基于單片機的多波形發(fā)生器設計

1、<p>　　基于單片機的多波形發(fā)生器設計</p><p><b>　　設計目的與任務</b></p><p>　　《電子信息工程專業(yè)方向》課程設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計練習，可使學生通過綜合的系統(tǒng)設計，熟悉設計

2、過程、設計要求、完成的工作內(nèi)容和具體的設計方法，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)系實際的設計思想，訓練綜合運用電路設計和有關(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。</p><p>　　通過課程設計，應能加強學生如下能力的培養(yǎng)：</p><p>　?。?）自身的獨立工作能力和創(chuàng)造力；</p><

3、p>　?。?）綜合運用專業(yè)及基礎知識，解決實際工程技術(shù)問題的能力；</p><p>　?。?）查閱圖書數(shù)據(jù)、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；</p><p>　?。?）工程繪圖的能力；</p><p>　?。?）編寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力；</p><p><b>　　設計指標與技術(shù)要求</b></p>

4、;<p>　?。?）借助現(xiàn)有的單片機系統(tǒng)；</p><p>　?。?）能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形；</p><p>　?。?）各種波形頻率可調(diào)，頻率范圍為100－3000Hz；</p><p>　　（4）正弦波輸出電壓為5V峰峰值，方波、三角波、鋸齒波輸出電壓為5V</p><p>　?。?）采用8位D/A轉(zhuǎn)換器；

5、</p><p>　　（6）進行硬件平滑濾波；</p><p>　?。?）編寫程序并調(diào)試；</p><p>　　（8）提供程序清單；。</p><p><b>　?。?）能實物演示</b></p><p><b>　　總體設計</b></p><p>

6、　　圖1.1所示是基于單片機的多波形發(fā)生器的總體設計流程圖。</p><p>　　圖1.1 總體設計流程圖</p><p>　　3.1總體設計功能說明：</p><p>　　根據(jù)設計要求，分析得本次設計需要硬件和軟件兩部分。</p><p>　　硬件上，如圖。鍵盤輸入部分主要用于選擇波形。鍵盤共設4個鍵，用于選擇三角波、矩形波、鋸齒波、正弦

7、波4種不同的波形，。89C51單片機用來執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向D／A轉(zhuǎn)換器的輸入端發(fā)送數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化成模擬量，并通過運算放大器調(diào)節(jié)波形的幅值，經(jīng)過濾波器的濾波，從而在輸出端得到所需的波形。</p><p>　　軟件上，如圖。可由硬件設計好后，再根據(jù)要求進行具體編寫。程序的主要功能是：首先程序在開始后，先判斷P0.0，P0.1 ，P0.2相應的波形,然后根據(jù)選擇的波形輸出相應的波形.程序?qū)⒏鶕?jù)要求進行調(diào)節(jié)波形.再

8、下一步程序再判斷用戶繼續(xù)從鍵盤輸入要輸出的波形，可以進行必要的延遲。 </p><p>　　3.2總體電路圖3.2如下所示：</p><p>　　圖1.2 總體電路圖</p><p>　　3.3總體程序流程圖3.2如下所示：</p><p>　　圖1.3 總體程序流程圖</p><p><b>　　總體設

9、計</b></p><p>　　4.1 8051單片機</p><p>　　圖2.1　8051引腳圖</p><p>　　如果按功能劃分，它由8個部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。&l

10、t;/p><p><b>　　各功能部件的介紹：</b></p><p>　　1）數(shù)據(jù)存儲器（RAM）：片內(nèi)為128個字節(jié)單元，片外最多可擴展至64K字節(jié)。</p><p>　　2）程序存儲器（ROM/EPROM）：ROM為4K，片外最多可擴展至64K。</p><p>　　3）中斷系統(tǒng)：具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。&l

11、t;/p><p>　　4）定時器/計數(shù)器：2個16位的定時器/計數(shù)器，具有四種工作方式。</p><p>　　5）串行口：1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。</p><p>　　6）特殊功能寄存器（SFR）共有21個，用于對片內(nèi)各功能模塊進行管理、監(jiān)控、監(jiān)視。</p><p>　　7）微處理器：為8位CPU，且內(nèi)含一個1位CPU（位處理器），

12、不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。</p><p>　　8）四個8位雙向并行的I/O端口，每個端口都包括一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和一個輸入緩沖器。這四個端口的功能不完全相同。</p><p>　　A、P0口既可作一般I/O端口使用，又可作地址/數(shù)據(jù)總線使用；</p><p>　　B、P1口是一個準雙向并行口，作通用并行I/O口使用；</p>

13、<p>　　C、 P2口除了可作為通用I/O使用外，還可在CPU訪問外部存儲器時作高八位地址線使用；</p><p>　　D、P3口是一個多功能口除具有準雙向I/O功能外，還具有第二功能。</p><p><b>　　控制引腳介紹：</b></p><p>　　1）電源：單片機使用的是5V電源，其中正極接40引腳，負極（地）接20引

14、腳。</p><p>　　2）時鐘引腳XTAL1、XTAL2時鐘引腳外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成了振蕩器，它提供單片機的時鐘控制信號。時鐘引腳也可外接晶體振蕩器。</p><p>　　振蒎電路：單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器</p><p>　　3）RST：當振蕩器運行時，在此引腳外加上兩個機器周期的高

15、電平將使單片機復位（RST）。我們在此引腳與VCC之間連接一個約8.2千歐的下拉電阻，與引腳之間連接一個約10微法的電容，以保證可靠復位。在單片機正常工作時，此引腳應為≤0。5V低電平。</p><p>　　4）ALE：當訪問單片機外部存儲器時ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的負跳沿用于16位地址的底8位的鎖存信號。即使不訪問外部鎖存器，ALE端仍有正脈沖信號輸出，此頻率約為時鐘振蕩器的1/6。但是每當訪問外部數(shù)據(jù)

16、存儲器時，在兩個機器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個ALE脈沖。因此，嚴格來說，用戶不能用ALE做時鐘源或定時。ALE端可以驅(qū)動8個TTL負載</p><p>　　5）/PSEN（29腳）：此腳的輸出是單片機訪問外部程序存儲器的讀選通信號。在由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期PSEN兩次有效。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信號不出現(xiàn)。/PSEN可以驅(qū)動（吸收或者輸出

17、電平）8個LSTTL負載。</p><p>　　6）/EA/VPP（31腳）：當EA端保持高電平時，單片機訪問內(nèi)部存儲器，但在PC值超過0FFFH時，講自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部存儲器內(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)部存儲器。</p><p>　　4.2 DAC0832芯片</p><p>　　圖2.2 DAC0832芯片圖</p&g

18、t;<p>　　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。</p><p>　　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：</p&

19、gt;<p>　　D0~D7：數(shù)字信號輸入端。</p><p>　　ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。</p><p>　　CS：片選信號，低電平有效。</p><p>　　WR1：寫信號1，低電平有效。</p><p>　　XFER：傳送控制信號，低電平有效。</p><p>　　WR2：寫信號2，低

20、電平有效。</p><p>　　IOUT1、IOUT2：DAC電流輸出端。</p><p>　　RfB：是集成在片內(nèi)的外接運放的反饋電阻。 </p><p>　　VREF：基準電壓（-10~10V）。</p><p>　　Vcc：是源電壓（+5~+15V）。</p><p>　　AGND：模擬地 NGND：數(shù)字地，可與

21、AGND接在一起使用。</p><p>　　4.3 硬件濾波電路</p><p>　　圖2.3 濾波電路圖</p><p>　　由圖知，截止頻率w0 =w =1/RC，即f =1/2pRC，再根據(jù)公式Q=Rf/(2Rf-R2)及Rf∥R2=2R可算出Rf及R2的值。</p><p><b>　　5. 調(diào)試</b><

22、/p><p>　　實驗調(diào)試過程需要使用到裝有Keil C51的電腦、DP-51PRO單片機綜合仿真實驗儀以及示波器，具體步驟如下：</p><p>　?。?）使用導線把A2區(qū)J57、J58接口的/WR引腳與B6區(qū)J37接口的WR1、WR2相連。</p><p>　　（2）使用導線把A2區(qū)J63、J64接口的A15引腳與B6區(qū)J1接口的/CS、XFER相連。</p&

23、gt;<p>　　（3）使用導線把B6區(qū)J10接口的ILE、Vref引腳與A4區(qū)J81接口和A5區(qū)J84接口的VCC相連。</p><p>　?。?）使用導線把B6區(qū)J11接口的IOUT1引腳與C9區(qū)J71接口的B-相連。</p><p>　?。?）使用導線把B6區(qū)J11接口的IOUT2引腳與GND引腳相連同時與C9區(qū)J71接口的B+相連。注意：連接時需要使用C9區(qū)J30等轉(zhuǎn)

24、接接口。</p><p>　?。?）使用導線把B6區(qū)J10接口的Rfb引腳與C9區(qū)J71接口的BOUT相連。注意：連接時需要使用C9區(qū)J36等轉(zhuǎn)接接口。</p><p>　?。?）使用導線把C9區(qū)J71接口的V+引腳與C9區(qū)J19接口的＋12V相連。</p><p>　　（8）使用導線把C9區(qū)J72接口的V-引腳與C9區(qū)J19接口的－12V相連。</p>

25、<p>　　（9）使用導線連接D7區(qū)的J4和A2區(qū)的P16、P17(SCL~P16、SDA~P17)，連接D7區(qū)J2的/RST和A2區(qū)J61的P10，短接D7區(qū)的JP1跳線。</p><p>　?。?0）使用Keil C51集成開發(fā)環(huán)境，編輯源程序，生成目標文件并調(diào)試程序，觀察運行結(jié)果。</p><p>　?。?1）修改程序編程產(chǎn)生三角波、矩形波、鋸齒波、正弦波，并用示波器觀

26、測輸出波形。</p><p><b>　　附： 匯編代碼</b></p><p>　　具體的程序代碼如下：</p><p>　　ORG 8000H ；此為硬件仿真調(diào)試程序，使用軟件仿真或直接運行，應改為0000H</p><p>　　MAIN:MOV A,P1 </p><p>　　MOV R0,

27、A ;設置高電平 </p><p>　　MOV R1,#00H ;設置低電平 </p><p>　　LCALL BOXING </p><p>　　SJMP MAIN </p><p>　　BOXING: JNB P1.0,SANJIAO ;P1.0控制三角波的輸出 </p><p>　　JNB P1.1,JUXING

28、 ;P1.1控制矩形波的輸出 </p><p>　　JNB P1.2,JUCHI ;P1.2控制鋸齒波的輸出 </p><p>　　JNB P1.3,ZXBO;P1.3控制正弦波的輸出</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　;**********三角波******** </p>

29、<p><b>　　SANJIAO: </b></p><p>　　MOV DPTR,#7FFFH ; 選中DA0832 </p><p>　　MOV A,#00H </p><p>　　UP1: MOVX @DPTR,A ; 向0832輸出數(shù)據(jù) </p><p><b>　　INC A </b

30、></p><p>　　JNZ UP1 ; A=！0 跳轉(zhuǎn)反之順序執(zhí)行 </p><p>　　DOWN1:DEC A </p><p>　　MOVX @DPTR,A </p><p>　　JNZ DOWN1 </p><p><b>　　RET </b></p><p&g

31、t;　　;*********矩形波********* </p><p><b>　　JUXING: </b></p><p>　　MOV DPTR,#7FFFH </p><p>　　LP:MOV A,R0 ;設置輸出上限 </p><p>　　MOVX @DPTR,A </p><p>　　LC

32、ALL DEL_H ;調(diào)高電平延時程序 </p><p><b>　　MOV A,R1 </b></p><p>　　MOVX @DPTR,A </p><p>　　LCALL DEL_L ;調(diào)低電平延時程序 </p><p><b>　　RET </b></p><p>　

33、　;*********鋸齒波******** </p><p><b>　　JUCHI: </b></p><p>　　MOV DPTR,#7FFFH </p><p>　　MOV A,#00H </p><p>　　LOOP:MOVX @DPTR,A </p><p><b>　　IN

34、C A </b></p><p>　　SJMP LOOP </p><p><b>　　RET </b></p><p>　　;*********正弦波********</p><p><b>　　ZZXBO:</b></p><p><b>　　DA0

35、1 :</b></p><p>　　MOV R7,#0FFH</p><p>　　MOV DPTR ,#TAB</p><p><b>　　DA02 :</b></p><p>　　MOV A , #0H</p><p>　　MOVC A , @A+DPTR</p>&l

36、t;p>　　MOV R0,DPL</p><p>　　MOV R1,DPH</p><p>　　MOV DPTR,#7FFFH </p><p>　　MOVX @DPTR, A</p><p>　　MOV DPL,R0</p><p>　　MOV DPH,R1</p><p>　　IN

37、C DPTR</p><p>　　DJNZ R7,DA02</p><p>　　AJMP DA01 </p><p><b>　　TAB : </b></p><p>　　DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H</p><p>　　DB 99H,9CH,

38、9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEH</p><p>　　DB 0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5H </p><p>　　DB 0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H, 0D4H,0D6H,0D8H</p><p>　　DB 0DAH,0DDH,0DFH,0E1H,0E3H, 0E5H,0E7

39、H,0E9H </p><p>　　DB 0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1H, 0F2H,0F4H,0F5H</p><p>　　DB 0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH, 0FBH,0FCH,0FDH</p><p>　　DB 0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FFH,0FFH</p><

40、;p>　　DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FEH,0FDH</p><p>　　DB 0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H, 0F8H,0F7H,0F6H</p><p>　　DB 0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH, 0EEH,0ECH,0EAH</p><p>　　DB 0E9H,0E7H,0

41、E5H,0E3H,0E1H, 0DEH,0DDH,0DAH</p><p>　　DB 0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH, 0CCH,0CAH,0C7H </p><p>　　DB 0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH, 0B7H,0B4H,0B1H </p><p>　　DB 0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H, 9FH,

42、9CH, 99H</p><p>　　DB 96H, 93H, 90H, 8DH, 89H, 86H, 83H, 80H </p><p>　　DB 80H, 7CH, 79H, 78H, 72H, 6FH, 6CH, 69H </p><p>　　DB 66H, 63H, 60H, 5DH, 5AH, 57H, 55H, 51H </p><p

43、>　　DB 4EH, 4CH, 48H, 45H, 43H, 40H, 3DH, 3AH </p><p>　　DB 38H, 35H, 33H, 30H, 2EH, 2BH, 29H, 27H </p><p>　　DB 25H, 22H, 20H, 1EH, 1CH, 1AH, 18H, 16H </p><p>　　DB 15H, 13H, 11H, 1

44、0H, 0EH, 0DH, 0BH, 0AH </p><p>　　DB 09H, 08H, 07H, 06H, 05H, 04H, 03H, 02H</p><p>　　DB 02H, 01H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H </p><p>　　DB 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 01H, 02H <

45、;/p><p>　　DB 02H, 03H, 04H, 05H, 06H, 07H, 08H, 09H </p><p>　　DB 0AH, 0BH, 0DH, 0EH, 10H, 11H, 13H, 15H </p><p>　　DB 16H, 18H, 1AH, 1CH, 1EH, 20H, 22H, 25H </p><p>　　DB 27

46、H, 29H, 2BH, 2EH, 30H, 33H, 35H, 38H </p><p>　　DB 3AH, 3DH, 40H, 43H, 45H, 48H, 4CH, 4EH </p><p>　　DB 51H, 55H, 57H, 5AH, 5DH, 60H, 63H, 66H </p><p>　　DB 69H, 6CH, 6FH, 72H, 76H, 79

47、H, 7CH, 80H</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　;********延時程序******* </p><p>　　DEL_H: ;高電平 </p><p>　　MOV R7,#57 </p><p>　　DE:MOV R6,#4 </p><

48、;p>　　DJNZ R6,$ </p><p>　　DJNZ R7,DE </p><p><b>　　RET </b></p><p>　　DEL_L: ;低電平 </p><p>　　MOV R7,#57 </p><p>　　DEL:MOV R6,#4 </p><

49、p>　　DJNZ R6,$ </p><p>　　DJNZ R7,DE </p><p><b>　　RET </b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　6. 設計總結(jié)</b></p><p>　　通過為期兩周

50、的課程設計，在老師的精心指導下和同學合作之下最終成功地完成了此次設計，并從中學到了很多的知識和經(jīng)驗，對單片機以及匯編語言有了更深層次的理解。</p><p>　　本次課程設計使我認識到：</p><p>　?。?）設計思路是實施操作的扎實基石。一個良好的設計思路，是電路的生命。寧愿在思路設計上多花上50%的時間。因為前期看似慢，實際上恰恰給后期的制作帶來很大的方便，效果往往是更節(jié)省了許多時

51、間。</p><p>　?。?）活學活用。這次設計讓我真正體會到了書本知識永遠是基礎，而基礎正是你向高層次邁進的扎實階梯，沒有這個基礎，就無法實現(xiàn)技術(shù)上的騰飛。在實踐當中，靈活運用書本上所講的知識，萬變不離其中，只有扎實掌握了核心的方法，才有可能做到活用巧用。</p><p><b>　　7. 參考文獻</b></p><p>　　1 梅麗鳳,

52、王艷秋,汪毓鐸，張軍 單片機原理及接口技術(shù) 清華大學出版社 2006.8</p><p>　　2 徐愛華 單片機應用技術(shù)教程 機械工業(yè)出版社 2003.7</p><p>　　3 謝宜仁，謝煒，謝東辰 單片機實用技術(shù)問答 人民郵電出版社 2003.2</p><p>　　4 何立民 單片機應用技術(shù)選編 北京航空航天大學出版社 1