基于單片機(jī)的函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計

1、基于單片機(jī)的函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計所用元器件：元器件數(shù)量（個）電阻3電容9STC89C52芯片1DAC0832芯片1MAX232芯片1按鍵7OP07運算放大器1LED發(fā)光二極管1LCD1602液晶屏幕1晶振1電位器1芯片底座4排阻1電解電容2排針若干跳線若干基于單片機(jī)的函數(shù)信號發(fā)生器1.設(shè)計目的1學(xué)習(xí)使用keil編程，使用Altium Designer繪制原理圖；2使用單片機(jī)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波并可通過按鍵對波形切換、幅值和頻率的調(diào)整；3學(xué)習(xí)使用示波器顯示波形；2.設(shè)計原理基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器原理以STC89C51為整個函數(shù)發(fā)生器的核心部分，通過編寫程序和執(zhí)行程序，運用示波器顯示出四

2、種波形，分別是正弦波、三角波、方波和鋸齒波。本設(shè)計擁有五個按鍵，分別實現(xiàn)波形的切換，改變波形的頻率和幅值的大小。芯片DAC0832將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出并通過外接運算放大器OP07實現(xiàn)電流向電壓的轉(zhuǎn)換，最后通過示波器顯示出波形。3.設(shè)計內(nèi)容3.1基本設(shè)計內(nèi)容本次設(shè)計的主要內(nèi)容是設(shè)計一個基于單片的函數(shù)信號發(fā)生器實現(xiàn)正弦波、三角波、方波和鋸齒波。利用單片機(jī)設(shè)計程序，使其能夠通過按鍵有效切換四種波形，并且實現(xiàn)波形幅值和頻率的調(diào)整滿足本設(shè)計的要求，進(jìn)行硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計，最后調(diào)試完成本次設(shè)計。LCD1602液晶顯示波形種類、幅值以及頻率。頻率的可調(diào)范圍在110HZ，幅值可調(diào)范圍在15V。顯

3、示屏上顯示參數(shù)，第一行顯示波形。第二行左邊顯示波形頻率，右邊顯示波形幅值。本設(shè)計由五個功能按鍵，分別進(jìn)行波形切換，加減幅值和加減頻率。電壓在示波器上顯示，硬件原理示意圖，如圖1.1所示。顯示電路單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換電路放大電路按鍵復(fù)位電路波形輸出圖1.1 硬件原理設(shè)計圖3.2模塊設(shè)計3.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊本設(shè)計STC89C51為整個函數(shù)發(fā)生器的核心部分,單片機(jī)、時鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)，如圖2.1所示。圖2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊原理圖晶體諧振器是時鐘電路的重要組成部分，將晶體諧振器放入電路，上電后它會產(chǎn)生機(jī)械振蕩，單片機(jī)憑借晶體諧振器的頻率運行所設(shè)計出來的頻率，所以說晶體諧振器

4、的頻率是單片機(jī)操作時間規(guī)律，保證單片機(jī)平穩(wěn)的工作。晶體諧振器是控制CPU的時鐘頻率的。頻率控制運行速度。晶體諧振器雖然是振蕩電路的一部分，但是它自身不會產(chǎn)生震蕩，它會有一個固定的頻率，然后與外圍電路發(fā)生諧振。諧振的產(chǎn)生需要晶體諧振器固定頻率和外圍電路的頻率一致，如果差距大，或者根本對不上則會使電路不在振蕩。單片機(jī)會根據(jù)實際所能承受的晶體諧振器頻率來選擇自己的運行頻率，不會因為晶體諧振器頻率快單片機(jī)運行就快，頻率慢單片機(jī)運行速度就會降低。復(fù)位電路包含一個電容、兩個電阻包括一個接地電阻和一個復(fù)位按鍵，電容和電阻采用值為10F和10K。復(fù)位電路讓單片機(jī)回到原始工作狀態(tài)，RST復(fù)位引腳高電平有效，高電

5、平有效的持續(xù)時間應(yīng)為24個時鐘周期以上，才能有效復(fù)位。根據(jù)公式電容的充電時間為t=R*C，則電容的充電時間為100ms，充滿使得單片機(jī)復(fù)位。電容充滿，與地相接的的電阻電壓、電流都降為零，在開機(jī)上電的0.1s鐘內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)會自動復(fù)位，在單片機(jī)工作期間，按下復(fù)位按鍵，電容放電，接地電阻出現(xiàn)電壓，單片機(jī)復(fù)位松開按鍵，電容充電，幾個毫秒之后單片機(jī)開始工作。3.2.2顯示模塊LCD1602能同時顯示32個字符。LCD1602采用的是數(shù)據(jù)并行接法，特點主要是使用方便，需要很多的I/O口，函數(shù)發(fā)生器設(shè)計中I/O口是夠用的，所以可以使用這種數(shù)據(jù)傳輸方式。八位的數(shù)據(jù)賦給I/O口。讀取數(shù)據(jù)時也只要讀取整個I/O

6、口。LCD1602顯示模塊，如圖2.2所示。圖2.2顯示模塊原理圖3.2.3 D/A轉(zhuǎn)換電路DA轉(zhuǎn)換模塊由DAC0832、OP07運算放大電路組成，DAC0832作為函數(shù)發(fā)生器數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的核心芯片，轉(zhuǎn)換時間為1us，工作電壓為+5v+15v，基準(zhǔn)電壓為正負(fù)10v。它主要由兩個8為寄存器和一個8位D/A轉(zhuǎn)換器組成，片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，所以芯片可以直接與單片機(jī)相接。DAC0832以電流的形式輸出信號，所以需要在Iout后接一個OP07運算放大器，把輸出電流信號轉(zhuǎn)換成電壓的形式，供示波器顯示，在信號輸出之前OP07輸出口接一個電阻和一個電容組成一個簡單的濾波電路，用來抑制其他雜波，得到正常信號。

7、D/A轉(zhuǎn)換模塊，如圖2.3所示。圖2.3 D/A轉(zhuǎn)換模塊原理圖3.2.4提供運放電源電路DAC0832輸出的是電流信號，要將電流轉(zhuǎn)換成電壓，OP07運算放大器需要提供正負(fù)10v的電壓，在單片機(jī)與計算機(jī)通信時需要加電平轉(zhuǎn)換芯片，MAX232可以完成電平轉(zhuǎn)換功能，因此MAX232芯片上可以找到正、負(fù)電壓。根據(jù)測量，MAX232芯片的2、6引腳分別輸出+10v和-10v左右的電壓，所以可以作為運算放大器OP07的電源電壓，分別接在運放兩端，MAX232芯片，如圖2.4所示。圖2.4 MAX232原理圖4.硬件設(shè)計調(diào)試4.1測試儀器為確保硬件和軟件的正確性及完善性，需要一些測試儀器進(jìn)行調(diào)試，硬件調(diào)試所

8、需儀器如表3.1所示：表3.1測試儀器表硬件調(diào)試所需儀器數(shù)量電腦1臺萬用表1個USB線1條示波器1臺連接板子和示波器的探頭線1條4.2硬件調(diào)試過程硬件調(diào)試是設(shè)計是否能成功的關(guān)鍵，通過調(diào)試可以檢查板子是否能正確運行以及檢測設(shè)計功能是否按要求實現(xiàn)。畫原理圖很多細(xì)節(jié)需要注意，原理圖的正確性很重要，這關(guān)系到板子的焊接和實現(xiàn)，原理圖布局劃線最好規(guī)整，本設(shè)計需要焊接的元器件不多，但焊接時還是需要認(rèn)真檢查特別注意的，比如短距離焊點的焊接方法，或是線與線之間很近，線與焊盤之間距離太小，線細(xì)易斷等。在線密集的地方避免焊接在一起，同時還要避免虛焊、短路、斷路等現(xiàn)象。按照原理圖有順序的焊接器件，從低到高焊接，芯片的

9、焊接需要注意，不可將芯片直接焊上。在焊接的時候看見虛斷的線路，需要用焊錫補(bǔ)，在拉焊錫時為了避免影響其他的線路，在拉完焊錫的路徑上進(jìn)行檢測，檢查相關(guān)電路的連通和無關(guān)電路的隔斷，找出問題電路線，并及時改正。在焊完電路以后檢查電路的可實際操作性是一定需要的，因為在焊接的時候芯片很容易出現(xiàn)問題，板子上有些元件接口還加有跳線，需要檢查是否有正確連接，有無短路、斷路、線的連通性，跳線有沒有松動等，對照電路圖按照順序逐一對照檢查。板子實物圖，如圖3.1所示。圖3.1 板子實物圖上電后，板子上的最小系統(tǒng)的復(fù)位按鍵，按下是否能復(fù)位，LED燈點亮。檢測完畢后在進(jìn)行下一步的調(diào)試工作。板子通電時不要急于把重要的芯片插

10、上，更不能將芯片或電源插反，若電路出現(xiàn)問題很有可能將芯片燒壞。通電后查看顯示屏能否正常顯示。若板子出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，例如異常氣味、出現(xiàn)煙霧和器件發(fā)燙等現(xiàn)象，立即切斷電源。如果測試沒有任何問題，硬件也確定是好的，結(jié)束硬件調(diào)試下載正確程序，并連接示波器。（1）板子上電后，通過示波器顯示頻率為1HZ，幅值為5V的正弦波。圖3.2 正弦波實現(xiàn)圖（2）通過按鍵，實現(xiàn)頻率和幅值的調(diào)整，示波器上顯示調(diào)整后的正弦波波形，頻率為5HZ，幅值為2V。圖3.3 正弦波實現(xiàn)圖（3）通過波形切換按鍵，將正弦波波形切換到三角波波形，并通過示波器上顯示頻率為5HZ，幅值為2V三角波波形。圖3.4三角波實現(xiàn)圖（4）通過波形切換按

11、鍵，將三角波波形切換到方弦波波形，并通過示波器上顯示頻率為5HZ，幅值為2V方波波形。 圖3.5 方波實現(xiàn)圖（5）通過波形切換按鍵，將方弦波波形切換到鋸齒波波形，并通過示波器上顯示頻率為5HZ，幅值為2V方波波形。圖3.6 鋸齒波實現(xiàn)圖4.3 調(diào)試所遇問題及解決辦法將元器件根據(jù)原理圖焊接在板子上后，給板子上電，單片機(jī)最小系統(tǒng)沒有異常，液晶顯示屏正常，MAX232芯片在上電幾分鐘后芯片發(fā)燙，立刻切斷電源，并檢查原理圖各個引腳是否焊接正確，地和電源是否焊接錯誤，檢查有無短路現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)無誤，再次上電，其他模塊正常運作，MAX232芯片仍然發(fā)燙，斷電后將芯片取下，給板子供電，用萬用表測量DAC0832

12、輸出引腳，萬用表顯示有電流輸出，可以確定DAC0832芯片正常運作。這時將MAX232換下，換成一個升壓模塊電路，對OP07運放提供正負(fù)電壓，將模塊接入后，上電，發(fā)現(xiàn)幾分鐘后升壓模塊也迅速發(fā)燙，切斷電源將模塊取下，這時通過查找資料后發(fā)現(xiàn)OP07正負(fù)10V引腳接反，這時將OP07運放的正負(fù)電源輸入端口引腳反過來，將MAX232芯片的6引腳與運放OP07的4引腳相接，之后再將MAX232芯片的2引腳與運放OP07的7引腳相接。4.4調(diào)試結(jié)果通過對軟件和硬件的檢查，反復(fù)的修改和調(diào)試，上電后，電源指示燈正常亮，LCD1602液晶顯示屏可以正常顯示波形種類、幅值和頻率大小，按下按鍵后，相應(yīng)的顯示屏顯示的

13、內(nèi)容會有所改變，示波器顯示正確的波形，本設(shè)計可以手動復(fù)位。5.軟件調(diào)試基于單片機(jī)函數(shù)信號發(fā)生器是由硬件和軟件來相互結(jié)合實現(xiàn)的，任一部分存在問題都會影響總體功能，達(dá)不到預(yù)期效果。在本設(shè)計確定硬件電路沒有問題以后，就開始對軟件的調(diào)試了。由于軟硬件相互結(jié)合，根據(jù)題目要求設(shè)計硬件電路，查看相關(guān)資料以及整合相關(guān)電路功能及性能，將硬件電路設(shè)計出來，確定好硬件電路后，根據(jù)要實現(xiàn)的硬件功能，軟件設(shè)計也會逐步確定下來。根據(jù)函數(shù)發(fā)生器所要實現(xiàn)的具體功能設(shè)計出合理的程序結(jié)構(gòu)。單片機(jī)的軟件設(shè)計調(diào)試主要有兩種，一是使用軟件仿真進(jìn)行調(diào)試，運用計算機(jī)軟件區(qū)模擬單片機(jī)環(huán)境的指令執(zhí)行，并虛擬單片機(jī)內(nèi)部資源從而實現(xiàn)功能演示。另外

14、一種就是通過軟硬件結(jié)合來進(jìn)行程序的調(diào)試，使用Keil軟件編譯好程序下載到單片機(jī)中，然后在系統(tǒng)中觀察軟件功能是否實現(xiàn)。在本次設(shè)計中我們先使用proteus對本設(shè)計進(jìn)行仿真，之后再運用軟硬結(jié)合下載進(jìn)單片機(jī)的方式完成本次設(shè)計。6.心得體會為期兩周的單片機(jī)實訓(xùn)結(jié)束了，我們小組學(xué)到了很多東西。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，我們學(xué)習(xí)了單片機(jī)這門課程，感覺是有點難，不過在學(xué)習(xí)中，我才發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)單片機(jī)不僅僅需要軟件的知識，還需要硬件的知識。單片機(jī)是一門很好的學(xué)問，需要我們?nèi)ャ@研它。說起本次設(shè)計，我認(rèn)為最重要的就是做好設(shè)計的預(yù)習(xí)，認(rèn)真的研究老師給的題目，選一個

15、小組成員都感興趣的題目。其次，老師在實驗課上的講解要認(rèn)真的去聽去想，因為只有都明白了，做起設(shè)計就會事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計，到頭來一點收獲也沒有。最后，要重視程序的規(guī)范，便于修改，也要注重程序的調(diào)試，掌握其方法。在全組人竭盡全力，程序編寫成功，這是我們共同努力的結(jié)果，在享受我們成果之時，不得不感慨單片機(jī)的重要性，所以為期兩周的單片機(jī)課程設(shè)計沒有浪費我們學(xué)到了很多知識，本次設(shè)計和課堂上老師所講的內(nèi)容有所相似，需要我們在結(jié)合所學(xué)只是上進(jìn)一步升華。也讓我們對單片機(jī)有了更深一步的了解，雖然最后結(jié)果是出來了，可這與老師的精心指導(dǎo)是分不開的她引導(dǎo)我們的思路，所以老師是功不可沒的。

16、總而言之，單片機(jī)課程設(shè)計對于我們有很大的幫助，我們從中受益匪淺。附錄1原理圖Protues仿真圖附錄2源程序#include"reg52.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key1=P10;sbit key2=P11;sbit key3=P12;sbit key4=P13;sbit key5=P14;sbit lcden=P34;sbit lcdrs=P35;sbit dacwr=P36;uchar flag,freq,size; / 分別用來標(biāo)記波的種類、頻率HZ、幅值Vuchar num

17、,key; /定義數(shù)組元素、以及是否有按鍵按下uint value; /定時器裝初值uchar lcd_table="wave:"uchar lcd_table1="fre:"uchar lcd_table2="amp:"uchar lcd_table3="sin" /LCD波形種類數(shù)組uchar code sin_table64=0x00,0x03,0x06,0x0a,0x10,0x17,0x1e,0x27,0x30,0x3b,0x46,0x51,0x5d,0x69,0x76,0x83,0x8f,0x9c,0xa

18、8,0xb3,0xbf,0xc9,0xd3,0xdc,0xe4,0xec,0xf2,0xf7,0xfb,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xfc,0xf9,0xf5,0xef,0xe8,0xe1,0xd8,0xce,0xc4,0xb9,0xae,0xa2,0x96,0x89,0x7d,0x70,0x64,0x58,0x4c,0x41,0x36,0x2c,0x23,0x1b,0x14,0x0d,0x08,0x04,0x01,0x00,0x00; /正弦波uchar code tri_table64=0x00,0x08,0x10,0x18,0x20,0x28,0x30,0x38,0x40,

19、0x48,0x50,0x58,0x60,0x68,0x70,0x78,0x80,0x88,0x90,0x98,0xa0,0xa8,0xb0,0xb8,0xc0,0xc8,0xd0,0xd8,0xe0,0xe8,0xf0,0xf8,0xfe,0xf6,0xee,0xe6,0xde,0xd6,0xce,0xc6,0xbe,0xb6,0xae,0xa6,0x9e,0x96,0x8e,0x86,0x7e,0x76,0x6e,0x66,0x5e,0x56,0x4e,0x46,0x3e,0x36,0x2e,0x26,0x1e,0x16,0x0e,0x06; /三角波uchar code zig_table

20、64=0x00,0x04,0x08,0x0c,0x10,0x14,0x18,0x1c,0x20,0x24,0x28,0x2c,0x30,0x34,0x38,0x3c,0x40,0x44,0x48,0x4c,0x50,0x54,0x58,0x5c,0x60,0x64,0x68,0x6c,0x70,0x74,0x78,0x7c,0x80,0x84,0x88,0x8c,0x90,0x94,0x98,0x9c,0xa0,0xa4,0xa8,0xac,0xb0,0xb4,0xb8,0xbc,0xc0,0xc4,0xc8,0xcc,0xd0,0xd4,0xd8,0xdc,0xe0,0xe4,0xe8,0x

21、ec,0xf0,0xf4,0xf8,0xfc; /鋸齒波uchar code squ_table64=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff

22、,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff; /方波void delayms(uchar xms) uchar i,j; for(i=xms;i>0;i-) for(j=110;j>0;j-);void write_com(uchar com) /液晶寫指令 lcdrs=0; P0=com; delayms(2); lcden=1; delayms(2); lcden=0;void write_data(uchar date) /液晶寫數(shù)據(jù) lcdrs=1; P0=date; dela

23、yms(2); lcden=1; delayms(2); lcden=0;void lcd_init() /液晶初始化 lcden=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01);void init() key=1;value=15625; /按鍵標(biāo)志位、定時初值(1450微秒為人工減小誤差值)初始化 flag=1;freq=1;size=5; /變量初始化，初始產(chǎn)生正弦波，頻率為1HZ，幅值為5V dacwr=0;/0832初始化 TMOD=0x01; /定時器T0初始化 TH0=(65536-val

24、ue+1400)/256;/頻率為1HZ時，每點之間隔15625微秒 TL0=(65536-value+1400)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1;void keyscan() if(key1=0) /key1選擇波形 delayms(5); if(key1=0) while(!key1); key=1; flag+; /flag為1、2、3、4時，分別對應(yīng)正弦方波、三角方波、鋸齒方波、方波 if(flag>=5)flag=1; if(key2=0) /頻率增大 delayms(5); if(key2=0) while(!key2); key=1; freq+; if(f

25、req>10)freq=1; value=1000000/(freq*64); if(key3=0) /頻率減小 delayms(5); if(key3=0) while(!key3); key=1; freq-; if(freq<1)freq=10; value=1000000/(freq*64); if(key4=0) /幅值增大 delayms(10); if(key4=0) while(!key4); key=1; size+; if(size>5)size=1; if(key5=0) /幅值減小 delayms(10); if(key5=0) while(!key5

26、); key=1; size-; if(size<1)size=5; void gene_wave() switch(flag) case 1:P2=sin_tablenum*size/5;lcd_table30='s'lcd_table31='i'lcd_table32='n'break; case 2:P2=tri_tablenum*size/5;lcd_table30='t'lcd_table31='r'lcd_table32='i'break; case 3:P2=zig_tablenum*size/5;lcd_table30='z'lcd_table31='i'lcd_table32='g'break; case 4:P2=squ_tablenum*s