基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器設(shè)計(jì)

課題：基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器 1 基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)目的與任務(wù) 電子信息工程專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的實(shí)踐性教育環(huán)節(jié)，是學(xué)生在完成本專業(yè)所有課程學(xué)習(xí)后必須接受的一項(xiàng)結(jié)合本專業(yè)方向的、系統(tǒng)的、綜合的工程訓(xùn)練。在教師指導(dǎo)下，運(yùn)用工程的方法，通過(guò)一個(gè)較復(fù)雜課題的設(shè)計(jì)練習(xí)，可使學(xué)生通過(guò)綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，熟悉設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)要求、完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計(jì)方法，掌握必須提交的各項(xiàng)工程文件。 其基本目的是 ： 培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用 電路 設(shè)計(jì)和有關(guān)先修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固，加深和擴(kuò)展有 關(guān)電子類方面的知識(shí) 。 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，應(yīng)能加強(qiáng)學(xué)生如下能力的培養(yǎng)： （ 1）自身的獨(dú)立工作能力和創(chuàng)造力； （ 2）綜合運(yùn)用專業(yè)及基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力； （ 3）查閱圖書(shū)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品手冊(cè)和各種工具書(shū)的能力； （ 4）工程繪圖的能力； （ 5）編寫(xiě)技術(shù)報(bào)告和編制技術(shù)資料的能力； 2. 設(shè)計(jì)指標(biāo)與技術(shù)要求 （ 1）借助現(xiàn)有的單片機(jī)系統(tǒng)； （ 2）能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形； （ 3）各種波形頻率可調(diào)，頻率范圍為 100 3000Hz； （ 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 （ 5） 采用 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器； （ 6）進(jìn)行硬件 平滑濾波 ； （ 7）編寫(xiě)程序并調(diào)試； （ 8） 提供程序清單；。 （ 9） 能實(shí)物演示 3. 總體設(shè)計(jì) 圖 1.1所示是基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)流程圖。 課題：基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器 2 圖 1.1 總體設(shè)計(jì)流程圖 3.1 總體設(shè)計(jì)功能說(shuō)明： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，分析得本次設(shè)計(jì)需要硬件和軟件兩部分。 硬件上，如圖。鍵盤輸入部分主要用于選擇波形。鍵盤共設(shè) 4 個(gè)鍵，用于選擇 三角波、矩形波、鋸齒波、正弦波 4 種不同的波形，。 89C51 單片機(jī)用來(lái)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(guò)運(yùn)算放大器調(diào)節(jié)波形的幅值，經(jīng)過(guò)濾波器的濾波，從而在輸出端得到所需的波形。 軟件上，如圖。可由硬件設(shè)計(jì)好后，再根據(jù)要求進(jìn)行具體編寫(xiě)。程序的主要功能是： 首先程序在開(kāi)始后，先判斷 P0.0， P0.1 ， P0.2 相應(yīng)的波形 ,然后根據(jù)選擇的波形輸出相應(yīng)的波形 .程序?qū)⒏鶕?jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)波形 .再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(jìn)行必要的延遲。 3.2 總體電路圖 3.2 如下所示： 圖 1.2 總體電路圖 課題：基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器 3 3.3 總 體程序流程圖 3.2 如下所示： 圖 1.3 總體程序流程圖 4. 總體設(shè)計(jì) 4.1 8051 單片機(jī) 圖 2.1 8051 引腳圖 課題：基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器 4 如果按功能劃分，它由 8 個(gè)部件組成，即微處理器（ CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、程序存儲(chǔ)器（ ROM/EPROM）、 I/O 口（ P0 口、 P1 口、 P2 口、 P3 口）、串行口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（ SFR）的集中控制方式。 各功能部件的介紹： 1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）：片內(nèi)為 128 個(gè)字節(jié)單元，片外最多可擴(kuò)展至 64K字節(jié)。 2）程序存儲(chǔ)器（ ROM/EPROM）： ROM 為 4K，片外最多可擴(kuò)展至 64K。 3）中斷系統(tǒng)：具有 5 個(gè) 中斷源， 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 4）定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器： 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，具有四種工作方式。 5）串行口： 1 個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式。 6）特殊功能寄存器（ SFR）共有 21 個(gè)，用于對(duì)片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理、監(jiān)控、監(jiān)視。 7）微處理器：為 8 位 CPU，且內(nèi)含一個(gè) 1 位 CPU（位處理器），不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。 8）四個(gè) 8 位雙向并行的 I/O 端口，每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)輸入緩沖器。這四個(gè)端口的功能不完全相同。 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； B、 P1 口是一個(gè)準(zhǔn)雙向并行口，作通用并行 I/O 口使用； C、 P2 口除了可作為通用 I/O 使用外，還可在 CPU 訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)作高八位地址線使用； D、 P3 口是一個(gè)多功能口除具有準(zhǔn)雙向 I/O 功能外，還具有第二功能。 控制引腳介紹： 1）電源：?jiǎn)纹瑱C(jī)使用的是 5V電源，其中正極接 40 引腳，負(fù)極（地）接 20 引腳。 2）時(shí)鐘引腳 XTAL1、 XTAL2 時(shí)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(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。 振蒎電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖信號(hào)才能正 常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器 3） RST：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳外加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（ RST）。我們?cè)诖艘_與 VCC 之間連接一個(gè)約 8.2 千歐的下拉電阻，與引腳之間連接一個(gè)約 10 微法的電容，以保證可靠復(fù)位。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為 0。 5V 低電平。 4） ALE：當(dāng)訪問(wèn)單片機(jī)外部存儲(chǔ)器時(shí) ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的負(fù)跳沿用于 16 位地址的底 8 位的鎖存信號(hào)。即使不訪問(wèn)外部鎖存器， ALE 端仍有 課題：基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器 5 正脈沖信號(hào)輸出，此頻率約為時(shí)鐘振蕩器的 1/6。但是每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè) ALE 脈沖。因此，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，用戶不能用 ALE 做時(shí)鐘源或定時(shí)。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載 5） /PSEN（ 29 腳）：此腳的輸出是單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN 兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。 /PSEN 可以驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電平） 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 6） /EA/VPP（ 31 腳）：當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部存儲(chǔ)器，但在 PC 值超過(guò) 0FFFH 時(shí)，講自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部存儲(chǔ)器。 4.2 DAC0832 芯片 圖 2.2 DAC0832 芯片圖 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(jí)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(guò)一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。 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(gè)芯片的應(yīng)用很廣泛 ,關(guān)于 DAC0832 的引腳功能如下： D0D7：數(shù)字信號(hào)輸入端。 ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。 CS：片選信號(hào)，低電平有 效。 WR1：寫(xiě)信號(hào) 1，低電平有效。 XFER：傳送控制信號(hào)，低電平有效。 課題：基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器 6 WR2：寫(xiě)信號(hào) 2，低電平有效。 IOUT1、 IOUT2： DAC 電流輸出端。 RfB：是集成在片內(nèi)的外接運(yùn)放的反饋電阻。 VREF：基準(zhǔn)電壓（ -1010V）。 Vcc：是源電壓（ +5+15V）。 AGND：模擬地 NGND：數(shù)字地，可與 AGND 接在一起使用。 4.3 硬件濾波電路 圖 2.3 濾波電路圖 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。 5. 調(diào)試 實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程需要使用到裝有 Keil C51 的 電腦、 DP-51PRO 單片機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)儀以及 示波器，具體步驟如下： （ 1）使用導(dǎo)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。 （ 2）使用導(dǎo)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。 （ 3）使用導(dǎo)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。 （ 4）使用導(dǎo)線把 B6 區(qū) J11 接口的 IOUT1 引腳與 C9 區(qū) J71 接口的 B-相連 。 （ 5）使用導(dǎo)線把 B6 區(qū) J11 接口的 IOUT2 引腳與 GND 引腳相連同時(shí)與 C9區(qū) J71 接口的 B+相連。注意：連接時(shí)需要使用 C9 區(qū) J30 等轉(zhuǎn)接接口。 （ 6） 使用導(dǎo)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(shí)需要使用 C9 區(qū) J36 等轉(zhuǎn)接接口。 （ 7）使用導(dǎo)線把 C9 區(qū) J71 接口的 V+引腳與 C9 區(qū) J19 接口的 12V 相連。 （ 8）使用導(dǎo)線把 C9 區(qū) J72 接口的 V-引腳與 C9 區(qū) J19 接口的 12V 相連。 （ 9）使用導(dǎo)線連接 D7 區(qū)的 J4 和 A2 區(qū)的 P16、 P17(SCLP16、 SDAP17)，連接 D7 區(qū) J2 的 /RST 和 A2 區(qū) J61 的 P10，短接 D7 區(qū)的 JP1 跳線。 （ 10） 使用 Keil C51 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，編輯源程序，生成目標(biāo)文件并調(diào)試程序，觀察運(yùn)行結(jié)果。 課題：基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器 7 （ 11）修改程序編程產(chǎn)生三角波、矩形波、鋸齒波、正弦波，并用示波器觀測(cè)輸出波形。 附： 匯編代碼 具體的程序代碼如下： ORG 8000H ；此為硬件仿真調(diào)試程序，使用軟件仿真或直接運(yùn)行，應(yīng)改為0000H MAIN:MOV A,P1 MOV R0,A ；設(shè)置高電平 MOV R1,#00H ；設(shè)置低電平 LCALL BOXING SJMP MAIN BOXING: JNB P1.0,SANJIAO ；P1.0 控制三角波的輸出 JNB P1.1,JUXING ；P1.1 控制矩形波的輸出 JNB P1.2,JUCHI ；P1.2 控制鋸齒波的輸出 JNB P1.3,ZXBO；P1.3 控制正弦波的輸出 RET ；*三角波 * SANJIAO: MOV DPTR,#7FFFH ； 選中 DA0832 MOV A,#00H UP1: MOVX DPTR,A ； 向 0832 輸出數(shù)據(jù) INC A JNZ UP1 ； A=！ 0 跳轉(zhuǎn)反之順序執(zhí)行 DOWN1:DEC A MOVX DPTR,A JNZ DOWN1 RET ；*矩形波 * JUXING: MOV DPTR,#7FFFH LP:MOV A,R0 ；設(shè)置輸出上限 MOVX DPTR,A LCALL DEL_H ；調(diào)高電平延時(shí)程序 MOV A,R1 MOVX DPTR,A 課題：基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器 8 LCALL DEL_L ；調(diào)低電平延時(shí)程序 RET ；*鋸齒波 * JUCHI: MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#00H LOOP:MOVX DPTR,A INC A SJMP LOOP RET ；*正弦波 * ZZXBO: DA01 : MOV R7,#0FFH MOV DPTR ,#TAB DA02 : MOV A , #0H MOVC A , A+DPTR MOV R0,DPL MOV R1,DPH MOV DPTR,#7FFFH MOVX DPTR, A MOV DPL,R0 MOV DPH,R1 INC DPTR DJNZ R7,DA02 AJMP DA01 TAB : DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H DB 99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEH DB 0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5H DB 0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H, 0D4H,0D6H,0D8H DB 0DAH,0DDH,0DFH,0E1H,0E3H, 0E5H,0E7H,0E9H DB 0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1H, 0F2H,0F4H,0F5H DB 0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH, 0FBH,0FCH,0FDH 課題：基于單片機(jī)的多波形發(fā)生器 9 DB 0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FFH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FEH,0FDH DB 0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H, 0F8H,0F7H,0F6H DB 0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH, 0EEH,0ECH,0EAH DB 0E9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H, 0DEH,0DDH,0DAH DB 0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH, 0CCH,0CAH,0C7H DB 0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH, 0B7H,0B4H,0B1H DB 0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H, 9FH, 9CH, 99H DB 96H, 93H, 90H, 8DH, 89H, 86H, 83H, 80H DB 80H, 7CH, 79H, 78H, 72H, 6FH, 6CH, 69H DB 66H, 63H, 60H, 5DH, 5AH, 57H, 55H, 51H DB 4EH, 4CH, 48H, 45H, 43H, 40H, 3DH, 3AH DB 38H, 35H, 33H, 30H, 2EH, 2BH, 29H, 27H DB 25H, 22H, 20H, 1EH, 1CH, 1AH, 18H, 16H DB 15H, 13H, 11H, 10H, 0EH, 0DH, 0BH, 0AH DB 09H, 08H, 07H, 06H, 05H, 04H, 03H, 02H DB 02H, 01H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H DB 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 01H, 02H DB 02H, 03H, 04H, 05H, 06H, 07H, 08H, 09H DB 0AH, 0BH, 0DH, 0EH, 10H, 11H, 13H, 15H DB 16H, 18H, 1AH, 1CH, 1EH, 20H, 22H, 25H DB 27H, 29H, 2BH, 2EH, 30H, 33H, 35H, 38H DB 3AH, 3DH, 40H, 43H, 45H, 48H, 4CH, 4EH DB 51H, 55H, 57H, 5AH, 5DH, 60H, 63H, 66H DB 69H, 6CH, 6FH, 72H, 76H, 79H, 7CH, 80H RET ；*延時(shí)程序 * DEL_H