基于单片机的信号发生器的设计.doc-资料库

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唐山师范学院题目基于单片机的信号发生器的设计院系名称：电子信息科学与技术学号： 111180241015 摘要波形发生器即简易函数信号发生器，是一个能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、方波、正弦波等波形电路。函数信号发生器在电路实验和设备仪器中具有十分广泛的用途。通过对函数发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出 1

三角波、锯齿波、方波、正弦波的函数波形发生器。在工业生产和科研中利用函数信号发生器发出的信号，可以对元器件的性能及参数进行测量，还可以对电工和电子产品进行指数验证、参数调整及性能鉴定。常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的，当这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的 RC 值很大，这样不仅参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，虽然其性能好但体积较大，价格较贵，因此，高精度，宽调幅将成为数字量信号发生器的趋势。本文介绍的是利用 89C52 单片机和数模转换器件 DAC0832 产生所需不同信号的低频信号源，其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。文中简要介绍了 DAC0832 数模转换器的结构原理和使用方法，89C52 的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。文中着重介绍了如何利用单片机控制 D/A 转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。信号频率幅度也按要求可调。本设计核心任务是：以 AT89C52 为核心，结合 D/A 转换器和 DAC0832 等器件，用仿真软件设计硬件电路，用 C 语言编写驱动程序，以实现程序控制产生正弦波、三角波、方波、三种常用低频信号。可以通过键盘选择波形和输入任意频率值。关键词： AT89C52 单片机函数波形发生器 DAC0832 方波三角波正弦波目次 1 引言 .................................................................................................................4 2 系统设计 ...........................................................................................................6 2.1 方案 ..............................................................................................................6 2

2.2 器件选择 ......................................................................................................6 2.3 总体系统设计 ..............................................................................................6 2.4 硬件实现及单元电路设计 ..........................................................................7 2.4.1 单片机最小系统设计 ..........................................................................7 2.4.2 D/A 转换器 ..........................................................................................8 2.4.3 运算放大器电路 ..................................................................................10 2.4.4 LED 显示器接口电路 ..........................................................................11 2.4.5 波形产生原理及模块设计 ..................................................................11 2.4.6 显示模块设计 ......................................................................................13 2.4.7 键盘显示模块设计 ..............................................................................14 2.5 软件设计流程 ..............................................................................................14 2.5.1 软件中的重点模块设计 ......................................................................14 3 输出波形种类与频率的测试 ...........................................................................18 3.1 测量仪器及调试说明 ..................................................................................18 3.2 调试过程 ......................................................................................................18 3.3 调试结果 ......................................................................................................22 结论 .........................................................................................................................23 致谢 .........................................................................................................................25 参考文献 .................................................................................................................26 附录 A 源程序..........................................................................................................27 附录 B 仿真图...........................................................................................................34 1 引言单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调 3

制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常。用一般的信号发生器，不但笨重，而且只发一些简单的波形，不能满足需要。例如用户要调试串口通信程序时，就要在计算机上写好一段程序，再用线连接计算机和用户实验板，如果不正常，不知道是通讯线有问题还是程序有问题。用 E2000/L 的波形发生器功能，就可以定义串口数据。通过逻辑探勾输出，调试起来简单快捷。基于单片机的简易波形发生器是一种常用的信号源,它广泛地应用在电子技术实验、自动控制系统和其他科研领域。目前, 简易波形发生器的构成方法有很多,例如采用DDS(Direct2Digital Synthesis)型的任意波发生器、采用专用的信号发生芯片MAX038以及传统的 AWG 。本设计源于2007年全国大学生电子制做大赛,通过分析比较后采用传统的方法来实现多功能波形发生器。借助高性能单片机运算速度高,系统集成度强的优势,设计的这种信号发生器,比以前的数字式信号发生器具有硬件简单,理解及实现起来较容易,该方案的设计思路较为清晰,且容易对频率和幅值进行控制等优点。低频信号发生器采用单片机波形合成发生器产生高精度，低失真的正弦波电压，可用于校验频率继电器，同步继电器等，也可作为低频变频电源使用。以单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器。信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的 4

设计原理。介绍了单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程、DAC0832 D/A转换器的原理和使用方法、AT89C52以及与设计电路有关的各种芯片、关于产生不同低频信号的信号源的设计方案。该信号发生器具有体积小、价格低、性能稳定、功能齐全的优点。 2 系统设计 2.1 方案：利用AT89C52单片机采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。设计要求 5

1) 、利用单片机采用软件设计方法产生三种波形 2）、三种波形可通过键盘选择 3）、波形频率可调 4）、需显示波形的种类及其频率 2.2 器件选择 1、通过单片机控制 D/A，输出三种波形。 2、AT89C52 单片机是一种高性能 8 位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器 CPU、存储器、寄存器、I/O 接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机、而且其价格便宜。 3、采用 LCD 液晶显示器 1602。其功率小，效果明显，显示编程容易控制，可以显示字母。 2.3 总体系统设计该系统采用单片机作为数据处理及控制核心，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和变换，采用按键输入，利用液晶显示电路输出数字显示的方案。将设计任务分解为按键电路、液晶显示电路等模块。图 D/A0832 放大 2-1 为系统的总体框图输出显示主控芯片 AT89C52 键盘 6

图 2-1 总体方框图 2.4 硬件实现及单元电路设计 2.4.1 单片机最小系统的设计 89C52 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用 89C52 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图 89C51 单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点： (1) 有可供用户使用的大量 I/O 口线。 (2) 内部存储器容量有限。 (3) 应用系统开发具有特殊性。标准的 52 为 8K 程序空间，128 字节的 RAM，32 条端口，5 个中断，2 个定时/计数器，12 个时钟周期执行一条基本指令，最长的除法为 48 个周期。52 为 8K 程序空间，256 字节的 RAM，32 条端口，6 个中断，3 个定时/计数器。 7

图 2-2 AT89C52 单片机最小系统 2.4.2 D/A 转换器 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。图 3.5 为 DAC0832 的引脚图。其主要参数如下：分辨率为 8 位，转换时间为 1μs，满量程误差为±1LSB，参考电压(+10/span>-10)V，供电电源为 (+5～+15)V，逻辑电平输入与 TTL 兼容。从图 3-1 中可见，在 DAC0832 中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的允许锁存信号为 ILE，第二级锁存器称为 DAC 寄存器，它的锁存信号也称为通道控制信号 /XFER。 8

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