脈沖參數(shù)測量與波形發(fā)生器

1、電子與信息工程學(xué)院計算機控制技術(shù)課程設(shè)計報告課題名稱脈沖參數(shù)測量及波形發(fā)生器設(shè)計 專業(yè)電子信息工程 班級08電子2 班學(xué)生姓名 錢佳亮學(xué)號08205010230指導(dǎo)教師 花海安2011年7月6日課題：脈沖參數(shù)測量及波形發(fā)生器設(shè)計1、課題目的（1）掌握用計數(shù)器測量脈沖參數(shù)的方法。（2）設(shè)計一個脈沖參數(shù)測量的控制系統(tǒng)。（3）掌握用D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計一簡易波形發(fā)生器。2、設(shè)計說明（1）要求能測量方波信號的頻率。測量頻率范圍 0-10KHZ。測量結(jié)果顯示在5為LED顯示器上，顯示方法為靜態(tài)，以 Hz單位。（2）使用定 時器產(chǎn)生與輸入頻率相同的方波信號，用示波器觀察輸出的方波信號和輸入的方波 信號頻率是否

2、一致，若不一致，分析原因，找出解決辦法。（3）具有測量矩形波信號的占空比的功能，顯示 XX.X%。（4）具有輸出矩形波、鋸齒波、三角波、梯形波的波形輸出（頻率固定，均 為1 KHz ）。（ 5所有參數(shù)的測量及波形輸出均使用開關(guān)切換。3、設(shè)計要求（1）方案論證按系統(tǒng)功能實現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，選擇芯片，作出系統(tǒng)框圖。（2）硬件電路設(shè)計根據(jù)設(shè)計內(nèi)容設(shè)計出硬件電路圖作出詳細的設(shè)計說明，并繪制出電路圖（3）系統(tǒng)程序設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法，畫出程序流程框圖，用匯編語言或C語言編寫相應(yīng)的控制程序。4、總結(jié)報告寫出完成整個設(shè)計的詳細步驟和系統(tǒng)性能分析。I脈沖信號參數(shù)測量儀1、總體方案介紹1、1脈沖

3、寬度測量利用定時器的門控信號GATE進行控制可以實現(xiàn)脈沖寬度的測量。對定時器TO來講，如果GATE=0，必須使軟件控制位TR0=1，且INTO為高電平方可啟動定T0,即定時器TO的啟動要受外部中斷請求信號INTO的影響。利用此特點， 被測脈沖信號從INTO端引入，其上升沿啟動TO計數(shù)，下降沿停止TO計數(shù)。定時 器的計數(shù)值乘以機器周期即為脈沖寬度。下圖中給出了脈沖寬度測量的原理圖。圖1脈寬測量1、2擴展測量范圍上述系統(tǒng)被測脈沖寬度范圍最大為 65535us，擴展計數(shù)器的位數(shù)可提高脈沖寬 度的測量范圍。另外，由于單片機時鐘頻率有限，測量結(jié)果會有一定誤差。如果將 N次測量的平均值作為測量結(jié)果，可以提

4、高測量精度。圖2給出了一個提高測量精 度的改進方案，令定時器 TO工作在方式1定時，GATE=1，用COUNT單元， COUNT+1單元即定時器TO的計數(shù)單元TH0和TLO組成一個32位的計數(shù)器對脈 沖寬度進行測量。1、3脈沖頻率測量頻率測量實際上就是在1s內(nèi)對脈沖個數(shù)進行計數(shù)，計數(shù)值就是信號頻率。利 用圖1給出的電路可以實現(xiàn)脈沖信號的頻率測量。令定時器TO工作在方式1,得到50ms的定時間隔，再進行軟件計數(shù)20次，形成一個1s的測量閘門信號，在測 量閘門信號期間響應(yīng)INTO中斷，對脈沖信號的頻率計數(shù)，計數(shù)值存入 COUNT和 COUNT+1單元，計數(shù)值通過5位靜態(tài)數(shù)碼管顯示出來。2、硬件設(shè)計

5、在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，為了便于對 LED顯示器進行管理，需要建立一個顯示 緩沖區(qū)。顯示緩沖區(qū) DISBUF是片內(nèi)RAM的一個區(qū)域，占用片內(nèi) RAM 的7OH至 75H單元，它的作用是存放要顯示的字符，其長度與LED的位數(shù)相同。顯示程序的任務(wù)是把顯示緩沖區(qū)中待顯示的字符送往LED顯示器顯示。在進行動態(tài)掃描顯示時，從DISBUF中依次取出待顯示的字符，采用查表的方法得到其對應(yīng)的字形 代碼，逐個點亮各位數(shù)碼管，每位顯示 1ms左右，即可使各位數(shù)碼管顯示要顯示 的字符。T1工作在方式1計數(shù)，作為測量脈沖個數(shù)的計數(shù)器，當 T1計數(shù)256個脈沖 時，停止T0的測量過程，此時COUNT、COUNT+1和TH0

6、單元便是256次測量 的平均值，測量結(jié)果為24位，既可以擴展測量范圍，又能改善測量精度。圖6中的P2.7端口用于控制被測脈沖的極性，當 P2.7=0時，測量被測信號的正脈沖寬 度；當P2.7=1時測量被測信號的負脈沖寬度。如下圖所示CAPtCAP欣3M7ETAL1P0.1P130TQn/3、軟件設(shè)計(1) 禾U用定時器的門控信號 GATE進行控制可以實現(xiàn)脈沖寬度的測量；(2) 于單片機時鐘頻率有限，測量結(jié)果會有一定誤差。如果將 N次測量的平 均值作為測量結(jié)果，可以提高測量精度；(3) 頻率測量實際上就是在1s內(nèi)對脈沖個數(shù)進行計數(shù)，計數(shù)值就是信號頻 率。DISPLAY圖2顯示子程序DISPLAY

7、的流程圖4、總結(jié)本文介紹了單片機循環(huán)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括方案的選擇確定、原理的闡述、硬件及軟件的構(gòu)成。通過這次單片機課程設(shè)計，使我將課堂上弄不懂的抽象 的程序有了感性的認識，也使我加深了對單片機程序的理解，更重要的是我能將上 課老師所講的知識與具體的實際中應(yīng)用的程序連接起來以及我對CAD、visio繪圖軟件以及其它相關(guān)的畫圖軟件的具體操作方法有了深刻的認識與理解，提高了我的 動手與思考能力。在編程序的過程中遇到了很多課堂上沒理解的知識，通過大量書 籍的查閱以及老師同學(xué)們的幫助，這些問題很快就迎刃而解了。在繪圖的過程中由 于以前從來沒有接觸過這些東西，所以我面臨了從零學(xué)起的巨大挑戰(zhàn)，但在同學(xué)們

8、 的熱心幫助下，我終于將這些難題一一化解掉了。單片機設(shè)計總的來講說對我們這 些沒經(jīng)歷過實踐檢驗的學(xué)生來說是很有挑戰(zhàn)的，因為他不同于課堂，但是現(xiàn)在回想 起來還是苦中有甜的。5、參考文獻1李華，單片機原理及應(yīng)用，蘭州大學(xué)出版社，2001 2李建忠，單片機原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，20043馮育長，單片機系統(tǒng)設(shè)計與實例分析，西安電子科技大學(xué)出版社，2007n基于單片機的多波形發(fā)生器設(shè)計1.總體設(shè)計圖1.1所示是基于單片機的多波形發(fā)生器的總體設(shè)計流程圖。圖1.1總體設(shè)計流程圖1、1總體設(shè)計功能說明：根據(jù)設(shè)計要求，分析得本次設(shè)計需要硬件和軟件兩部分。硬件上，如圖。鍵盤輸入部分主要用于選擇波形。

9、鍵盤共設(shè)4個鍵，用于選擇三角波、矩形波、鋸齒波、正弦波 4種不同的波形，。89C51單片機用來執(zhí)行某一 波形發(fā)生程序，向D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端發(fā)送數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化成模擬量，并通過 運算放大器調(diào)節(jié)波形的幅值，經(jīng)過濾波器的濾波，從而在輸出端得到所需的波形。軟件上，如圖?？捎捎布O(shè)計好后，再根據(jù)要求進行具體編寫。程序的主要功 能是：首先程序在開始后，先判斷 P0.0，P0.1，P0.2相應(yīng)的波形,然后根據(jù)選擇的波形輸出相應(yīng)的波形程序?qū)⒏鶕?jù)要求進行調(diào)節(jié)波形再下一步程序再判斷用戶繼續(xù) 從鍵盤輸入要輸出的波形，可以進行必要的延遲。1、2總體電路圖如下所示：PO. 0-P0. 7圖1.2總體電路圖1、3總體程序

10、流程圖如下所示:圖1.3總體程序流程圖1、4硬件濾波電路圖1.4濾波電路圖由圖知，截止頻率 w0 =w =1/RC,即卩f =1/2pRC，再根據(jù)公式Q=Rf/(2Rf-R2及R f / R2=2R可算出Rf及R2的值。1、5時鐘電路和復(fù)位電路單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準；復(fù)位操作則使單 片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。1、5、1時鐘電路單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式30pfC330pf_Y1I 112M圖1.5時鐘部分電路圖在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器或陶瓷諧振蕩器，構(gòu)成了內(nèi)部振蕩 方式。由于單片機

11、內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自積振 蕩，并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶振通常選用 6MHZ、12MHZ、或24MHZ。單片機的時序單位振蕩周期：晶振的振蕩周期，又稱時鐘周期，為最小的時序單位。狀態(tài)周期:振蕩頻率經(jīng)單片機內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi)CPU的時鐘周期。因此一個狀態(tài)周期包含2個振蕩周期。機器周期：1個機器周期由6個狀態(tài)周期12個振蕩周期組成，是計算機執(zhí)行一 種基本操作的時間單位。指令周期:執(zhí)行一條指令所需的時間。一個指令周期由1-4個機器周期組成，依據(jù)指令不同而不同1、5、2單片機的復(fù)位狀態(tài)當MCS-5I系列單片機的復(fù)位引腳 RST（全稱RESET出現(xiàn)2個機器周期以上的

12、 高電平時，根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開 關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上電或開關(guān)復(fù)位要求電源 接通后，單片機自動復(fù)位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復(fù) 位。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使 RST持續(xù)一段時間的高電 平。當單片機已在運行當中時，按下復(fù)位鍵 K后松開，也能使RST為一段時間的 高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。C230pf丄Y1匚二I12MC330pfVCC丁CJII10U圖1.6復(fù)位電路單片機的復(fù)位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC二0000H，這表明程序從0000H地址單元

13、開始執(zhí)行。單片機冷啟動后，片內(nèi) RAM為 隨機值，運行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值統(tǒng)復(fù)位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默 認的硬件狀態(tài)下。51單片機的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相 接超過24個振蕩周期后，51單片機即進入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查 EA引腳是高電平或低電平，若 為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。51單片機在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的 些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部 RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。1、6顯示電路當前輸

14、出波形的種類、幅值和頻率需要顯示出來。由于單片機的串行不作它用，可用它接8片串入并出移位寄存器來擴展 8位7段LED顯示器，L1L4用于 顯示輸出波形的頻率；L5L7用于顯示輸出波形的幅值，L6的小數(shù)點接+5V，常 亮，則可顯示0.0V到10.0V ； L8用于顯示波形的種類，1表示正弦波，2表示方 波，3表示三角波，4表示鋸齒波，如圖1.7。7LEDTLEE1K1J飾：1 H9TUT*1 -1cU疋!D4C1»0E1TH71 TH-Li*tSi1r兀F圖1.7顯示電路1、8 D/A轉(zhuǎn)換器與單片機的接口電路在本設(shè)計中選用DAC0832的單緩沖工作方式，它與單片機 AT89C51的接口

15、 電路如圖1.8所示圖1.8 DAC0832與單片機 AT89C51的接口電路按應(yīng)用要求的不同，DAC0832可以接成單極性電壓輸出和雙極性電壓輸出， 當數(shù)字量在00 FF范圍時，電壓輸出量若為0 +xV或0-XV，這種輸出方式稱 為單極性電壓輸出方式；若電壓的輸出為-xV-+xV,則為雙極性電壓輸出方式。本課題 根據(jù)實際要求選擇IC3為單極性輸出和IC4為雙極性電壓輸出。2、主要芯片介紹2、1 AT89C51 單片機(»I»P3. orn0iF3. lj avrp". 2| 0 vr>ps. jao>pj, j j(THP1 S| 麗 P3.6VDL

16、gITAL113A?e»C5lvccPO. C； f (UQpo. i/ou>np札和iwhF0.4/tAW>FO. 5/tM>5)PU.tj'P(k 7/ (AU7> £a/vp?PSEJIPh 7/CAI 5)Pl, 6/ UM) P2.5/at 1)P2.4HI2)PJ. 3/ UIUP2.2/A1OJPI.1/U91Pz."腳圖2.1 8051引腳圖如果按功能劃分，它由8個部件組成，即微處理器（CPU ）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM ）、程序存儲器（ROM/EPROM ）、I/O 口（ P0 口、P1 口、P2 口、P3 口）、串行

17、口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR ）的集中控制 方式。各功能部件的介紹：1）數(shù)據(jù)存儲器（RAM ）:片內(nèi)為128個字節(jié)單元，片外最多可擴展至 64K 字節(jié)。2）程序存儲器（ROM/EPROM ）： ROM為4K，片外最多可擴展至 64K。3）中斷系統(tǒng)：具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。4）定時器/計數(shù)器：2個16位的定時器/計數(shù)器，具有四種工作方式。5）串行口： 1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。6）特殊功能寄存器（SFR ）共有21個，用于對片內(nèi)各功能模塊進行管理、監(jiān) 控、監(jiān)視7）微處理器：為8位CPU，且內(nèi)含一個1位CPU （位處理器），不僅可處 理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進

18、行位變量的處理。8）四個8位雙向并行的I/O端口，每個端口都包括一個鎖存器、一個輸出驅(qū) 動器和一個輸入緩沖器。這四個端口的功能不完全相同。A、P0 口既可作一般I/O端口使用，又可作地址/數(shù)據(jù)總線使用；B、 P1 口是一個準雙向并行口，作通用并行I/O 口使用；C、P2 口除了可作為通用I/O使用外，還可在CPU訪問外部存儲器時作高八 位地址線使用；D、P3 口是一個多功能口除具有準雙向I/O功能外，還具有第二功能?？刂埔_介紹：1）電源：單片機使用的是5V電源，其中正極接40引腳，負極（地）接20 引腳。2）時鐘引腳XTAL1、XTAL2時鐘引腳外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成了振 蕩器，它提供

19、單片機的時鐘控制信號。時鐘引腳也可外接晶體振蕩器。振蒎電路：單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片 機內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器3）RST :當振蕩器運行時，在此引腳外加上兩個機器周期的高電平將使單片 機復(fù)位（RST ）。我們在此引腳與 VCC之間連接一個約8.2千歐的下拉電阻，與 引腳之間連接一個約10微法的電容，以保證可靠復(fù)位。在單片機正常工作時，此 引腳應(yīng)為0 5V低電平。4）ALE :當訪問單片機外部存儲器時 ALE （地址鎖存允許）輸出脈沖的負跳沿用于16位地址的底8位的鎖存信號。即使不訪問外部鎖存器，ALE端仍有正 脈沖信號輸出，此頻率約為時鐘振蕩器的

20、1/6。但是每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 在兩個機器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個 ALE脈沖。因此，嚴格來說，用 戶不能用ALE做時鐘源或定時。ALE端可以驅(qū)動8個TTL負載5）/PSEN（ 29腳）：此腳的輸出是單片機訪問外部程序存儲器的讀選通信號。在由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期PSEN兩次有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號不出現(xiàn)。/PSEN可以驅(qū)動（吸收或者輸出電平）8個LSTTL負載。6）/EA/VPP（31腳）：當EA端保持高電平時，單片機訪問內(nèi)部存儲器，但在PC值超過OFFFH時，講自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部存儲器內(nèi)的程序。當/EA

21、保持低電平 時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部存儲器。2、2 DAC0832 芯片岳一回1 1MV£CILEAGMD VRjDACxmt% D1 F G,D<i-,巧也710 11Wi圖2.2 DAC0832芯片圖DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器。DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過一個外接的運算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。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的引腳功能如下：D0D7:

22、數(shù)字信號輸入端。ILE :輸入寄存器允許，高電平有效。CS :片選信號，低電平有效。WR1 :寫信號1,低電平有效。XFER :傳送控制信號，低電平有效。WR2:寫信號2,低電平有效。I0UT1、IOUT2 : DAC 電流輸出端。RfB :是集成在片內(nèi)的外接運放的反饋電阻。VREF :基準電壓（-1010V）。Vcc :是源電壓（+5+15V ）。AGND :模擬地NGND :數(shù)字地，可與 AGND接在一起使用。3、波形產(chǎn)生程序3、1正弦波的產(chǎn)生程序正弦波產(chǎn)生程序流程圖如圖3.1A反譽豪電反出/時閩擁略亍圖3.1正弦波產(chǎn)生程序流程圖3、2三角波的產(chǎn)生程序三角波產(chǎn)生程序流程圖如圖3.2圖3.2三角波產(chǎn)生程序流程圖3、3鋸齒波的產(chǎn)生程序鋸齒波產(chǎn)生程序流程圖如圖3.3*查袁輸出推向下一+點圖3.3鋸齒波產(chǎn)生程序流程圖3、4方波的產(chǎn)生程序方波產(chǎn)生程序流程圖如圖3.4圖3.4方波產(chǎn)生程序流程圖3、5顯示程序圖3.5系統(tǒng)總程序流程圖6設(shè)計總結(jié)小結(jié)：本設(shè)