單片機波形發(fā)生器課程設(shè)計報告

PAGEPAGE17單片機課程設(shè)計題目：波形發(fā)生器班級：學號：姓名：機電汽車工程學院SchoolofMechanical&ElectronicandAutomobileEngineering

第一章 概述課程設(shè)計是為了提高學生的動手能力，實踐能力，創(chuàng)新能力而開設(shè)的一門實踐，它充分利用了學校實驗室所能提供的各種儀器及器材，根據(jù)學生所掌握的知識，從實際情況出發(fā)而制定的實踐項目。課程設(shè)計是一項重要的實踐性教育環(huán)節(jié)，是學生在完成本專業(yè)所有課程學習后必須接受的一項結(jié)合本專業(yè)方向的、系統(tǒng)的、綜合的工程訓練。在教師指導下，運用工程的方法，通過一個較復雜課題的設(shè)計練習，可使學生通過綜合的系統(tǒng)設(shè)計，熟悉設(shè)計過程、設(shè)計要求、完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計方法，掌握必須提交的各項工程文件。其基本目的是：培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想，訓練綜合運用電路設(shè)計和有關(guān)先修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固，加深和擴展有關(guān)電子類方面的知識。通過進行課程設(shè)計，提高了學生化知識為能力化能力為創(chuàng)新的素質(zhì)，鞏固了所學習的知識和技能。本課程的主要任務(wù)是運用所學微控制器技術(shù)、微機原理等方面的知識，設(shè)計出一臺以80C32MCU為核心的單片機數(shù)據(jù)采集、通訊或測控系統(tǒng)，完成信息的采集、處理、輸出及人機接口電路等部分的軟、硬件設(shè)計。多功能波形發(fā)生器設(shè)計課題需要充分靈活運用編程語言所提供的各種指令語句，巧妙利用軟硬件實現(xiàn)以上所要求的功能，在程序邏輯設(shè)計上也要求正確，合理的對項目進行分解分塊，合理的邏輯設(shè)計可以起到事半功倍的效果，是整個項目當中最富有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的部分。第二章設(shè)計任務(wù)本次課程設(shè)計要求采用單片機和DAC設(shè)計波形發(fā)生器，具體要求如下：1利用單片機和DAC0832產(chǎn)生鋸齒波、三角波、正弦波等波形2完成DAC與運放的連接，輸出可供示波器顯示。3用按鍵改變波型的種類，波形的幅值與頻率。第三章設(shè)計電路原理說明3.1系統(tǒng)主體構(gòu)造該系統(tǒng)功能主要由AT89C51單片機通過相應的軟件編程實現(xiàn)程序邏輯功能并結(jié)合相關(guān)的周圍硬件電路而實現(xiàn)。其主要的程序流程框圖如圖3.1所示：進入系統(tǒng)后，首先進行程序的初始化任務(wù)，將各相關(guān)的內(nèi)存區(qū)清空，以消除駐留數(shù)據(jù)的影響。隨后，程序不斷掃描P1口，如果P1.0，P1.1，P1.2，P1.3有任一引腳出現(xiàn)低電平，則轉(zhuǎn)向相應的波形子程序，啟動DA轉(zhuǎn)換器，輸出相應波形。在執(zhí)行波形輸出的子程序的同時，每執(zhí)行一次相應的循環(huán)體，系統(tǒng)檢測是否有鍵按下，如果沒有相應的鍵按下，則繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體，如果有鍵按下，則跳轉(zhuǎn)到程序開始的地方往下執(zhí)行。3.2硬件元件概述本次設(shè)計所采用的硬件資源主要有：AT89C51AT89C51單片機，其引腳圖如圖4.1所示。圖4.1AT89C51引腳圖芯片的引腳描述如下：1、主電源引腳VCC和VSSVCC——（40腳）接+5V電壓；VSS——（20腳）接地。2、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，此引腳應接地；對CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS，此引腳應懸浮。3、控制或與其它電源復用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP①RST/VPD（9腳）當振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10μF的電容，以保證可靠地復位。VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5±0.5V）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。②ALE/PROG（30腳）：當訪問外部存貯器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。對于EPROM單片機（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。③PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次PSEN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信號將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出）8個LS型的TTL輸入。④EA/VPP（引腳）：當EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對851/8751/80C51）或1FFFH（對8052）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。對于EPROM型的單片機（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。4、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）①P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL負載。②P1口（1腳至8腳）：是準雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。對8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時/計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。③P2口（21腳至28腳）：是準雙向8位I/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。④P3口（10腳至17腳）：是準雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復用雙功能口。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。作為第一功能使用時，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時，各引腳的定義如表所示。值得強調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。第二功能描述如下：P3.010RXD（串行輸入口）P3.111TXD（串行輸出口）P3.212INT0（外部中斷0）P3.313INT1（外部中斷1）P3.414T0（定時器0外部輸入）P3.515T1（定時器1外部輸入）P3.616WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）P3.717RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）3.2.2D/A轉(zhuǎn)換0832芯片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。其芯片引腳圖如圖4.4所示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)。所以這個芯片的應用很廣泛,關(guān)于DAC0832的引腳功能如下：D0~D7：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。IOUT1、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（-10~10V）。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。圖4.4DAC0832引腳圖3.3硬件連接概述系統(tǒng)以AT89C51單片機作為核心控制器件，外圍主要有數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片0832，均為并行通信器件，使得系統(tǒng)線路簡單可靠性高。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4.5所示。示波器示波器單片機波形選擇按鍵運放0832D/A轉(zhuǎn)換單片機波形選擇按鍵運放0832D/A轉(zhuǎn)換幅值調(diào)節(jié)旋鈕幅值調(diào)節(jié)旋鈕頻率調(diào)節(jié)按鍵

頻率調(diào)節(jié)按鍵圖3.3構(gòu)框圖系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為控制核心。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微處理器。AT89C51單片機的P1口引出四個按鍵，作為波形選擇按鈕，按下后調(diào)用相應的波形發(fā)生子程序。單片機的XTAL1和XTAL2引腳接晶振電路。P0口接DAC0832的D10~D17輸入口，P0口作為準雙向輸入/輸出口使用，由于內(nèi)部無上拉電阻，所以外接排阻RESPACK-8，AT89C51的P2口接撥碼器DIPSW_8，撥動撥碼器的八個按鈕，改變P2口的值，進而改變延時程序的時間常數(shù)，實現(xiàn)波形頻率的可控性，同樣P2口內(nèi)部無上拉電阻，需外接排阻RP2。DAC0832工作于直通方式，CS,WR1，WR2，XFER,XFER均接地，GND接地，基準電壓輸入端VREF通過可變阻值電位器RV1接5v電源Vcc。旋轉(zhuǎn)電位器旋鈕，改變VREF的電壓，進而實現(xiàn)波形幅值的調(diào)節(jié)。DAC0832的輸出端IOUT1，IOUT2接運算發(fā)大器，運放輸出端接示波器，輸出波形。3.4硬件參數(shù)簡介AT89C51單片機采用12MHz時鐘，VCC供電電源采用+5v，DAC0832工作電源采用+5v，運算放大器工作電壓分別接+15v和-15v。第四章系統(tǒng)功能描述DAC波形發(fā)生器采用AT89C51單片機于DAC0832連接，DAC0832輸出的模擬信號經(jīng)過運算放大器放大，通過示波器顯示波形。本發(fā)生器可以實現(xiàn)對輸出波形：類型，頻率，幅值的人工控制。通過AT89C51的P0口引出的四個按鍵選擇相應的輸出波形：方波，鋸齒波，三角波，正玄波通過AT89C51的P2口引出的八位獨立撥碼器改變輸出波形的頻率。通過轉(zhuǎn)動電位器的旋鈕，改變輸出波形的幅值。第五章系統(tǒng)使用說明5.1系統(tǒng)使用操作說明啟動系統(tǒng)后，程序會等待用戶按鍵選擇波形，用戶可以通過與P1.0,P1.1，P1.2，P1.3四引腳相連的按鍵，依次選擇輸出方波，鋸齒波，三角波和正玄波。在輸出波形的同時，用戶可以通過DSW1撥碼器的八個按鍵改變輸出波形的頻率，通過旋轉(zhuǎn)RV1電位器旋鈕，改變波形幅值。第六章總結(jié)本次課程設(shè)計所用到的程序全系獨立編寫，通過這一課程設(shè)計，使在課堂上所學習的單片機語言應用能力獲得了大的提高，也極大的增強了編寫調(diào)試程序和硬件連接的能力。編程工作是一項繁重，系統(tǒng)的腦力勞動，需要編程者具有足夠的耐心和毅力，耐心細致的工作態(tài)度和嚴謹務(wù)實的工作作風。本次所編寫的多功能波形發(fā)生器的源程序總共將近一千行，系統(tǒng)龐大而且繁雜，在編寫過程中，所遇到的問題非常多，整個編寫過程就是一個不斷面臨問題，不斷解決問題的過程，這一過程充滿了挑戰(zhàn)性，也充滿了各種困難，但不斷的追蹤錯誤的來源也是很有趣味的一件事情。通過這次課程設(shè)計使對單片機語言的理解和掌握上有了很大的進步，以前所了解的單片機語言僅限于一些片面的知識，通過這次編程，將這些零零碎碎的知識匯集起來，編寫出了一個完整的系統(tǒng)，并且對單片機語言的應用能力有了極大的提高，對于硬件接口的問題也有了深刻的了解，體會到了單片機的獨具一格的思想。組長：陳士行組員：董兆龍方榮欣崔帥陳國偉曹佃慧分工：陳士行：資料收集，資料匯總，主程序編寫，正玄波程序編寫，程序匯總校核，幅值調(diào)節(jié)模塊，硬件器件選擇，仿真電路連接，仿真調(diào)試，說明書編寫寫，繪制程序框圖董兆龍：資料收集，三角波程序編寫，波形選擇模塊，仿真調(diào)試，繪制程序圖 延時程序設(shè)計，D/A轉(zhuǎn)換程序設(shè)計方榮欣：資料收集，鋸齒波程序編寫，程序注釋，運放電路設(shè)計，運放的選擇崔帥：資料收集，方波程序編寫，封面設(shè)計陳國偉：資料收集，幅值調(diào)節(jié)模塊，晶振電路設(shè)計曹佃慧：