基于單片機的簡易低頻信號發(fā)生器的設(shè)計

緒論1.1信號發(fā)生器的現(xiàn)狀與發(fā)展信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛的應用于電子電路、自動控制和科學實驗等領(lǐng)域。它是一種為電子測量和計量工作提供符合嚴格技術(shù)要求的電信號設(shè)備。因此，信號發(fā)生器和示波器、電壓表、頻率計等儀器一樣是最普通、最基本的，也是應用最廣泛的電子儀器之一，幾乎所有的電參量的測量都需要用到信號發(fā)生器。自六十年代以來，信號發(fā)生器就有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器、掃描信號發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、控制信號發(fā)生器等種類。各種信號發(fā)生器的主要性能指標也都有了大幅度的提高，同時在簡化機械結(jié)構(gòu)、小型化、多功能等各方面也有了顯著的發(fā)展。1.2設(shè)計內(nèi)容及方案的確定本課題要求以MCS-51系列單片機為核心，設(shè)計一個簡易低頻信號發(fā)生器。要求能輸出0.1～50HZ的正弦波、三角波和方波信號，能方便的用鍵盤選擇不同的輸出并在LED顯示器上顯示。單片機通過查表的方法完成波形數(shù)據(jù)要求，輸出的正弦波、三角波和方波信號頻率在0.1～50HZ可調(diào)，系統(tǒng)有啟動、調(diào)頻和不同波形選擇按鍵，轉(zhuǎn)速顯示要求至少4位。根據(jù)要求我們組討論如下：直接采用8位DA轉(zhuǎn)換芯片，讓單片機對8位DA芯片進行控制，從而輸出波形。第2章基于單片機的簡易低頻信號發(fā)生器的設(shè)計2.1總體設(shè)計框圖5151單片機DAC0832DAC0832數(shù)碼管示波器示波器按鍵圖2.1.1總體設(shè)計框圖如方框圖所示根據(jù)要求我們組討論如下：通過C程序的編譯，頻率檔位選擇按鍵UP、DOWN以及波形選擇按鍵SWITCH，通過數(shù)碼管顯示頻率檔位和波形。并且通過DAC0832實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后用示波器觀察輸出的結(jié)果。2.2單片機結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)工作原理數(shù)模轉(zhuǎn)換器器工作原理就是模擬信號數(shù)字化的逆過程，模擬信號數(shù)字化通過采樣、量化、編碼完成，那么數(shù)字信號模擬化的過程讀取二進制碼、二進制碼權(quán)值相加、輸出一個總的電流或電壓。這其實就是一個模擬電子計數(shù)中的加法器。量化電平個數(shù)相對于數(shù)模轉(zhuǎn)換的分辨率，對于低頻低成本的信號發(fā)生器，為了簡化程序設(shè)計，所以直接采用8位DA轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，讓單片機AT89C51對8位DA芯片進行控制，從而輸出波形。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。單盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。我們所設(shè)計的程序是總結(jié)了目前各個智能化設(shè)計程序的水位監(jiān)測系統(tǒng)，采用51控制單片機，集水位采集、存儲、顯示及遠程聯(lián)網(wǎng)于一體的設(shè)計，使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化。同時采用AT89系列單片機，AT89系列單片機是ATEML公司的8位Flash單片機。AT89系列單片的核心是8031，在軟件和硬件方面與MCS-51系列完全兼容，AT89系列的指令與有關(guān)定義和MCS一51完全相同，MCS—51系列單片機應用系統(tǒng)編寫的程序可以直接使用。AT89系列的引腳排列、定義與MCS-51完全一致，可以直接替換。由于內(nèi)部有FlashROM，所以編寫的程序燒錄很方便，易于電擦除，可以反復使用，非常方便用戶對程序進行修改，縮短研制周期，降低了研制成本。在單片機部有Flash存貯器，功耗特別低，F(xiàn)lashROM的容量從TA89C1051的1K到AT89S55的20K，有許多品種，選擇余地大。2.3系統(tǒng)工作流程圖開始中斷初始化鍵盤掃描子程序數(shù)碼管顯示圖2.3.1系統(tǒng)工作流程圖在C編譯時，通過在主程序內(nèi)設(shè)置中斷初始化、調(diào)用按鍵子程序、檔位頻率鍵、波形種類選擇鍵的設(shè)置，在輔助程序中編譯好各個子程序使得程序可以通順流程的進行2.4獨立按鍵流程圖編譯按鍵子程序時，要求開始后系統(tǒng)默認設(shè)置波形種類選擇檔位為1，設(shè)置頻率檔位為5，通過標志位來判斷走向，如果標志位不為0則直接結(jié)束，如果標志位為0，則按鍵松開后看a的取值來選擇波形種類，如果a>3，則認為a=1，如果不大于則結(jié)束。鍵松開？鍵松開？SWITCH標志位=0？YNa+1開始SWITCH按下？消抖延時20msNYa=1a>3?結(jié)束YN圖2.4.1獨立按鍵流程圖2.5中斷服務程序流程圖開開始a=1？a=2？Case語句給定時器賦初值輸出正弦波輸出三角波輸出方波YYa=3？YNN結(jié)束i++;if(i>255)i=0;圖2.5.1中斷服務程序流程圖程序開始后根據(jù)Case語句給定時器賦初值，判定a的取值，如果a=1則輸出正弦波形，如果a=2則輸出三角波形，如果a=3則輸出方波波形，待波形輸出后看中斷服務計數(shù)i的取值如果i++;if(i>255)i=0，則程序結(jié)束。第3章各硬件單元電路的設(shè)計3.1AT89C51單元電路的設(shè)計單片機的設(shè)計利用P1、P2口共同控制數(shù)碼管的一系列顯示，P1口為段碼輸出，P2.0、P2.3作為位碼輸出，P0口作為輸出，輸出到D/A轉(zhuǎn)換器的輸入，P3.2、P3.3、P3.4分別作為波形種類選擇按鍵的輸入，波形頻率檔位加的輸入，波形頻率檔位減的輸入，P3.6口連接到D/A轉(zhuǎn)換器的WR口。圖3.1.1A3.2按鍵的單元電路設(shè)計三個不同的按鍵一端連在單片機P3口，另一端接地使得電路連通，在按鍵與單片機間還需增加三個上拉電阻來避免出現(xiàn)懸空的可能性。圖3.2.1AT89C51單元設(shè)計電路圖3.3DAC0832芯片的單元電路設(shè)計本單元的設(shè)計主要是把單片機的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成模擬輸出，把單片機的八位輸出送到D/A轉(zhuǎn)換器的D10到D17作為轉(zhuǎn)換器的輸入，從單片機P3.6口輸出的信號送到D\A寄存器選通輸入WR。因為D\A轉(zhuǎn)換器的輸出是電流，所以要加一個運算放大器把電流轉(zhuǎn)換成電壓。圖3.3.1DAC0832單元設(shè)計電路第4章系統(tǒng)仿真由于本次課程設(shè)計條件的限制，只做了軟件（protues）仿真。按照設(shè)計的電路連接好，電路接好后，按照預先設(shè)定好的調(diào)試步驟，逐步對電路進行系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試結(jié)果做如下：4.1方波當數(shù)碼管上第四位及波形種類顯示位顯示為3時，示波器中顯示為方波，此時頻率的大小受頻率檔位選擇鍵的控制。圖4.1.1方波仿真圖4.2正弦波當數(shù)碼管上第四位及波形種類顯示位顯示為1時，示波器中顯示為正弦波，此時頻率的大小受頻率檔位選擇鍵的控制。圖4.2.2正弦波仿真圖4.3三角波當數(shù)碼管上第四位及波形種類顯示位顯示為2時，示波器中顯示為三角波，此時頻率的大小受頻率檔位選擇鍵的控制。4.3.1三角波仿真圖結(jié)束語這次單片機課程設(shè)計我們歷時兩個星期，但經(jīng)過這兩個星期的實踐和體驗下來，我對單片機越來越感興趣了，之前對我來說學到的僅是那些理論知識，通過這次設(shè)計的具體應用，我發(fā)現(xiàn)了它的強大之處。這次課程設(shè)計感觸最深的是團隊和合作。在這我要謝過那些幫我的老師和同學?，F(xiàn)在想來，學校安排的課程設(shè)計確實有著它深層的意義，它不僅僅讓我們綜合那些理論知識來運用到設(shè)計和創(chuàng)新，還讓我們知道了一個團隊凝聚在一起時所能發(fā)揮出的巨大潛能。通過這次課程設(shè)計我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學習的興趣，我想這將對我以后的學習產(chǎn)生積極的影響。通過這次設(shè)計，我懂得了學習的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。單片機課程設(shè)計結(jié)束了，但通過設(shè)計我所學到的東西卻將長久的存在。相信這次設(shè)計帶給我們的嚴謹?shù)膶W習態(tài)度和一絲不茍的科學作風將會給我們未來的工作和學習打下一個更堅實的基礎(chǔ)。最后真誠的感謝李曉秀的老師的教育與指導,感謝周定雙與陳順舟同學在整個過程中對我的幫助!參考文獻【1】教材《單片微型計算機技術(shù)》劉國榮編機械工業(yè)出版社【2】《單片微型計算機原理、應用及接口技術(shù)》張迎新編國防工業(yè)出版社【3】單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)》房小翠編國防工業(yè)出版社【4】《單片機應用系統(tǒng)設(shè)計》何立民編北航出版社【5】《單片機原理及接口技術(shù)曹琳琳編國防科技大學出版社附錄A建議信號發(fā)生器設(shè)計控制電路及仿真附錄B源程序清單#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineP0XBYTE[0xdf00] //P0瑣存地址unsignedcharcodeseg[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//顯示數(shù)組unsignedcharcodesig_sin[256]={0x80,0x83,0x86,0x89,0x8c,0x8f,0x92,0x95,0x98,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb0,0xb3,0xb6,0xb9,0xbc,0xbf,0xc1,0xc4,0xc7,0xc9,0xcc,0xce,0xd1,0xd3,0xd5,0xd8,0xda,0xdc,0xde,0xe0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe8,0xea,0xec,0xed,0xef,0xf0,0xf2,0xf3,0xf4,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfc,0xfd,0xfe,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfe,0xfd,0xfc,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf3,0xf2,0xf0,0xef,0xed,0xec,0xea,0xe8,0xe6,0xe4,0xe3,0xe1,0xde,0xdc,0xda,0xd8,0xd6,0xd3,0xd1,0xce,0xcc,0xc9,0xc7,0xc4,0xc1,0xbf,0xbc,0xb9,0xb6,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x92,0x8f,0x8c,0x89,0x86,0x83,0x80,0x7d,0x79,0x76,0x73,0x70,0x6d,0x6a,0x67,0x64,0x61,0x5e,0x5b,0x58,0x55,0x52,0x4f,0x4c,0x49,0x46,0x43,0x41,0x3e,0x3b,0x39,0x36,0x33,0x31,0x2e,0x2c,0x2a,0x27,0x25,0x23,0x21,0x1f,0x1d,0x1b,0x19,0x17,0x15,0x14,0x12,0x10,0xf,0xd,0xc,0xb,0x9,0x8,0x7,0x6,0x5,0x4,0x3,0x3,0x2,0x1,0x1,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x1,0x1,0x2,0x3,0x3,0x4,0x5,0x6,0x7,0x8,0x9,0xa,0xc,0xd,0xe,0x10,0x12,0x13,0x15,0x17,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x23,0x25,0x27,0x29,0x2c,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3b,0x3d,0x40,0x43,0x46,0x48,0x4b,0x4e,0x51,0x54,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6c,0x6f,0x73,0x76,0x79,0x7c};unsignedchara;//全局信號信號選擇變量unsignedintb;//全局信號檔位變量送顯示unsignedintpinlv;// 檔位變量送定時器賦初值unsignedinti=0;//中斷服務計數(shù)sbitbutten_swtich=P3^2; //按鍵1波形選擇sbitbutten_up=P3^3; //按鍵2頻率+sbitbutten_down=P3^4; //按鍵3頻率-voiddelay1ms(unsignedcharii)//延時基時1毫秒子程序{unsignedcharjj;for(;ii>0;ii--)for(jj=0;jj<125;jj++);}voidInit_Timer1(void) //定時器0初始化{EA=1;//開總中斷 ET1=1;//定時器T1中斷允許 TMOD=0x10;//TMOD=0001000B，使用定時器T1的模式1 TH1=(65536-500)/256;//定時器T1的高8位賦初值TL1=(65536-500)%256;//定時器T1的高8位賦初值 TR1=1;//啟動定時器T1}voidbutten_scan1()//按鍵處理子程序{ if(butten_swtich==0)//信號按鍵選擇 { delay1ms(20);//消抖延時 if(butten_swtich==0) { while(!butten_swtich); //等待按鍵松開 a++; if(a>3)a=1;//循環(huán)選擇 } }}voidbutten_scan2(){ if(butten_up==0)//信號按鍵選擇 { delay1ms(20);//消抖延時 if(butten_up==0) { while(!butten_up);//等待按鍵松開 b=b+1; if(b>9)b=9;//再按加就不再加了 } } elseif(butten_down==0)//信號按鍵選擇 { delay1ms(10);//消抖延時 if(butten_down==0) { while(!butten_down);//等待按鍵松開 b=b-1; if(b<1)b=1;//再按減就不再減了 }}}main(){ a=1;b=5;Init_Timer1(); while(1) { butten_scan1();//調(diào)用按鍵處理子程序 butten_scan2(); P2=0x1;P1=seg[a];//信號輸出送顯示1三角波2正弦波3方波 delay1ms(10);P2=0x8;P1=seg[b];//檔位顯示0~9默認第5檔 delay1ms(10); }}voidOS_Timer1(void)interrupt3 //系統(tǒng)OS定時中斷服務{(diào) switch(b) //根據(jù)不同的檔位給定時器賦不同的初值 { case1:pinlv=0xf2;break; case2:pinlv=0xf3;break; case3:pinlv=0xf4;break; case4:pinlv=0xf5;break; case5:pinlv=0xf6;break; case6:pinlv=0xf7;break; case7:pinlv=0xf8;break; case8:pinlv=0xf9;break; case9:pinlv=0xfa;break; }TH1=pinlv; //定時器賦初值TL1=0xff; //定時器賦初值if(a==1)P0=sig_sin[i];//P0口給正弦波信號數(shù)組elseif(a==2){if(i<128)P0=2*i;elseP0=254-2*i;}//P0口給三角波信號數(shù)組elseif(a==3){if(i>128)P0=0xff;elseP0=0;}//方波i++;if(i>255)i=0;}目錄第1章 緒論 11.1信號發(fā)生器的現(xiàn)狀與發(fā)展 11.2設(shè)計內(nèi)容及方案的確定 1第2章基于單片機的簡易低頻信號發(fā)生器的設(shè)計 22.1總體設(shè)計框圖 22.2單片機結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)工作原理 32.3系統(tǒng)工作流程圖 42.4獨立按鍵流程圖 42.5中斷服務程序流