基于单片机的波形发生器毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的波形发生器毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

33 11 7. 参考文献 34 8. 致谢 35 附录一 PROTEL 原理图 36 附录二 PROTEUS 仿真图 37 附录三 PCB 图 38 附录四 系统源程序 39 12 波形发生器现状 波形发生器作为一种常用的应用电子仪器设备，传统的波形发生器可以完全用硬件电路搭建，如应用 555 振荡电路可以产生正弦波，三角波，方波等波形，传统的波形发生器多采用这种方式设计，这种方式不应用单片机，但是这种方式存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点，在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟震动等领域往往需要低频信号源，而由硬件搭建的波形发生器效果往往达不到好的效果，而且低频信号源所需要的 RC 很大，大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度也难以保证，而且体积大，漏电，体积大是该类波形发生器的显著缺点。 单片机在波形发生器中的应用 随着电子技术的飞快发展，单片 机的应用不断的深入，基于单片机的智能仪器的设计技术不断成熟。 单片机构成的仪器具有高可靠性，高性价比，单片机技术在智能仪表和自动化等诸多领域有了极为广泛的应用，并应用到各种家庭电器，单片机技术的广泛应用推动了社会的进步。 一块单片机芯片就是一台计算机，单片机的这种特殊的结构形式，使得其在某些应用领域，它承担了大中型计算机和通用微机 无法完成的一些工作。 单片机有很多优点和特点，归纳有以下几个方面： （ 1） 具有优异的性价比 单片机尽可能的把应用所需要的存储器，各种功能的 I/O 接口集成在一块芯片内，因而其性能优越，而价格性对低廉 （ 2） 集成度搞，体积小，可靠性高 单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因而集成度高，为大规模集成电路或超大规模集成电路，又内部采用总线结构，因而大大减少了芯片内部之间的连线，这大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力，同时，体积小，对于强磁场环境易于采用屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作 （ 3） 低电压和低功耗 单片机大量应用于便携式产品和家庭消费类产品，低电压和低功耗极为重要。 目前，单片机的功耗也越来越低，一枚纽扣电池就能使产品运行很长时间 13 （ 4） 控制功能强 单片机体积虽小，但五脏俱全，它非常适合专门的控制用途。 其指令系统中含有丰富的转移指令，容易通过编程实现相关控制 结论： 利用单片机采用程序设计方法来产生波形，线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强等优点，而且还能对波形进行细微的调整，改良波形，易于通过程序控制，只要对电路稍加修改，调整程序，就能实现功能的升级。 系统 设计 要求 1 采用 AT89S51 及 DAC0832 设计 函数信号发生器 2 输出信号为正弦波或三角波或阶梯波 3 输出信号频率为 100Hz，幅度 5V— +5V 可调 4 必须具有信号输出及外接电源、公共地线接口，程序在线下载接口 总体方案选择与论证 方案一： 采用模拟分立元件或单片压控函数发生器（ 8038）可产生三角波，正弦波等。 通过调整外部元件的参数实现频率，幅值，占空比的调整，但是由于元件太过分散，即使使用单片压控函数发生器，参数与外部条件有关。 因而产生的波形稳定性差，精度低，抗干扰能力差，价格高，且灵活性差 方案二： 采用单片机（ AT89S51）和数模转换芯片（ DAC0832）实现波形的产生，波形的产生由程序控制，向 D/A 的输入端按一定的规律发送数据，经过 D/A 和MC1458 产生 100HZ 频率波形，通过查询键盘或中断控制不同波形的产生。 此方案通过编程简化了外部电路，原理简单，容易实现。 方案选择：经比较，方案二明显更容易实现课程设计题目的要求。 通过编程实现不同波型的产生，并且可以通过按键实现波形的切换。 该方案线路简单，结构紧凑，系统稳定，易控制，容易调试等优点，综上分析，选择方案二实现课题要求 14 系统设计基本原理和思路 1 图 1 波形发生器系统框图 ： 该波形发生器主要由单片机（ AT89S51），数模转换电路（ DAC0832） ,电流 /电压转换电路（ MC1458），按键和波形指示灯电路， ISP 接口等组成。 其工作原理为当按下四个按键当中的任何一个按键，就会产生相对应的波形，并且四个 LED 灯作为不同波形的指示。 AT89S51 的介绍 AT89S51 的介绍 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含4K 的可编程的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。 它集 Flash 程序存储器既可在线编程（ ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片机芯片中， ATMEL 公司的功能强大，低价位 AT89S51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 主要性能参数如下：  与 MCS51 产品指令系统完全兼容  4K 字节在系统编程（ ISP） Flash 闪速存储器  1000 次擦写周期  的工作电压范围 键盘 AT89S51 波形指示 电源 A/D 转换 基准电压 电流 /电压转换 输出 15  全静态工作模式： 0HZ33MHZ  三级程序加密锁  128*8 字节内部 RAM  32 个可编程 I/O 口线  2 个 16 位定时 /计数器  6 个中断源  全双工串行 UART 通道  低功耗空闲和掉电模式  中断可从空闲模式唤醒系统  看门狗（ WDT）及双数据指针  掉电标示和快速编程特性  灵活的在系统编程（ ISP字节或页写模式） 16 AT89S51 的引脚图 图 2 AT89S51 引脚图 主要管脚说明 P0 口： P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线复用口。 作为输 出 口时，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“ 1”可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 P1 口 ： P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“ 1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 P1 口中 , 引脚的第二功能 17 P2 口： P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVE @DPTR 指令）时， P2 口送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX @Ri 指令）时， P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（ SFR））区中 P2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。 P3 口： P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： EA/VPP： 外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000HFFFFH）， EA端必须保持低电平（接地）。 需要注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会所存EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 VCC 端）， CPU 则执行内部程序存储器中的指令 RST:复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将 使单片机复位。 XTAL1： 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2： 振荡器反相放大器的输出端。 存储器结构 MCS51 单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构，均具有 64K 外部程序和数据的寻址空间。 （ 1） 程序存储器 （ ROM） ： 18 如果 EA 引脚接地（ GND），全部程序均执行外部存储器。 在 AT89S51,假如 EA 接至 VCC（电源 +），程序首先执行地址从 0000HFFFFH（ 4KB）内部程序存储器，再执行地址为 1000HFFFFH（ 60KB）的外部程序存储器。 (2) 数据存储器： AT89S51 具有 128 字节的内部 RAM，这 128 字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行， 128 字节均可设置为堆栈区空间 资源分配 软硬件设计是设计中比不可少的，为了满足功能和指标要求，现分配资源如下： 1. 晶振采用 12MHZ 2. 内存分配 ： P0 口与 DAC0832 的 DI0DI7 数据输入 ； P1 口的 ~ 分别与四个按键相连，分别控制相应波形的输出，每输出一个波形，点亮对应的 LED灯端相连 ； P2 口与 DAC0832 的输入寄存器选择信号 CS,输入寄存器写选通信号 WR1 及 DAC 寄存器写选通 WR2 和数据传送信号 XFER 最小单片机系统 的晶振及其连接方法 CPU 工作时必须要有个时钟脉冲，有两种方法可以向 AT89S51 提供时钟脉冲： 第一：外部时钟方式。 使用外部电路始终给 AT89S51 提供时钟脉冲如右图 图 3 晶振电路 第二：内部时钟方式。 使用晶振利用 AT89S51 内部电路产生时钟脉冲如左图。 我们一般使 19 用这种方式。 AT89S51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器 外接石英晶体及电容 C C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。 对外接电容 CC2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性。 如果使用石英晶体，我们推荐使用 30pF+/10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择 40pF+/10PF。 复位电路 使 CPU 开始工作的方法就是给 CPU 一个复位信号，复位信号结束后， CPU 从程序存储器“ 0000H”开始执行程序。 AT89S51 高电平复位，复位的方式一般有三种： 第一：上电复位。 接通电源时，单片机复位 第二：手动复位。 设置一个复位按钮，当操作者按下按钮时产生一个复位信号 第三：自动复位。 设计一个复位电路，当系统满足某一条件时自动产生一个复位信号。 图 4 为最简单的上电复位和手动复位方法。 图 4 AT89S51 的晶振复位电路 89S51 20 各模块电路的设计 D/A 转换电路 （ 1） DAC0832 基本介绍 DAC0832 是双列直插式 8 位 D/A 转换器。 能完成数字量输入到模拟量 (电流 )输出的转换。 其主要参数如下： 分辨率为 8 位 转换时间为 1μ s 满量程误差为177。 1LSB 参考电压为 (+10～ 10)V 供电电源为 (+5～ +15)V 逻辑电平输入与 TTL 兼容 （ 2） DAC0832 引脚图 图 5 DAC0832 引脚图 (1)DI7～ DI0 ： 8 位的数据输入端， DI7 为最高位。 (2)IOUT1 ：模拟电流输出端 1，当 DAC 寄存器中数据 全为 1 时，输出电流最大，当 DAC寄存器中数据 全为 0 时，输出电流为 0。 (3)IOUT2 ：模拟电流输出端 2， IOUT2 与 IOUT1 的和为一个常数，即 IOUT1＋ IOUT。