波形發(fā)生器的設計參考模板

1、波形發(fā)生器設計設計總說明各種各樣的信號是通信領域的重要組成部分，其中正弦波、鋸齒波、三角波和方波等是較為常見的信號。在科學研究及教學實驗中常常需要這幾種信號的發(fā)生裝置。為了實驗、研究方便，研制一種靈活適用、功能齊全、使用方便的信號源是十分必要的。本文介紹的是利用AT89C51單片機和數(shù)模轉換器件DAC0832產(chǎn)生所需不同信號的低頻信號源。文中簡要介紹了DAC0832數(shù)模轉換器的結構原理和使用方法，AT89C51的基礎理論，以及與設計電路有關的各種芯片。根據(jù)對畢業(yè)生設計的要求，文中著重介紹了利用單片機控制D/A轉換器產(chǎn)生上述信號的硬件電路和軟件編程。信號頻率幅度也按要求可調。本次產(chǎn)生不同低頻信號

2、的信號源的設計方案，不僅在理論和實踐上都能滿足實驗的要求，而且具有很強的可行性。該信號源的特點是：體積小、價格低廉、性能穩(wěn)定、實現(xiàn)方便、功能齊全。關鍵詞：單片機 AT89C51 DAC0832 波形發(fā)生器1 / 30目錄1 緒論12 系統(tǒng)設計22.1信號發(fā)生電路方案論證22.1.1 單片機的選擇論證22.1.2鍵盤方案論證32.1.3總體系統(tǒng)設計32.2硬件實現(xiàn)及單元電路設計42.2.1單片機最小系統(tǒng)的設計52.2.2 波形產(chǎn)生模塊設計62.2.3鍵盤顯示模塊的設計72.3系統(tǒng)軟件設計82.3.1主程序：82.3.2鋸齒波的實現(xiàn)過程102.3.3三角波的實現(xiàn)過程112.3.4方波的實現(xiàn)過程13

3、2.3.5正弦波的實現(xiàn)過程15結論18致謝19參考文獻20附錄21 1 緒論波形發(fā)生器也稱函數(shù)發(fā)生器，作為實驗信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設計應用中必不可少的儀器設備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒波，正弦波，方波，三角波等波形。信號發(fā)生器作為一種常見的應用電子儀器設備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路經(jīng)之一，不用依靠單片機。但是這種電路存在波形質量差，控制難，可調范圍小，電路復雜和體積大等缺點。在科學研究和生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學，地震模擬機械振動等領域常常要用到低頻

4、信號源。而由硬件電路構成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所需的RC很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是致命的弱點。一旦工作需求功能有增加，則電路復雜程度會大大增加。2 系統(tǒng)設計經(jīng)過考慮，我們確定方案如下：利用AT89C52單片機采用程序設計方法產(chǎn)生鋸齒波、三角波、正弦波、方波四種波形，再通過D/A轉換器DAC0832將數(shù)字信號轉換成模擬信號，濾波放大，最終由示波器顯示出來，通過鍵盤來控制四種波形的類型選擇、頻率變化，最終輸出顯示其各自的類型以及數(shù)值。2.1信號發(fā)生電路方案論證 方案一：通過單片機控制D/A，輸出四種波形。此方案輸出

5、的波形不夠穩(wěn)定，抗干擾能力弱，不易調節(jié)。但此方案電路簡單、成本低。 方案二：使用傳統(tǒng)的鎖相頻率合成方法。通過芯片IC145152，壓控振蕩器搭接的鎖相環(huán)電路輸出穩(wěn)定性極好的正弦波，再利用過零比較器轉換成方波，積分電路轉換成三角波。此方案，電路復雜，干擾因素多，不易實現(xiàn)。 方案三：利用MAX038芯片組成的電路輸出波形。MAX038是精密高頻波形產(chǎn)生電路，能夠產(chǎn)生準確的鋸齒波、三角波、方波和正弦波四種周期性波形。但此方案成本高，程序復雜度高。以上三種方案綜合考慮，選擇方案一。2.1.1 單片機的選擇論證 方案一：AT89C52單片機是一種高性能8位單片微型計算機。它把構成計算機的中央處理器CPU

6、、存儲器、寄存器、I/O接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構成較為完整的計算機、而且其價格便宜。方案二：C8051F005單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的微控制器內核，與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標準8052的數(shù)字外設部件，片內還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設及功能部件，而且執(zhí)行速度快。但其價格較貴以上兩種方案綜合考慮，選擇方案一 2.1.2鍵盤方案論證方案一：矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的按鍵觸點接于由行、列母線構成的矩陣電路的交叉處。當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行和列線都斷開，行線都呈高電平。當某一個鍵閉合時，該鍵所對應的行線和列線被短

7、路。方案二：獨立式鍵盤。獨立式鍵盤具有硬件與軟件相對簡單的特點，其缺點是按鍵數(shù)量較多時，要占用大量口線。以上兩種方案綜合考慮，選擇方案二。2.1.3總體系統(tǒng)設計該系統(tǒng)采用單片機作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，由單片機完成人機界面、系統(tǒng)控制、信號的采集分析以及信號的處理和變換，采用按鍵輸入，利用液晶顯示電路輸出數(shù)字顯示的方案。將設計任務分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。圖2.1為系統(tǒng)的總體框圖 圖2.1 總體方框圖2.2硬件實現(xiàn)及單元電路設計 在proteus中選取元器件構造出系統(tǒng)的仿真圖，可以實際的模仿電路的運行情況，檢查設計的是否合理。下面是系統(tǒng)的整個仿真圖圖2.2 系統(tǒng)整體仿真圖2.2.1單片機

8、最小系統(tǒng)的設計AT89C51是片內有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用AT89C51單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，如圖2.3 89C51單片機最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應用特點：有可供用戶使用的大量I/O口線。內部存儲器容量有限。應用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。圖2.3 89C51單片機最小系統(tǒng)2.2.2 波形產(chǎn)生模塊設計 由單片機采用編程方法產(chǎn)生四種波形、通過DA轉換模塊DAC0832在進過濾波放大之后輸出。其電路圖如下：2.3 波形產(chǎn)生模塊如上圖所示，單片機的P0口連接DAC083

9、2的八位數(shù)據(jù)輸入端，DAC0832的輸出端接放大器，經(jīng)過放大后輸出所要的波形。DAC0832的為八位數(shù)據(jù)并行輸入的。由于單片機產(chǎn)生的是數(shù)字信號，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號轉換成模擬信號，所以該文選用價格低廉、接口簡單、轉換控制容易并具有8位分辨率的數(shù)模轉換器DAC0832。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換器以及輸入控制電路四部分組成。但實際上，DAC0832輸出的電量也不是真正能連續(xù)可調，而是以其絕對分辨率為單位增減，是準模擬量的輸出。DAC0832是電流型輸出，在應用時外接運放使之成為電壓型輸出。結構圖如下圖所示2.4 DAC0832的內部結構

10、2.2.3鍵盤顯示模塊的設計由于本系統(tǒng)所用按鍵少，所以采用獨立鍵盤，其連接電路圖如下：圖2.5 鍵盤圖中獨立鍵盤引出的四根線分別接單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3，另一端接地。各開關的功能如上圖所示。2.3系統(tǒng)軟件設計2.3.1主程序：產(chǎn)生指定波形可以通過DAC來實現(xiàn)不同波形產(chǎn)生實質上是對輸出的二進制數(shù)字量進行相應改變來實現(xiàn)的。 本題目中方波信號是利用定時器中斷產(chǎn)生的每次中斷時將輸出的信號按位反即可。三角波信號是將輸出的二進制數(shù)字信號依次加1達到0xff時依次減1并實時將數(shù)字信號經(jīng)D/A轉換得到。鋸齒波信號是將輸出的二進制數(shù)字信號依次加1達到0xff時置為0x00并實時將數(shù)字信號

11、經(jīng)D/A轉換得到的 正弦波是利用MATLAB將正弦曲線均勻取樣后得到等間隔時刻的y方向上的二進制數(shù)值然后依次輸出后經(jīng)D/A轉換得到。圖2.6 系統(tǒng)的整體流程圖2.3.2鋸齒波的實現(xiàn)過程鋸齒波的實現(xiàn)過程是首先定義一個初值然后進行加法操作，加的步數(shù)的多少則根據(jù)要求的頻率來進行。然后加到某個數(shù)之后就再重新設置為初值，再重復執(zhí)行剛剛的操作，如此循環(huán)下去。流程圖如下所示。圖2.7 鋸齒波的實現(xiàn)的流程圖下面是系統(tǒng)實現(xiàn)鋸齒波的仿真結果：圖2.8 鋸齒波的仿真圖2.3.3三角波的實現(xiàn)過程 三角波的實現(xiàn)是設置一個初值，然后進行加數(shù)，同樣是加到某個數(shù)之后再進行減數(shù)，減到初值之后就再返回到先前的操作，這個操作跟鋸齒

12、波的實現(xiàn)是相似的。此程序輸入的VREF的電壓是5V，因此該波形輸出的最大頻率是初值為00H和最終值為0FFH，且步數(shù)為1。程序流程圖如下圖所示：2.9 三角波的實現(xiàn)的流程圖下面是系統(tǒng)實現(xiàn)三角形波的仿真結果： 2.10 三角形波的仿真圖2.3.4方波的實現(xiàn)過程 此波形的實現(xiàn)比較簡單，只需開始的時候設置一個初值然后直接輸出這個值就行了，輸出一段時間后，然后再重新置一個數(shù)據(jù)，然后再輸出這個數(shù)據(jù)一段時間，但是此時的時間一定要等于前面那段時間。這樣才是一個方波，如果兩個時間不相同，那就相當于一個脈沖波了。流程圖如下圖所示：2.11 方波的實現(xiàn)的流程圖下面是系統(tǒng)實現(xiàn)方波的仿真結果：2.12 方波的仿真圖2

13、.3.5正弦波的實現(xiàn)過程正弦波的實現(xiàn)則相對比較復雜，因為正弦波的實現(xiàn)是輸出各個點的值就行了，可是各個點值則要通過正弦函數(shù)來求出，不過這些值直接去網(wǎng)上下載下來使用就可以了。輸出的數(shù)據(jù)剛好是256個數(shù)據(jù)，這樣則可以直接相加就可以得到理想的正弦曲線。流程圖如下圖所示：2.13 正弦波的實現(xiàn)的流程圖下面是系統(tǒng)實現(xiàn)正弦波的仿真結果：2.14 正弦波的仿真結果從仿真結果來看：設計的單片機為核心的波形發(fā)生器達到了設計所要求的結果。結論經(jīng)過將近一周的單片機課程設計，終于完成了波形發(fā)生器的設計，基本達到設計要求。在這次設計中，完成了一下任務：1、 利用AT89C51單片機為核心，利用數(shù)摸轉換芯片0832完成數(shù)摸

14、轉換2、 以按鍵來選擇要產(chǎn)生的波形 。 3、 用示波器觀察波形。要設計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅持的毅力。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設計上，如在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因。這就要求我們對硬件系統(tǒng)中各組件部分有充分透徹的理解和研究，并能對之靈活應用。完成這次設計后，我在書本理論知識的基礎上又有了更深層次的理解。同時在本次設計的過程中，我還學會了高效率的查閱資料、運用工具書、利用網(wǎng)絡查找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應用中其實并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調整。偶而還會遇到錯誤的資料現(xiàn)象，這

15、就要求我們應更加注重實踐環(huán)節(jié)。最后還要在此感謝各位畢業(yè)設計的指導老師們和我的組員們，他們在整個過程中都給予了我充分的幫助與支持。致謝在我寫本論文的過程中，老師給我提供了許多資料，并對實踐中出現(xiàn)的問題給予耐心的解答，完稿之后在百忙之中仔細閱讀，給出修改意見。，在此對老師表示感謝。參考文獻1 李華.MCS-51系列單片機實用接口技術M.2 李建忠.單片機原理及應用M.3 張毅剛, 彭喜圓, 譚曉昀, 曲春波.MCS-51單片機應用設計M.哈爾濱工業(yè)大學出版社.4 康華光.電子技術基礎M.高等教育出版社.5 張洪潤,易濤.單片機應用技術教程M.清華大學出版社.附錄源程序：ORG 0000H LJMP

16、 MAIN ORG 0100HMAIN: JNB P1.0,P10 JNB P1.1,P11 JNB P1.2,P12 JNB P1.3,P13 LJMP MAINP10: MOV R7,#00H LCALL SQU LJMP MAINP11: MOV R7,#01H LCALL SAW LJMP MAINP12: MOV R7,#02H LCALL TRI LJMP MAINP13: MOV R7,#03H LCALL SIN LJMP MAINSQU: JNB P1.1,N1 /方波 JNB P1.2,N2 JNB P1.3,N3 LJMP SSQUN1: MOV R7,#01H LJMP

17、 TC0N2: MOV R7,#02H LJMP TC0N3: MOV R7,#03H LJMP TC0SSQU: CJNE R7,#00H,TC0 MOV R0,#00H ;MOV DPTR,#7FFFHK00: ;MOV A,#0FFH ;MOVX DPTR,A MOV P0,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL00: DEC R3 CJNE R3,#255,L00 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K00 MOV R0,#00HK01: ;MOV A,#00H ;MOVX DPTR,A MOV P0,#00H MOV

18、P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL01: DEC R3 CJNE R3,#255,L01 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K01 LJMP SQUTC0: RETSAW: JNB P1.0,N4 / 鋸形波 JNB P1.2,N5 JNB P1.3,N6 LJMP SSAWN4: MOV R7,#00H LJMP TC1N5: MOV R7,#02H LJMP TC1N6: MOV R7,#03H LJMP TC1SSAW: CJNE R7,#01H,TC1 MOV R0,#0FFH ;MOV DPTR,#7FFFHK10: ;MOV A,

19、R0 ;MOVX DPTR,A MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL10: DEC R3 CJNE R3,#255,L10 INC R0 CJNE R0,#255,K10 LJMP SAWTC1: RETTRI: JNB P1.0,N7 /三角形波 JNB P1.1,N8 JNB P1.3,N9 LJMP TTRIN7: MOV R7,#00H LJMP TC2N8: MOV R7,#01H LJMP TC2N9: MOV R7,#03H LJMP TC2TTRI: CJNE R7,#02H,TC2 MOV R0,#00H ;MOV D

20、PTR,#7FFFHK20: ;MOV A,R0 ;MOVX DPTR,A MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL20: DEC R3 CJNE R3,#255,L20 INC R0 INC R0 CJNE R0,#254,K20K21: ;MOV A,R0 ;MOVX DPTR,A MOV P0,R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,AL21: DEC R3 CJNE R3,#255,L21 DEC R0 DEC R0 CJNE R0,#0,K21 LJMP TRITC2: RETSIN: JNB

21、P1.0,N10 / 正弦波 JNB P1.1,N11 JNB P1.2,N12 LJMP SSINN10: MOV R7,#00H LJMP TC3N11: MOV R7,#01H LJMP TC3N12: MOV R7,#02H LJMP TC3SSIN: CJNE R7,#03H,TC3 MOV R0,#00H ;MOV DPTR,#7FFFHK30: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR ;MOV DPTR,#7FFFH ;MOVX DPTR,A MOV P0,A INC R0 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 CPL A MOV R3,A

22、L30: DEC R3 CJNE R3,#255,L30 CJNE R0,#255,K30 LJMP SINTC3: RETTAB: DB 80H,82H,84H,86H,88H,8AH,8CH,8EH,90H,92H,94H,96H,98H,9AH,9CH,9EH DB 0A0H,0A2H,0A4H,0A6H,0A8H,0AAH,0ABH,0ADH,0AFH,0B1H,0B2H,0B4H,0B6H,0B7H,0B9H,0BAH DB 0BCH,0BDH,0BFH,0C0H,0C1H,0C3H,0C4H,0C5H,0C6H,0C8H,0C9H,0CAH,0CBH,0CCH,0CDH,0CEH DB 0CEH,0CFH,0D0H,0D1H,0D1H,0D2H,0D2H,0D3H,0D3H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D5H,0D5H,0D5H DB 0D5H,0D5H,0D5H,0D5H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D3H,0D3H,0D2H,0D2H,0D1H,0D1H,0D0H,0CFH DB 0CEH,0CEH,0CDH,0C