波形發(fā)生器設(shè)計(jì)——按鍵控制頻率

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱 波形發(fā)生器設(shè)計(jì)按鍵控制頻率 學(xué) 院 _ 專 業(yè) _ 班 級 學(xué) 號 _ 姓 名 _ 指導(dǎo)教師_ 定稿日期： 2014 年 6月20日目錄一內(nèi)容摘要2二設(shè)計(jì)目的和要求22.1 設(shè)計(jì)目的22.2 設(shè)計(jì)要求2三系統(tǒng)方案23.1 設(shè)計(jì)思路23.2 DAC0832芯片33.2.1 DAC0832主要特性33.2.2 DAC0832引腳43.2.3 DAC0832內(nèi)部框圖53.3 系統(tǒng)框圖6四系統(tǒng)調(diào)試64.1使用的主要儀器64.2 實(shí)驗(yàn)步驟64.2.1 設(shè)計(jì)方法硬件設(shè)計(jì)64.2.2 設(shè)計(jì)方法軟件設(shè)計(jì)74.3 測試數(shù)據(jù)及波形分析84.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟84.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果94.4 故障

2、分析10五答辯題目及回答10六課程設(shè)計(jì)體會10參考文獻(xiàn)12一內(nèi)容摘要單片機(jī)（Single chip microcomputer）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。單片機(jī)（Single chip microcomputer）微型計(jì)算機(jī)簡稱單片

3、機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）， 常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。二設(shè)計(jì)目的和要求2.1 設(shè)計(jì)目的（1）掌握DAC0832與PC機(jī)的接口方法。 （2）掌握D

4、/A轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法。2.2 設(shè)計(jì)要求利用DAC0832產(chǎn)生鋸齒波。在矩形按鍵中任選三個鍵作為按鍵“1”，“2”，“3”。按“1”鍵頻率為100HZ；按“2”鍵頻率變?yōu)?50HZ；按“3”鍵頻率為200HZ。用示波器觀察輸出。三系統(tǒng)方案3.1 設(shè)計(jì)思路1.首先對于本次課題：波形發(fā)生器設(shè)計(jì)按鍵控制頻率而言，需要對產(chǎn)生鋸齒波形進(jìn)行程序上的編寫 2.當(dāng)鋸齒波形圖在keil軟件以及示波器中正確顯示后，通過調(diào)節(jié)程序代碼中的不同延時子程序來控制延時的長短，從而達(dá)到調(diào)整實(shí)驗(yàn)中鋸齒波形相對應(yīng)“100Hz”、“150Hz”和“200Hz”的頻率輸出結(jié)果。 3.程序中必須設(shè)置3個不同延時子程序來控制延時的長短

5、，每個子程序?qū)?yīng)于不同頻率的鋸齒波形圖。 4.程序中設(shè)置按鍵程序（SWITCH語句），當(dāng)對應(yīng)按鍵按下時實(shí)現(xiàn)不同頻率鋸齒波的輸出。 5.最后利用DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換口進(jìn)行結(jié)果的輸出操作，其中鋸齒波形圖參見示波器的連接顯示。 3.2 DAC0832芯片DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。DAC0832引腳功能電路應(yīng)用原理圖DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存

6、器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。所以這個芯片的應(yīng)用很廣泛,關(guān)于DAC0832應(yīng)用的一些重要資料見下圖： D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機(jī)電路連接。3.2.1 DAC0832主要特性（1）分辨率：為8位，邏輯電平與TTL兼容。（2）電流穩(wěn)定時間：1us。（3）參考電壓工作范圍：-10V+10V。 （4）可單緩沖、雙緩沖或

7、直接數(shù)字輸出。（5）只需在滿量程下調(diào)整其線性度；（6）單一電源供電（+5V+15V）；（7）低功耗：200mW。3.2.2 DAC0832引腳圖3.2.1 DAC0832引腳圖DAC0832引腳功能如下： D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)； ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效； CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效，CS與ILE信號結(jié)合，可控制WR1是否起作用。 WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)

8、據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存； WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR2、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效,用來控制WR2，選通DAC寄存器。 IOUT1：DAC電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化； IOUT2：DAC電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)； RFB：反饋信號輸入線，改變RFB端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度，

9、為DAC提供電壓輸出； VCC：電源輸入端，VCC的范圍為+5V+15V； VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V，通過它將外加高精度電壓源與內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)連接； AGND：模擬信號地； DGND：數(shù)字信號地3.2.3 DAC0832內(nèi)部框圖圖 3.2.2 DAC0832邏輯框圖DAC0832轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部框圖如圖3.2.2所示，是由一個輸入寄存器、DAC寄存器和DA轉(zhuǎn)換器組成的。DAC0832為電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，實(shí)際應(yīng)用中可以通過外接運(yùn)算放大器將電流轉(zhuǎn)換為電壓。DAC0832是典型的帶內(nèi)部雙緩數(shù)據(jù)緩沖器的8位D/A芯片，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)ILE=1時，寄存器輸出隨

10、著輸入變化；當(dāng)ILE=0時，數(shù)據(jù)鎖存在寄存器中，不再隨數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)的變化而變化；當(dāng)ILE端為高電平，CS與WR1同時為低電平時，使得LE1=1；當(dāng)XFER與WR2同時為低電平時，使得LE2=1，DAC寄存器的輸出隨著寄存器的輸入變化，WR2沿將輸入寄存器的信息鎖存在該寄存器中，RFB為外部運(yùn)算放大器提供的反饋電阻。VREF端是由外電路為芯片提供一個-1010V的基準(zhǔn)電源。IOUT1和IOUT2為電流的輸出端，兩者之和為一個常數(shù)。3.3 系統(tǒng)框圖圖3.3.1 系統(tǒng)框圖調(diào)試過程的順序是：首先硬件的調(diào)試，要先檢查電路的邏輯線路是否正確，如果正確再檢查原理圖的線路連接是否正確，電路的布局安排是否合理等

11、。其次軟件的調(diào)試需要檢查程序的語法是否正確，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)安排是否妥當(dāng)，時序是否正確，整體流程安排是否合理等。只有硬件調(diào)試和軟件調(diào)試分別檢查妥當(dāng)后，才可以進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試最關(guān)鍵的一步，即軟硬件的協(xié)同調(diào)試。四系統(tǒng)調(diào)試4.1使用的主要儀器DS5022ME示波器，XL2000MCU單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，連接線若干4.2 實(shí)驗(yàn)步驟4.2.1 設(shè)計(jì)方法硬件設(shè)計(jì)A.電路原理圖圖4.2.1 電路原理圖B.電路原理圖說明連線過程： 1.CS-片選位連接P2.72.WR-寫入位連接P3.43.DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接輸出 4.按鍵J37連接89C51 P1端口 5.連接于電腦4.2.2 設(shè)計(jì)方法軟件設(shè)計(jì)A.程序流程圖B.源程

12、序11#include<reg51.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define DATA P0 #define KEY P1 sbit wr=P34; sbit cs=P27; void delay1() uchar i,j; cs=0; wr=0; for(i=0;i<255;i+) DATA=i; for(j=0;j<10;j+); void delay2() uchar i,j; cs=0; wr=0;for(i=0;i<255;i+) DATA=i; for(j=0;j&

13、lt;5;j+); void delay3() uchar i,j; cs=0; wr=0; for(i=0;i<255;i+) DATA=i; for(j=0;j<3;j+); void main() switch(KEY) case 0xfd: delay1(); break; case 0xfb:delay2(); break; case 0xf7: delay3(); break; 4.3 測試數(shù)據(jù)及波形分析4.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟1.了解課題：波形發(fā)生器設(shè)計(jì)按鍵控制頻率相關(guān)信息以及所用到的課設(shè)知識。 2.軟件設(shè)計(jì)： （1）編寫波形圖鋸齒波程序代碼； （2）編寫3個不同頻率的延

14、時子函數(shù)代碼控制編寫不同鋸齒波輸出。 （3）編寫主程序main（）函數(shù)的不同頻率相對應(yīng)的3個按鍵控制。 3.硬件設(shè)計(jì)： 連接線路于XL2000MCU單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，本實(shí)驗(yàn)連線過程： （1）CS-片選位連接P2.7（2） WR-寫入位連接P3.4（3） DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接輸出 （4）按鍵J37連接89C51 P1端口 （5）連接于電腦4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖4.3.1（1） 頻率99HZ鋸齒波圖4.3.1(2) 頻率159HZ鋸齒波圖4.3.1(3) 頻率211HZ鋸齒波4.4 故障分析本次對于課題：波形發(fā)生器設(shè)計(jì)按鍵控制頻率的課程設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生了很多的問題： 1.硬件： 儀器客觀問題，導(dǎo)致波形圖遲遲不出現(xiàn)。 解決：反復(fù)替換儀器，進(jìn)行嘗試。 2.軟件： 程序編程代碼出錯。對3個