10hz-10khz连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析(编辑修改稿)

10hz-10khz连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析(编辑修改稿)内容摘要：

真分析 10 电路。 DAC0832 的引脚 及逻辑结构如图 5 所示： 图 5 DAC0832的引脚图及逻辑结构 数模转换电路的 设计思路是 由单片机采用编程方法产生波形 ， 通过 D/A 转换模块DAC0832 的单缓冲模式。 单片机的 P3 口连接 DAC0832 的八位数据输入端， DAC0832的输出端接放 运算 放 大器，经过放大后输出所要的波形。 其电路如图 6 所示。 图 6 DAC0832波形产生电路 10Hz10kHz 连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析 11 LCD 液晶显示 电路的设计 通过 P0 口控制 LCD的片选位， 和 控制读写， 通过定时器定时接收参数并动态显示参数值， 其详细电路 如图 7所示。 图 7 LCD液晶显示电路 软件设计 矩形波发生器的软件设计包括主程序、延时子程序、系统初始化程序、显示子程序、键盘扫描程序 和 定时器中断子程序。 其中主程序用来控制整个程序的执行，它与各子程序紧密相联，共同实现 矩形 波发生器各种功能的执行。 主程序 主程序包括系统初始化及显示程序，是一个死循环系统。 其流程 如图 8所示： 图 8主程序 流程图 开始 系统初始化 显示 10Hz10kHz 连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析 12 显示 程序 显示子程序流程 如图 9所示： 图 9 显示子程序流程图 定时中断程序 本设计采用 单片机 的 定时器 0，定时器 工作方式 选择 1 工作 方式 ，来对波形频率进行 控制 ，流程 如图 10 所示。 显示子程序入口 分离频率和占空比的各位数字 高位 置低电平 串口发送各位数字字型码 软件延时 结束 定时器 1 中断入口 TR0=0 重装定时初值 TR0=1 结束 图 10 定时器中断程序流程图 10Hz10kHz 连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析 13 键盘扫描程序 键盘扫描用外 部 中断 方式 0 实现，采用的是线反 转 法，键盘扫描 采用逐行扫描的方法。 关于键盘扫描程序的说明： ○ 1 频 率可调时，占空比保持原状不变，反之亦然，只能进行单一变量的调节。 ○ 2 频率调节： 通过不同按键 可以进行加 1Hz、减 1Hz、加 100Hz、减 100Hz、加1000Hz 和 减 1000Hz 操作。 如果按住某个键不放，便会执行连续加值或减值操作。 这里的频率 可调节 的最大值为 10000Hz， 频率 可调节 的最小值为 10Hz。 ○ 3 占空比调节： 可进行加 与减 操作，分别由 1 号键、 2 号键控制。 要注意的是占空比的初值是 ，定义的 ZKB 为 ，故调节占空比时， ZKB 会进行加 或者 减 操作。 ○ 4 为了减轻单片机的工作量，在软件设计中采取了这样的措施，在修改参数确定后才进行 单片机 定时器 0 初值的计算。 10Hz10kHz 连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析 14 键盘中断处理子程序流程 如图 11 所示 ： 波形发生程序 说明：此程序截取自总程序中的一段 ，是矩形波的发生函数 ，详细程序源码参见附件 3。 void square() //矩形波函数 N Y EA=0 软件延时消抖 外部中断 0 入口 是否为抖动 键盘 扫描，得到键码 查表取键值 i 按键处理 实时显示 图 11 键盘中断处理子程序流程图 键盘口初始化 EA=1 结束 10Hz10kHz 连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析 15 { d++。 if(d=k) { P3=0xff*chh/50。 } else { P3=0x00。 } } 总 程序 参见 附件 3。 4 仿真调试 软件调试 调试问题 系统软件 调试是通过程序调节从而使电路系统更好的工作，以期得到更接近准确的数据，从而使电路工作输出更精确，更接近实际。 本设计主要有以下软件调试： ○ 1 在 对 频率处理时，由于电路本身设计不足和外界的干扰，致使 LCD12864 显示的频率与用数字示波器观察得到的频率有一定的差别，但通过 对 数据 的 观察和比较，发现了其中的误差规律。 ○ 2 在 D/A 转换控制占空比的过程中，由于要取得 双极性输出，需要用到运算放大器 ， 因此占空比的输出也会有误差。 ○ 3 延时 消除键抖动 ，就是说一旦发现有键按下，就延时 25ms 以后再测按键的状态。 这样就避免按键发生抖动的那一段时间，使 CPU能可靠的读按键的状态。 键盘扫10Hz10kHz 连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析 16 描中应防止误按按键的情况。 这种情况的发生通常是由于键扫描速度和键处理速度较快，当某一个按下的键还未松开时，键扫描程序和键处理程序就执行了。 为了防止发生这种情况，在键扫描程序中不仅要检测是否有按键按下，在有键按下的情况，作一次键处理，而且在键处理完毕后，还应检测按下的键是否松开，只有当按下的键松开以后，程序才往下执行。 这样每按一个键，只作一个键处理，使两者达到同步，消除按一次按键有多次键值输入的错误情况。 按键电压 抖动 变化如图 12 所示。 调试结果 软件调试分为 Keil 程序 调试和 Proteus 仿真电路 调试两种， 再 通过 两种软件 的协调调试可 得出理想 结果。 下面通过四张软件仿真结果图的比较，通过按键改变其中某一参数而 达到 改变波形 的目的。 LCD 液晶屏显示的简码“ FZ”表示波形幅值，“ BX”表示波形，“ PL”表示 波形的 频率，“ ZK”表示 波形的 占空比。 仿真 结果 如图 1 115 和 16 所示。 10Hz10kHz 连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析 17 图 13 频率为 10Hz，占空比为 ，幅值为 ，周期为 图 14 调节频率后的 波形，频率为 3030Hz，占空比为 ，幅值为 ,周期为 说明：通过图 13 和图 14 进行比较，通过按键调节波形频率，图中频率值由 10Hz调节至 3030Hz， 实际测试的周期值 （实际频率值 ） 变为 （实际频率值 ）， 其他参数保持不变， 对两图波形进行比较， 波形 的频率 发生变10Hz10kHz 连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析 18 化。 图 15 调节占空比后的波形，频率为 3030Hz，占空比为 ，幅值为 说明：通过图 14 和图 15 进行比较，通过按键调节波形 幅值 ，图中 幅值 由 调节至 ，其他参数保持不变， 对 两图 波形进行比较， 波形 的 幅值 发生变化。 图 16 调节幅值后的波形，频率为 3030Hz，占空比为 ，幅值为 10Hz10kHz 连续可调矩形波发生器的设计及仿真分析 19 说明：通过图 15 和图 16 进行比较，通过按键调节波形 占空比 ，图中 占空比 由 调节至 ，其他参数保持不变， 比较两图波形， 波形 的 占空比 发生变化。 整个系统硬件的调试有以下 三个部分 ： ○ 1 采用现成的单片机学习板，进行插线连接 ，缺少的芯片自行购买，再在另外的电路板上焊接。 ○ 2 运放 放大器 使用 的是 LM324N 芯片， D/A 转换芯片使用 的是 DAC0832 芯片。 ○ 3 D/A 转换电路中，为了 保证 D/A 转换器总线在空 闲 方式 时 为高电平， D/A转换器的数据线和时钟线都 应 接上拉电阻与电源相连。 ○ 1 本设计 能产生 10hz10khz 的连续可调的矩形波 ，并且可通过调节 占空比、幅值、频率等参数。 ○ 2 输出波形的频率范围为 1Hz～ 10kHz， 可以通过键盘进行步进粗调和微调频率，通过外部中断可同步调节频率，具有 在低频部分。