基于-單片機波形發(fā)生器C語言

1、-. z單片機原理及接口技術課程設計報告設計題目： 波形發(fā)生器 學 號： 1202601* 姓 名： * 指導教師： * 信息與電氣工程學院二零一五年六月-. z波形發(fā)生器設計波形發(fā)生器作為一種常用的信號源,是現(xiàn)代測試領域應用最為廣泛的通用儀器之一。在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設備時，都學要有信號源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件或設備上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號發(fā)生器是電子測量領域中最根本、應用最廣泛的一類電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號,如正弦波,三角波,方波等,因而廣泛用于通信、雷達、導航、宇航等

2、領域。本系統(tǒng)利用單片機AT89C51采用程序設計方法產(chǎn)生鋸齒波、正弦波、三角波三種波形，再通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，濾波放大，最終由示波器顯示出來，通過鍵盤來控制三種波形的類型選擇、頻率變化，并通過LED顯示其各自的周期。本次關于產(chǎn)生不同低頻信號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。1. 設計任務結(jié)合實際情況，基于AT89C51單片機設計一個波形發(fā)生器。該系統(tǒng)應滿足的功能要求為：(1) 產(chǎn)生三種波形三角波、鋸齒波、正弦波；(2) 按鍵選擇波形，加減鍵選擇頻率

3、；(3) 在示波器中顯示三種波形；(4) 在六位數(shù)碼管上顯示周期；主要硬件設備：單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)、AT89C51單片機、DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換芯電路、六位數(shù)碼管LED、矩陣鍵盤、8155芯片、示波器。2. 整體方案設計波形發(fā)生器系統(tǒng)以AT89C51單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，應用其強大的接口功能，構成整個波形發(fā)生器系統(tǒng)。利用 AT89S52 單片機構造多功能信號發(fā)生器，可產(chǎn)生正弦波，方波，三角波，鋸齒波四種波形，通過 C 語言對單片機的編程即可產(chǎn)生相應的波形信號，并可以通過鍵盤進展各種功能的轉(zhuǎn)換和信號頻率的控制，當輸出的數(shù)字信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬信號也就得到所需要的信號波形，通過運算放大器的放大輸

4、出波形，同時讓顯示器顯示輸出的波形信息。三角波產(chǎn)生思路首先，根據(jù)按鍵設定的波形頻率，選擇一個周期適宜的點數(shù)，根據(jù)點數(shù)和峰值計算相鄰2個點的幅度的步進值，根據(jù)點數(shù)和頻率設定相鄰2點的時間值，計算出定時器的初值，然后，設置一個變量每進一次定時中斷DA數(shù)據(jù)就加幅值步進，當?shù)扔诳傸c數(shù)的一半時，每進一次定時中斷就把DA數(shù)據(jù)減幅值步進直到DA數(shù)據(jù)為0，計數(shù)變量清零。每進一次定時中斷輸出刷新DA的數(shù)據(jù)就可以產(chǎn)生一定頻率和幅值的三角波。2鋸齒波產(chǎn)生思路首先，根據(jù)按鍵設定的波形頻率，選擇一個周期適宜的點數(shù)，根據(jù)點數(shù)和峰值計算相鄰2個點的幅度的步進值，根據(jù)點數(shù)和頻率設定相鄰2點的時間值，計算出定時器的初值，然后，

5、定時輸出刷新DA的數(shù)據(jù)就可以產(chǎn)生一定頻率和幅值的波形。3正弦波產(chǎn)生思路首先，寫一個表格，然后根據(jù)按鍵設定的波形頻率，選擇一個周期適宜的點數(shù)，根據(jù)點數(shù)和峰值計算相鄰2個點的幅度的步進值，根據(jù)點數(shù)和頻率設定相鄰2點的時間值，計算出定時器的初值，然后，設置一個變量每進一次定時中斷DA數(shù)據(jù)就加幅值步進，當?shù)扔诳傸c數(shù)的一半時，每進一次定時中斷就查表把DA數(shù)據(jù)減幅值步進直到DA數(shù)據(jù)為0，計數(shù)變量清零。每進一次定時中斷查表輸出刷新DA的數(shù)據(jù)就可以產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦波。DAC0832時鐘電路放大、濾波電路AT89C51復位電路示波器顯示波形LED顯示頻率 矩陣鍵盤圖2-1 系統(tǒng)的整體方案設計圖 本系統(tǒng)硬

6、件主要由D/A轉(zhuǎn)換器、顯示系統(tǒng)、矩陣鍵盤等幾局部組成。各模塊的主要功能如下：(1) D/A轉(zhuǎn)換器的功能是把單片機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成0-5V的模擬信號。(2) 顯示系統(tǒng)中六位數(shù)碼管顯示波形頻率，示波器顯示波形。(3) 矩陣鍵盤選擇波形，增加減少頻率。3. 系統(tǒng)硬件電路設計3.1 時鐘電路單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：部振蕩和外部振蕩方式。在引腳*TAL1 和 *TAL2 外接晶體振蕩器，構成了部振蕩方式。由于單片機部有一個高增益的反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩，并產(chǎn)生振動時鐘脈沖。晶振通常選用 6MHZ、12MHZ、24MHZ。本設計中時鐘電路圖如圖3-1，我們選擇了12

7、MHZ和晶振分別接引腳*TAL1和*TAL2，電容 C1，C2 均選擇為 30pF，對振蕩器的頻率有穩(wěn)定作用，當頻率較大時，正弦波、三角波、鋸齒波中每一點的延時時間為幾微妙，故延時時間還要加上指令時間才能獲得較大的頻率波形。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。機器周期:1個機器周期由12個振蕩周期組成，是計算機執(zhí)行一種根本操作的時間單位。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.圖3-1 時鐘電路3.2 復位電路復位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的

8、S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到部復位操作所需要的信號。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。本設計選擇了按鍵復位如圖3-2,在系統(tǒng)運行時，按一下按鍵，就在 RST 斷出現(xiàn)一段高電平，使器件復位。此時 ALE、PSEN、P0、圖3-2時鐘電路圖P1、P2、P4 輸出高電平，RST 上輸入返回低電平以后，變退出復位狀態(tài)開場工作。圖3-2 復位電路單片機的復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PC0000H，這說明程序從0000H地址單元開場執(zhí)行。單片機冷啟動后，片RAM為隨機值，運行中的復位操作不改變片RAM區(qū)中的容，21個特殊功能存放器復

9、位后的狀態(tài)為確定值統(tǒng)復位是任何微機系統(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單片機即進入芯片部復位狀態(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，假設為高電平則執(zhí)行芯片部的程序代碼，假設為低電平便會執(zhí)行外部程序。51單片機在系統(tǒng)復位時，將其部的一些重要存放器設置為特定的值，至于部RAM部的數(shù)據(jù)則不變。3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路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芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應

10、用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC存放器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構成。DAC0832的主要特性參數(shù)如下：1分辨率為8位；2電流穩(wěn)定時間1us；3可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；4只需在滿量程下調(diào)整其線性度；5單一電源供電+5V+15V；6低功耗，200mW。DAC0832的工作原理：利用8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0808,可以將8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。數(shù)字量輸入的圍為0255，對應的模擬量輸出的圍在VREF-到VREF+之間。根據(jù)這一特性，可以利用單片機的并行口輸出的數(shù)字量，產(chǎn)生常用的波形。DAC0832電路與單片機的接口電路如圖3-3所示。圖3-3 D

11、AC0832與單片機的接口電路3.4 運算放大電路圖3-4 運算放大電路 LM324的5管腳與DAC0832的IOUT212管腳相連，LM324的6管腳與DAC0832的IOUT111管腳相連，LM324的7管腳與DAC0832的REF9管腳相連.第一級運算放大器的作用是將DAC0832輸出的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號V1，第二級運算放大器的作用是將V1通過反向放大電路-R2/R1倍。 題目要求輸出的電壓在0-5V可調(diào)，而V1的電壓大約是5V，所以R1選擇5K的電阻，R2選擇10K的電位器，這樣最大的輸出電壓為5*10/2=10，最小電壓為0，可以實現(xiàn)題目要求的0-5V。3.5 矩陣鍵盤電路圖3-

12、5 矩陣鍵盤電路圖中鍵盤獨立鍵盤行引出的四根線接8155芯片的PC口，六根列線接8155芯片的PA口，采用線反轉(zhuǎn)法掃描鍵盤，確定鍵位。如圖按鍵K1為頻率加、K2為頻率減，按鍵K4切換三角波，按鍵K5切換鋸齒波，按鍵K6切換正弦波。3.6 六位數(shù)碼管LED顯示電路圖3-6 LED顯示電路本設計選擇了6位共陰極數(shù)碼管如圖3-6，它的6個發(fā)光二極管的陰極二極管正端連接在一起，通常公共陰極接低電平電平，其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當*段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額

13、定段導通電流來確定相應的限流電阻。顯示電路用于顯示信號的頻率，并且使系統(tǒng)能根據(jù)按鍵實時顯示先關信息。該系統(tǒng)中添加一個74LS241 鎖存器，用于驅(qū)動數(shù)碼顯示管，使其更易于控制，增加顯示的準確性。數(shù)碼管第三位用來顯示波形信號的頻率，頻率是以100HZ步進顯示。 要使顯示管顯示不同的數(shù)字或者字符，需要使端口輸出相應的字型碼，顯示器的字形與字碼關系如表3-6：共陰極012345673FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H89ABCDEF7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H4. 系統(tǒng)程序設計4.1 主程序流程圖 開場 變量、數(shù)組、端口初始化函數(shù)初始化定時器T0初始化，開中斷 按鍵掃

14、描波形模式選擇頻率加減選擇 減 加查表、定時器0定時時間計算數(shù)碼管顯示示波器顯示 給DAC0832直圖4-1 主流程圖 主程序首先將需要初始化的局部進展初始化，然后負責循環(huán)執(zhí)行按鍵掃描，數(shù)碼管顯示、DA數(shù)據(jù)輸出和示波器顯示。 這些過程都是以模塊化的程序?qū)崿F(xiàn)的，程序中有，按鍵掃描程序、數(shù)碼管掃描顯示程序、定時器定時計算程序、查表程序和DA數(shù)據(jù)輸出程序，通過調(diào)用這些程序完成波形的產(chǎn)生，幅值和頻率的改變。4.2 按鍵處理子程序流程圖程序位于函數(shù)Scan-Key()和Shao-Key()中，函數(shù)位于主循環(huán)中，每循環(huán)一次調(diào)用一次，檢測鍵盤是否按下，如果按下去延時抖動，然后檢測到底是哪個按鍵按下，針對不同

15、的按鍵按下采取不同的動作。因為按鍵采用的是掃描法，故需要注意消抖的處理，在此用軟件法去抖動即可。軟件法去抖動的實質(zhì)是軟件延時，即檢測到*一鍵狀態(tài)變化后延時一段時間，再檢測該按鍵的狀態(tài)是否保持著，如是則作為按鍵處理，否則，視為抖動，不予理睬。去抖動的延時時間一般參考資料多描述為20ms左右，在實際應用中應大于20ms。否則，會導致按一次多處理，影響程序正常執(zhí)行。按鍵掃描入口有鍵按下.NY 延時該鍵按下.N得到按鍵號Y 返回圖4-2 鍵盤控制程序流程圖4.3 數(shù)碼管輸出子程序流程圖數(shù)碼管顯示入口 關位碼 送段碼 開位碼完畢圖4-3 數(shù)碼管子程序流程圖數(shù)碼管輸出程序是送段選碼和位選碼的程序，位于主程

16、序中。輪流點亮6個數(shù)碼管，每大約5ms變換一次，由于輪換的次數(shù)太快，由于視覺暫留效應，看上去是6個數(shù)碼管看上去好似一直點亮。系統(tǒng)調(diào)試5.1 Proteus軟件仿真調(diào)試1鍵K4按下，示波器顯示三角波鍵K5按下，示波器顯示鋸齒波鍵K6按下，示波器顯示正弦波5.2 Proteus仿真原理圖圖5- Proteus仿真原理圖5.2 硬件調(diào)試在單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)中，將AT89C51的P1口用8排位線接到DAC0832的Dl口，DAC0832的CS5和WR端口接地，VOUT接示波器輸入端。翻開示波器，調(diào)節(jié)水平與垂直方向，屏幕上出現(xiàn)一條水平亮線即可。按下按鍵K4，示波器輸出三角波形，再連續(xù)按下鍵K1，波形周期

17、隨之增大，六位數(shù)碼管顯示的數(shù)字亦隨之增加。按下鍵K6，示波器則輸出正弦波，再連續(xù)按下鍵K2，波形周期隨之減小，六位數(shù)碼管顯示的數(shù)字亦隨之減小。按下鍵K5，示波器輸出鋸齒波，連續(xù)按下K1或K2，示波器顯示的波形的周期隨之增大或減小，六位數(shù)碼管上顯示的周期數(shù)也隨之增大減小。6. 程序清單*include*include *include*include*include*define PA8155 *BYTE0*FF21*define PB8155 *BYTE0*FF22*define PC8155 *BYTE0*FF23*define PP8155 *BYTE0*FF20*define uint

18、unsigned int *define uchar unsigned char uint j,i;uint *SSJ,num,SS;uchar *i=0,*l=0*fe; uint KeyY,KeyNum,NUMM=3;uint numbsj=0,numbjc=0,numbsin=0; uchar stable16=0*3F,0*06,0*5B,0*4F,0*66,0*6D,0*7D,0*07, 0*7F,0*6F,0*77,0*7C,0*39,0*5E,0*79,0*71 ;/* 0f十六個數(shù)的代碼 */uchar *table6=0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00

19、;unsigned char code Tab= /* 正弦波一周期采樣256次，把幅值按比例放大*/輸出電壓從0到最大值正弦波1/4局部0*80,0*83,0*86,0*89,0*8D,0*90,0*93,0*96,0*99,0*9C,0*9F,0*A2,0*A5,0*A8,0*AB,0*AE,0*B1,0*B4,0*B7,0*BA,0*BC,0*BF,0*C2,0*C5,0*C7,0*CA,0*CC,0*CF,0*D1,0*D4,0*D6,0*D8,0*DA,0*DD,0*DF,0*E1,0*E3,0*E5,0*E7,0*E9,0*EA,0*EC,0*EE,0*EF,0*F1,0*F2,0

20、*F4,0*F5,0*F6,0*F7,0*F8,0*F9,0*FA,0*FB,0*FC,0*FD,0*FD,0*FE,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,/輸出電壓從最大值到0正弦波1/4局部0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*FE,0*FD,0*FD,0*FC,0*FB,0*FA,0*F9,0*F8,0*F7,0*F6,0*F5,0*F4,0*F2,0*F1,0*EF,0*EE,0*EC,0*EA,0*E9,0*E7,0*E5,0*E3,0*E1,0*DF,0*DD,0*DA,0*D8,0*D6,0*D4,0*D1,0*CF,0*CC,0*

21、CA,0*C7,0*C5,0*C2,0*BF,0*BC,0*BA,0*B7,0*B4,0*B1,0*AE,0*AB,0*A8,0*A5,0*A2,0*9F,0*9C,0*99,0*96,0*93,0*90,0*8D,0*89,0*86,0*83,0*80,/輸出電壓從0到最小值正弦波1/4局部0*80,0*7C,0*79,0*76,0*72,0*6F,0*6C,0*69,0*66,0*63,0*60,0*5D,0*5A,0*57,0*55,0*51,0*4E,0*4C,0*48,0*45,0*43,0*40,0*3D,0*3A,0*38,0*35,0*33,0*30,0*2E,0*2B,0*2

22、9,0*27,0*25,0*22,0*20,0*1E,0*1C,0*1A,0*18,0*16,0*15,0*13,0*11,0*10,0*0E,0*0D,0*0B,0*0A,0*09,0*08,0*07,0*06,0*05,0*04,0*03,0*02,0*02,0*01,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,/輸出電壓從最小值到0正弦波1/4局部0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*01,0*02,0*02,0*03,0*04,0*05,0*06,0*07,0*08,0*09,0*0A,0*0B,0*0D,0*0E,0*10,0*11,0*13

23、,0*15,0*16,0*18,0*1A,0*1C,0*1E,0*20,0*22,0*25,0*27,0*29,0*2B,0*2E,0*30,0*33,0*35,0*38,0*3A,0*3D,0*40,0*43,0*45,0*48,0*4C,0*4E,0*51,0*55,0*57,0*5A,0*5D,0*60,0*63,0*66,0*69,0*6C,0*6F,0*72,0*76,0*79,0*7C,0*80;void Scan_Key(void);void Shao_Key(void) ;void delay(unsigned int *);void *ianShiSJ(void);void

24、Sanjiaobo(void) ;void Juchibo(void);void Zheng*ianbo(void);uint WW,W;void Sanjiaobo(void)/*產(chǎn)生三角波*/ =0*FF; for(WW=0;WW120;WW+) P1=;/*三角波最大值*/ -; for(SS=0;SSnumbsj;SS+) _nop_; for(W=0;W120;W+) P1=; +; for(SS=0;SSnumbsj;SS+) _nop_; uint QQ,QQQ; void Juchibo(void)/*產(chǎn)生鋸齒波*/ QQQ=0*FF ;for(QQ=0;QQ120;QQ+)

25、P1=QQQ;/*鋸齒波最大值*/ QQQ-; for(SS=0;SSnumbjc;SS+) _nop_; _nop_; uint AA;void Zheng*ianbo(void)/*產(chǎn)生正弦波*/ for(AA=0;AA255;AA+) P1=TabAA;/* 查表 */ for(SS=0;SSnumbsin;SS+) _nop_; _nop_; void *ianShiSJ(void)/*數(shù)碼管顯示信號周期*/ *table0=stable0; *table1=stable(*SSJ)%10);/個位 *table2=stable(*SSJ)%100)/10;/十位 *table3=st

26、able(*SSJ)%1000)/100;/百位 *table4=stable0; *table5=stable0; void T0_time() interrupt 1 /50ms TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; num+; if(num=5) /250ms num=0; Scan_Key(); delay(10); Scan_Key(); if(KeyY=1) /有鍵按才會執(zhí)行 KeyY=0; Shao_Key(); /求鍵盤號 switch(KeyNum) /鍵盤01的次數(shù) case 0: numbjc=numbjc+1; num

27、bsj=numbsj+1; numbsin=numbsin+1; break; case 1: numbjc=numbjc-1; numbsj=numbsj-1; numbsin=numbsin-1; break; default: NUMM=KeyNum;break; /不變 switch(NUMM) case 3: *SSJ=5*numbjc+10; break; case 4: *SSJ=10*numbsj+20; break; case 5: *SSJ=10*numbsin+23; break; default: break; *ianShiSJ(); void main() int

28、q; for(q=0;q=15;q+) stableq=stableq;*SSJ=10;*ianShiSJ();/求顯示數(shù)據(jù)IP=0*08; PP8155=0*43 ;EA=1;ET0=1;ET1=1;TMOD=0*11;TH0=(65536-50000)/256; / 高八位TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-1000)/256; / 高八位TL1=(65536-1000)%256; TR0=1;TR1=1; while(1) while(NUMM=3) Juchibo(); while(NUMM=4) Sanjiaobo(); while(NUMM=5) Zh

29、eng*ianbo() ;void delay(unsigned int *) for(j=0;j*;j+) for(i=0;i120;i+)； void Scan_Key(void) /判斷有鍵按下 uint i; PA8155=0*00; PB8155=0*FF; i=PC8155; i=i; i=i&0*0f; if(i!=0) KeyY=1; else KeyY=0; uchar Keyh,Keyl;void Shao_Key(void)/求鍵盤號 Keyl=0*fe; PB8155=0*FF; for( KeyNum=0; KeyNum=5; KeyNum+) PA8155=Keyl;