc up1down1:lcall delayl6:dec a movx dptr,a cjne a,#043h,l7l7:jc l4 sjmp l6delay:mov r0,#65 d:mov r1,#55 djnz r1,$ d

19、jnz r0,d ret end梯形波子程序仿真結(jié)果如下圖所示：.圖15 模擬輸出梯形波波形5. protues和keil聯(lián)調(diào)與仿真 運(yùn)用protues和keil軟件對(duì)所編寫(xiě)的主程序進(jìn)行仿真，通過(guò)protues中的模擬示波器觀察到結(jié)果仿真如下：5.1方波的仿真 當(dāng)dipsw4中第一路開(kāi)關(guān)閉合，方波所對(duì)應(yīng)的紅燈發(fā)光，同時(shí)，在模擬示波器中觀察到如下所示圖形：圖16 方波的仿真及仿真圖5.2鋸齒波的仿真當(dāng)dipsw4中第二路開(kāi)關(guān)閉合，方波所對(duì)應(yīng)的黃燈發(fā)光，同時(shí)，在模擬示波器中觀察到如下所示圖形：圖17 鋸齒波的仿真及仿真圖5.3三角波的仿真當(dāng)dipsw4中第三路開(kāi)關(guān)閉合，方波所對(duì)應(yīng)的綠燈發(fā)光，同時(shí)，

20、在模擬示波器中觀察到如下所示圖形：圖18 三角波的仿真及仿真圖5.4梯形波的仿真當(dāng)dipsw4中第四路開(kāi)關(guān)閉合，方波所對(duì)應(yīng)的藍(lán)燈發(fā)光，同時(shí)，可在模擬示波器中觀察到如下所示圖形：圖19 梯形波的仿真及仿真圖6.總結(jié)本設(shè)計(jì)的硬件電路主要是用at89c51單片機(jī)、dac0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片以及l(fā)m324集成運(yùn)放等元件組成的，軟件部分是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，能夠產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波和梯形波等波形。該波形發(fā)生器能夠在一定程度上滿足現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的需要，且相對(duì)于傳統(tǒng)的波形發(fā)生器具有波形穩(wěn)定、成本低廉、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的推廣意義。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我加深了對(duì)單片機(jī)、數(shù)字電路、模擬電路及匯編語(yǔ)言等已

21、學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力，掌握了protues和keil軟件的使用方法，熟悉了程序編寫(xiě)及調(diào)試的一般步驟，更讓我深刻地體會(huì)到了實(shí)踐是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，只有通過(guò)自己親自實(shí)踐，才能對(duì)事物有更深刻的了解。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)為我今后工作和學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。7.致謝首先衷心感謝我的指導(dǎo)老師趙發(fā)勇教授在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中給予我的認(rèn)真指導(dǎo)和熱心幫助。從選題、形成初始電路和論文初稿，一直到如今畢業(yè)論文定稿，從整個(gè)設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)到每一個(gè)細(xì)節(jié)，趙老師都非常關(guān)心，從百忙之中抽出時(shí)間來(lái)對(duì)我進(jìn)行了耐心的指導(dǎo)，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成。同時(shí)還要衷心地感謝幫助過(guò)我的同學(xué)。參考文獻(xiàn)

22、1 丁元杰.單片微機(jī)原理及應(yīng)用(第3版)m.機(jī)械工業(yè)出版社,2005.2 沈美明,溫冬嬋.ibm-pc匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)(第2版)m.清華大學(xué)出版社,2009.3 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第5版)m.高等教育出版社,20094 閻石.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第5版)m.高等教育出版社,20095 李華.mcs51系列單片實(shí)用接口技術(shù)m.北京航空航天大學(xué)出版社,1993.6 徐愛(ài)軍.單片機(jī)實(shí)用教程-基于proteus仿真m.電子工業(yè)出版社7 徐建軍.mcs-51系列單片機(jī)應(yīng)用及接口技術(shù)m.人民郵電出版社,2003.8 李秀人.電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)m.國(guó)防工業(yè)出版社,2006.9王粉花. 基于at89c205

23、1單片機(jī)的客車(chē)倒車(chē)監(jiān)視系統(tǒng)j. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2006年9期10 牛立佳. 船舶模型控制器的設(shè)計(jì)j. 大連海事大學(xué),200711 黃閩海. lm324四運(yùn)放實(shí)用電路的設(shè)計(jì)j. 福建輕紡,2002年8期附錄附錄1.單片機(jī)at89c51介紹at89c51是低電壓、高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)帶4kb fperom（可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器）和128b ram（隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器),置有通用8位中央處理器（cpu）,32個(gè)可編程i/o口線，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，1個(gè)全雙工串行通信口。p0口有兩種功能：地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線和通用i/o接口。p1口只能作為通用i/o接口。p2口可

24、以作為通用i/o接口或高8位地址總線。p3口作為通用i/o接口功能與p1口相同，此外，其更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表1 p3口引腳第二功能端口引腳第二功能p3.0rxd(串行輸入口)p3.1txd(串行輸出口)p3.2int0(外部中斷0)p3.3int1(外部中斷1)p3.4t0(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)p3.5t1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)p3.6wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)p3.7rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)時(shí)鐘振蕩器特性：xtal1和xtal2分別at89c51內(nèi)部高增益反向放大器的輸入端和輸出端，外接石英諧振器構(gòu)成自激振蕩器。也可采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，此時(shí)外部時(shí)鐘脈沖接到xtal1端

25、，xtal2端應(yīng)懸空。附錄2.dac0832芯片介紹dac0832是雙列直插式8位d/a轉(zhuǎn)換器，能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。單電源供電,在+5+15v范圍內(nèi)均可正常工作。附圖1和附圖2分別為dac0832的引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1s，滿量程誤差為1lsb，基準(zhǔn)電壓的范圍為10v，cmos工藝，低功耗20mw。21附圖1 dac0832的引腳圖 附圖2 dac0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)附圖1中其余各引腳的功能定義如下：(1) di0di7：8位的數(shù)據(jù)輸入端，di0為最低位，di7為最高位。(2) iout1：模擬電流輸出端1，當(dāng)輸入全為1時(shí)，輸出電流最大，輸入全為0時(shí)，輸出電流為0。(3) iout2：模擬電流輸出端2，其值與iout1的和為一個(gè)常數(shù)。(4) rfb：反饋電阻引出端，dac0832