波形產(chǎn)生器51單片機課設

1、成績優(yōu) 良 中 及格 不及格課 程 設 計課程名稱單片機原理及應用課題名稱波形發(fā)生器設計專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級1281班學 號姓 名朱 英指導老師周 煉2015年6月19日電氣信息學院課程設計任務書課題名稱波形發(fā)生器設計姓 名朱 英專業(yè)電氣工程及其自動化化班級1281班學號指導老師周煉課程設計時間2015年6月8日-2015年6月19日一、任務及要求設計任務： 本課題要求以MCS-51系列單片機為核心，用集成電路組成鋸齒波、方波和三角波發(fā)生器。 （1）輸出波形至少包括方波、三角波、鋸齒波；（2）頻率范圍在一定范圍內可調：（3）輸出電壓均無明顯失真；設計要求：（1）確定系統(tǒng)設計方案；（2

2、）進行系統(tǒng)的硬件設計；（3）完成應用程序設計； (4) 應用系統(tǒng)的硬件和軟件的調試。二、進度安排第一周：周一：集中布置課程設計任務和相關事宜，查資料確定系統(tǒng)總體方案。周二周三：完成硬件設計和電路連接周四周日：完成軟件設計第二周：周一周三：程序調試周四周五：設計報告撰寫。周五進行答辯和設計結果檢查。三、參考資料1、王迎旭等.單片機原理及及應用. 2版.機械工業(yè)出版社，20122、胡漢才.單片機原理及其接口技術.3版.清華大學出版社，2010.3、戴燦金.51單片機及其C語言程序設計開發(fā)實例.清華大學出版社，2010目 錄第1章 總體方案設計11.1 系統(tǒng)總體框圖設計11.2系統(tǒng)的主要性能指標22

3、.3 總體設計思路21.4元器件的選擇2第2章 硬件電路設計32.1 單片機晶振及復位電路32.2 單片機與D/A連接圖42.3 按鍵電路圖5第3章 軟件設計53.1 主程序模塊63.2 鋸齒波程序模塊63.3 三角波程序模塊83.4 方波程序模塊93.5 正弦波程序模塊10第4章 調試114.1調試步驟114.2仿真結果12第5章 總結14附 錄15附錄A：波形發(fā)生器原理圖15附錄B：程序清單16第1章 總體方案設計1.1 系統(tǒng)總體框圖設計通過查閱相關的資料，本設計采用單片機（AT89S52）和數(shù)模轉換芯片（DAC0832）實現(xiàn)波形的產(chǎn)生，波形的產(chǎn)生由程序控制，向D/A的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)

4、送數(shù)據(jù)，經(jīng)過D/A和74LS21輸出，通過兩個中斷控制不同波形的產(chǎn)生?？傮w框圖如圖1-1所示，此方案通過編程簡化了外部電路，原理簡單，容易實現(xiàn)。使用4個按鍵共同實現(xiàn)鋸齒波，三角波，方波，正弦波這四種常見波形的產(chǎn)生及幅值調節(jié)的功能。 按鈕開關單片機控制單元D/A示波器 圖1-1系統(tǒng)原理框圖1.2系統(tǒng)的主要性能指標主要功能是實現(xiàn)利用單片機AT89S52和8位D/A轉換芯片DAC0832共同實現(xiàn)鋸齒波、三角波，方波，正弦波這四種常見波形的發(fā)生，并且通過按鍵利用DAC接口實現(xiàn)波形發(fā)生器可以產(chǎn)生鋸齒波、三角波、方波和正弦波等常用標準波形。將P1.0,P1.2,P1.4和P1.6分別作為這四種波的控制位，

5、當相應的控制鍵按下后，出現(xiàn)相應的波形。1.3 總體設計思路 本次設計結合D/A和A/D轉換，用鍵盤輸入來選擇DAC0832的輸出波形，再通過ADC0832采集后在PC機上以圖形方式顯示。設計要求該波形發(fā)生器能產(chǎn)生鋸齒波、三角波、方波等形狀的波形，頻率和幅度可調。不同的波形主要是由輸入DAC0832的不同規(guī)律的數(shù)據(jù)，波形的頻率控制是通過對輸出數(shù)據(jù)的時間間隔控制。幅度是通過改變輸出數(shù)據(jù)的大小來控制的。1.4元器件的選擇用單片80C51作為系統(tǒng)的主控核心。單片機具有體積小，使用靈活的，易于人機對話和良好的數(shù)據(jù)處理，有較強的指令尋址和運算功能等優(yōu)點。且單片機功耗低，價格低廉的優(yōu)點。在8051單片機的控

6、制下，產(chǎn)生三角波，鋸齒波，方波以及正弦波，各種波形所采用的硬件接口都是一樣的，由于控制程序不同而產(chǎn)生不同的波形。 圖1-2 單片機80C51DAC0832是雙列直插式8位D/A轉換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉換。 圖1-3 單片機DAC0832第2章 硬件電路設計2.1 單片機晶振及復位電路單片機晶振電路：對于80C51一般的晶振頻率可以在1.2MHz12MHz之間選擇，這,里電容C2、C3可以對應的選擇10pF30pF。當使用89C55時晶振頻率可以提高到24MHZ。對于本設計的電容C2、C3用22pF，陶瓷電容C1位10uF，晶振選用12MHz。晶振電路如下圖2-1所示，一

7、條引腳接在XTAL1，另一條接在XTAL2。單片機的復位電路：為了防止程序執(zhí)行過程中失步或運行紊亂，此處采用了上電復位電路，電路圖如下圖所示： 圖2-1 單片機晶振及復位電路2.2 單片機與D/A連接圖 圖2-2 單片機與D/A連接圖2.3 按鍵電路圖 圖2-3 案件電路圖第3章 軟件設計此次課程設計使用的軟件為Keil uVision4和protues。3.1 主程序模塊 根據(jù)功能，系統(tǒng)軟件設計分成幾個模塊編程：主程序模塊，鋸齒波程序模塊，三角波程序模塊，正弦波程序模塊，方波程序模塊，延時程序模塊。 圖3-1 主程序流程圖 下面要實現(xiàn)的各種波形通過開關的切換過程的流程圖，按下一個開關通過P1

8、.0為0則輸出鋸齒波，,P1.2為0輸出三角波,P1.4為0輸出方波,P1.6為0輸出正弦波。 圖3-2 波形選擇流程圖3.2 鋸齒波程序模塊8051單片機的累加器A從0開始循環(huán)增量，每增量一次向DAC0832寫入一個數(shù)據(jù)，得到一個輸出電壓，這樣可以獲得一個鋸齒波。圖3-3 鋸齒波程序流程圖程序如下： MOV DPTR,#7FFFH ;DAC0832地址 ST:MOV A,#00H LOOP:MOVX DPTR,A ;啟動D/A轉換 INC A ;累加器內容加一 AJMP LOOP ; 連續(xù)輸出波形 程序從標號LOOP處執(zhí)行到指令到執(zhí)行AJMP LOOP共需5個機器周期，采用12MHZ的晶振，

9、一個機器周期為1us，則每個階梯的時間為t=5*1us,一個正向階梯波的總周期的總時間為T=255*t=1275us，即此階梯波的重復頻率為F=1/T=78HZ.由此可見，由軟件來產(chǎn)生波形，其頻率是較低的。要想提高頻率，可通過改進程序，改變這種波形的周期，可采用延時的方法，程序若如下： MOV DPTR,#7FFFH ;DAC0832地址 ST:MOV A,#00HLOOP:MOVX DPTR,A ;啟動D/A變換ACALL DELAY ;延時INC A AJMP LOOP ;連續(xù)輸出波形DELAY:MOV R4,#0FFH ；延時子程序LOOP1:MOV R5,#10HLOOP2:NOP D

10、JNZ R5,LOOP2 DJNZ R4,LOOP1 RET 在延時子程序中改變延時時間的長短，即可改變輸出波形的周期。3.3 三角波程序模塊 在以上這個正向的鋸齒波的前提下，若要獲得負向的鋸齒波只需將以上程序中的指令INCA換成指令DECA即可，如果想獲得任意起始電壓和終止電壓的波形，則需先確定起始電壓和終止電壓所對應的數(shù)字。 程序中首先從起始電壓對應的數(shù)字量開始輸出，當達到終止電壓對應的數(shù)字量時返回，如此反復。將正向鋸齒波與負向鋸齒波組合起來就可以獲得三角波。圖3-4 三角波程序流程圖三角波程序如下： MOV DPTR,#7FFFH ;DAC0832地址TRI: MOV A,#00H ;三

11、角波UP: MOVX DPTR,A ;啟動D/A轉換 INC A ;上升沿 CJNE A,#0FFH,UPDOWN: MOVX DPTR,A ;啟動D/A轉換 DEC A ;下降沿 CJNE A,#00H,DOWN AJMP UP ;連續(xù)輸出波形3.4 方波程序模塊方波信號也是波形發(fā)生器中常用的一種信號，下面的程序可以從DAC的輸出端得到矩形波，當延時子程序DELAY1與DELAY2的延時時間大體相同時即為方波，改變延時時間可得到不同占空比的矩形波，上限電平及上限電平對應的數(shù)字量可用前面講過的方法獲得。 圖3-5 方波程序流程圖程序如下：MOV DPTR,#7FFFH ;DAC0832地址SQ

12、: MOV A,#LOW ;取低電平數(shù)字量 MOVX DPTR,A ;DAC輸出低電平 ACALL DELAY1 ;延時1 MOV A,#HIGH MOVX DPTR,A ;DAC輸出高電平 ACALL DELAY2 ;延時2 AJMP SQ ;連續(xù)輸出波形 以上程序中未列出延時子程序，可仿照前面鋸齒波中的延時子程序編寫。3.5 正弦波程序模塊計算0Pi/2區(qū)間N/4個離散的正弦值，根據(jù)對稱關系，復制Pi/2 Pi區(qū)間的值，將0Pi區(qū)間各點根據(jù)求補即得Pi2Pi區(qū)間各值，將得到的這些數(shù)據(jù)根據(jù)所用DAC的位數(shù)進行量化，得到相應的數(shù)字值，正弦波波形通過查表指令得出。程序太長，見附錄。 圖3-6 正

13、弦波程序流程圖第4章 調試4.1調試步驟1）輸入源程序輸入源程序時，應以西文方式輸入字母和符號，且中文注釋前要加分號。2）對源程序進行匯編和糾錯 根據(jù)自動匯編提供的錯誤信息逐條糾正錯誤，直至匯編信息提示無誤。 3）確定調試方案在調試程序前認真分析源程序，確定各功能程序運行的預期結果。然后結合源程序應達到的結果，通過某些關鍵參數(shù)和實驗現(xiàn)象檢驗程序運行結果正確與否。并針對具體的分析和觀察對象選擇較合適的調試方法。如單步運行、跟蹤運行、連續(xù)運行、快速運行至光標處、設置斷點等調試方法。 4）調試程序 調試子程序。由于程序比較多，整體調試不容易發(fā)現(xiàn)和改正錯誤，故采取子程序調試的方法，但要明確子程序的具體

14、功能。例如：調試顯示子程序時，只將顯示子程序進行匯編，確認無誤后單步執(zhí)行，觀察CPU窗口和DATA窗口以及CODE窗口相應單元的變化是否跟預期的一樣。如果有問題找出問題所在。采取各個擊破的方法調試好各個子程序。確定各子程序無誤后，再調試完整的程序，要注意各子程序之間的銜接以及和主程序之間的調用和返回。運行后，觀察有無顯示,顯示的變化過程是否正確。若運行結果不正確，首先應根據(jù)程序運行的實際現(xiàn)象分析判斷哪些因素可引起相關故障，再通過調試方法逐一認證和排除。通過反復調試，發(fā)現(xiàn)并排除軟件與硬件存在的各類問題，以滿足系統(tǒng)設計的預期目的。 4.2仿真結果1） 鋸齒波仿真圖圖4-1 鋸齒波仿真2）三角波仿真

15、圖圖4-2 三角波仿真3） 方波仿真圖圖4-3 方波的仿真4）正弦波仿真圖圖4-4 正弦波的仿真第5章 總結 兩周的課程設計很快就這樣過去了，經(jīng)過此課程設計已經(jīng)了解了DAC0832的基本的功能的實現(xiàn)和開關的操作。在這次的軟件設計中，程序設計采用的是匯編語言。匯編語言具有速度快，可以直接對硬件進行操作的優(yōu)點，它可以極好的發(fā)揮硬件的功能。但是匯編語言也存在編寫的代碼非常難懂，不好維護，難于調試的缺點。因此，在大型程序的設計中，多采用C語言進行程序編譯。C語言簡潔高效，是最貼近硬件的高級編程語言，現(xiàn)在單片機產(chǎn)品推出時紛紛配套了C語言編譯器，應用廣泛。不過就本次課程設計來說，匯編語言還是適用的。在這次

16、的硬件設計中，我遇到了一些問題，當我把電路搭建好以后，用PROTEUS去仿真，可是在電腦上無法仿真，發(fā)現(xiàn)電腦的系統(tǒng)有問題，經(jīng)過重裝系統(tǒng)得以解決為。在調試程序前，一定要預先將源程序分析透徹，在此基礎上訓練如何通過實驗現(xiàn)象分析和判斷產(chǎn)生故障的原因及故障可能存在的大致范圍；靈活運用開發(fā)系統(tǒng)所提供的各種調試方法，快速有效地排查和縮小故障范圍。通過反復調試，不斷地分析和排除故障，調試軟件和硬件的能力及速度。調試程序時，要結合能反映故障存在與否的參數(shù)變化、運行路徑變化、顯示內容變化等，選擇合適的觀測點和觀測對象，再運用適當?shù)恼{試方法，快速地檢驗調試結果，由此分析和判斷故障點?？傮w來說，這次單片機的課程設計

17、使我受益匪淺。在摸索該如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設計思維，增加了實際操作能力。在讓我體會到了設計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。最后，在實習之后，我們了解到，在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在實習過程中遇到問題是很正常的，但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。但是從中學到的知識會讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實踐能力提高

18、都會受益于我在以后的學習、工作和生活中。附 錄附錄A：波形發(fā)生器原理圖附錄B：程序清單ORG 0000HSTART:LJMP MAINORG 0003H ;外部中斷 入口LJMP INSER ;轉到中斷服務程序ORG 0030HMAIN:MOV DPTR,#7FFFH ;DAC0832地址SETB EX0 ;允許 中斷 SETB IT0 ;負邊沿觸發(fā)方式 SETB EA ;開中斷HERE: JB 20H.0,ST ;階梯波處理JB 20H.1,TRI ;三角波處理JB 20H.2,SQ ;方波處理JB 20H.3,SIN ;正弦波處理SJMP HERE ;等待中斷INSER:JNB P1.0,

19、 LL1 ;中斷服務程序，查詢按鍵SJMP L1LL1: MOV 20H,#00H SETB 20H.0 ;設置階梯波標志SJMP RTL1: JNB P1.2, LL2SJMP L2LL2: MOV 20H,#00HSETB 20H.1 ;設三角梯波標志 SJMP RTL2: JNB P1.4, LL3SJMP L3LL3: MOV 20H,#00HSETB 20H.2 ;設置方波標志 SJMP RTL3: JNB P1.6, LL4SJMP RTLL4: MOV 20H,#00HSETB 20H.3 ;設置正弦波標志 RT: RETI ;中斷返回ST: MOV A,#00H ;階梯波LOO

20、PP: MOVX DPTR,A ;啟動D/A轉換 INC A JB 20H.0,LOOPP ;連續(xù)輸出波形 LJMP HERE TRI: MOV A,#00H ;三角波UP: MOVX DPTR,A ;啟動D/A轉換 INC A ;上升沿nopnop CJNE A,#0FFH,UPDOWN: MOVX DPTR,A ;啟動D/A轉換 DEC A ;下降沿 CJNE A,#00H,DOWN JB 20H.1, UP ;連續(xù)輸出波形 LJMP HERESQ: MOV A,#00H ;方波 MOVX DPTR,A ;DAC輸出低電平 ACALL DELAY ;延時1 MOV A,#0FFH MOVX

21、 DPTR,A ;DAC輸出高電平 ACALL DELAY ;延時2 JB 20H.2, SQ ;連續(xù)輸出波形 LJMP HERESIN: MOV DPTR,#SINTAB ;正弦波MOV R0,#6DHLOOP: CLR AMOVC A,A+DPTRMOV R0,AINC DPTRINC R0CJNE R0,#80H,LOOPMOV DPTR,#7FFFH ;DAC0832端口地址MOV R0,#6DHLOOP1: MOV A,R0 ;取得第一個1/4周期的數(shù)據(jù)MOVX DPTR,A ;送往DAC0832INC R0CJNE R0,#7FH,LOOP1LOOP2: MOV A,R0 ;取得第二