基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計論文(終稿)副4.doc

韶 關(guān) 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計題 目：基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計學(xué)生姓名：何廣贏學(xué) 號：09101071011院 （系）：物理與機(jī)電工程學(xué)院 電子系專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)班 級：2009級1班指導(dǎo)老師姓名及職稱：陸英 副教授起止時間： 2012 年 9 月 2013 年 5 月摘要基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計摘 要:信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學(xué)實驗等領(lǐng)域。目前使用的信號發(fā)生器大部分是函數(shù)信號發(fā)生器，且特殊函數(shù)發(fā)生器的價格昂貴。所以本設(shè)計使用的是AT89C51單片機(jī)構(gòu)成的發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形和任意波形，波形的頻率可用程序控制改變。在單片機(jī)上加外圍器件距陣式鍵盤，通過鍵盤控制波形頻率的增減以及波形的選擇，并用了LCD顯示頻率大小。在單片機(jī)的輸出端口接DAC0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，再通過運放進(jìn)行波形調(diào)整，最后輸出波形接在示波器上顯示。本設(shè)計具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點。 論述了采用DAC0832芯片設(shè)計數(shù)字函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。該函數(shù)信號發(fā)生器可輸出三角波,方波和正弦波。 關(guān)鍵詞： 信號發(fā)生器； 單片機(jī)； DAC0832； 波形調(diào)整； LCD。Function generator design based on single chip microcomputerAbstract: Signal-generator is a kind of signal source in common use, broadly applied at the electronics electric circuit, auto control system and teaching experiment etc. Currently used mostly function signal generator signal generator, waveform generator and a special price of expensive . So the dissertation is usage of the AT89s51 single-chip microcomputer constitute of wave-form generator, which can generate triangle wave, square wave, sine wave etc variety wave-form, the period of wave can be controlled by procedure, at outer circle spare part of the machine, plus independence type keyboard , which can control wave increase or decrease of form-frequency and the choice of wave-form, at the same time LED display frequency size. The output of the machine connect DAC0832 to carry on a DA conversion，again pass operation amplifier to put an end exportation wave-form. This design has advantage of simple circuit, tightly packed structure, cheap price, superior function etc. We discussed the principle and the whole frame of the digital function signal generator. Thegenerator can output three kinds of waves : sine wave , square wave , triangle wave. Keywords： signal generator; MCU; DAC0832; wave-form adjustment; LCD.目錄目 錄緒論11函數(shù)發(fā)生器的概述和分類11.1函數(shù)發(fā)生器概述11.2函數(shù)發(fā)生器的分類22 方案比較與論證22.1設(shè)計任務(wù)與要求22.2 方案比較與論證33 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 系統(tǒng)主要功能63.2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及功能63.2.1 AT89C52單片機(jī)及其說明73.2.2 資源分配113.2.3 D/A轉(zhuǎn)換模塊部件113.2.4 外部控制模塊部件133.2.5 放大部分133.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計143.3.1 信號頻率數(shù)據(jù)采集143.3.2 正弦波產(chǎn)生程序143.3.3 三角波產(chǎn)生程序153.3.4 方波產(chǎn)生程序163.3.5 鋸齒波產(chǎn)生程序163.3.6信號放大模塊設(shè)計173. 3. 7數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計174 仿真圖及結(jié)果分析184.1函數(shù)發(fā)生器的調(diào)試與測試184.2仿真結(jié)果圖195 總結(jié)與展望21致 謝22參考文獻(xiàn)23附錄24附錄A 程序清單24附錄B 電路原理圖32附錄C 電路實物圖330 正文 基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計 專業(yè)班級：2009電子1班 姓 名：何廣贏 指導(dǎo)教師：陸 英 副教授 緒論函數(shù)發(fā)生器也稱函數(shù)發(fā)生器，作為實驗信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設(shè)計應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前，市場上常見的函數(shù)發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒波，正弦波，方波，三角波等波形。函數(shù)發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路經(jīng)之一，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動等領(lǐng)域常常要用到低頻信號源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所需的RC很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是致命的弱點。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會大大增加。1函數(shù)發(fā)生器的概述和分類1.1函數(shù)發(fā)生器概述在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的函數(shù)信號發(fā)生器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種函數(shù)信號發(fā)生器。用集成電路實現(xiàn)的函數(shù)信號發(fā)生器與其它信號函數(shù)發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。函數(shù)發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號和用戶定義信號，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。函數(shù)發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號，還可對頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動態(tài)、及時的控制，并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊，組成自動測試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動控制系統(tǒng)、震動激勵、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。1.2函數(shù)發(fā)生器的分類函數(shù)信號發(fā)生器應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類也不盡一致。按照頻率范圍分類可以分為：超低頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器、視頻信號發(fā)生器、高頻函數(shù)發(fā)生器、甚高頻函數(shù)發(fā)生器和超高頻信號發(fā)生器。按照輸出波形分類可以分為：正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器，非正弦信號發(fā)生器又包括：脈沖信號發(fā)生器，函數(shù)信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、數(shù)字序列函數(shù)發(fā)生器、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等。按照信號發(fā)生器性能指標(biāo)可以分為一般信號發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器。前者指對輸出信號的頻率、幅度的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類信號發(fā)生器。后者是指其輸出信號的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號發(fā)生器。2 方案比較與論證2.1設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計一個基于單片機(jī)的函數(shù)信號發(fā)生器，該函數(shù)信號發(fā)生器可以輸出四種波形，有正弦波，鋸齒波，三角波，方波。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實現(xiàn)對波形頻率和占空比的調(diào)節(jié)，并用液晶屏分兩行顯示波形名稱和波形頻率。課程設(shè)計的目的：1、鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識面，提高綜合及靈活運用所學(xué)知識解決實際課題設(shè)計的能力。2、培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻(xiàn)資料的能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動腦動手能力。3、通過對課題設(shè)計方案的分析、選擇、比較，熟悉運用單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)、軟硬件設(shè)計的方法內(nèi)容及步驟。4、掌握DAC0832，LM324,74LS22的接口電路，及使用方法。 5、熟悉掌握函數(shù)信號發(fā)生器的工作原理。課程設(shè)計要求：1、熟悉組成系統(tǒng)中的實驗?zāi)K原理，畫出實驗原理圖。2、 寫出完整的設(shè)計任務(wù)書：課題的名稱、系統(tǒng)的功能、硬件原理圖、軟件框圖、元件清單、程序清單、參考資料。3、輸出幾種波形，實現(xiàn)對頻率和占空比的調(diào)節(jié)，以1HZ作為步進(jìn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。依據(jù)應(yīng)用場合需要實現(xiàn)的波形種類，函數(shù)發(fā)生器的具體指標(biāo)要求會有所不同。依據(jù)不同的設(shè)計要求選取不同的設(shè)計方案。通常，函數(shù)發(fā)生器需要實現(xiàn)的波形有正弦波、方波、三角波和鋸齒波。有些場合可能還需要任意波形的產(chǎn)生。各種波形共有的指標(biāo)有：波形的頻率、幅度要求，頻率穩(wěn)定度，準(zhǔn)確度等。對于不同波形，具體的指標(biāo)要求也會有所差異，例如，占空比是脈沖波形特有的指標(biāo)。函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方案多種多樣，大致可以分為三大類：純硬件設(shè)計法、純軟件設(shè)計法和軟硬件結(jié)合設(shè)計法。2.2 方案比較與論證方案一:函數(shù)發(fā)生器設(shè)計的純硬件法早期，函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計主要是采用運算放大器加分立元件來實現(xiàn)。實現(xiàn)的波形比較單一，主要為正弦波、方波和三角波。工作原理嗍也相對簡單：首先是產(chǎn)生正弦波，然后通過波形變換(正弦波通過比較器產(chǎn)生方波，方波經(jīng)過積分器變?yōu)槿遣?實現(xiàn)方波和三角波。在各種波形后加上一級放大電路，可以使輸出波形的幅度達(dá)到要求，通過開關(guān)電路實現(xiàn)不同輸出波形的切換，改變電路的具體參數(shù)可以實現(xiàn)頻率、幅度和占空比的改變。通過對電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及所用元器件的嚴(yán)格選取可以提高電路的頻率穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。純硬件法中，正弦波的設(shè)計是基礎(chǔ)，實現(xiàn)方法也比較多，電路形式一般有LC、RC和石英晶體振蕩器三類。LC振蕩器適宜于產(chǎn)生幾Hz至幾百MHz的高頻信號；石英晶體振蕩器能產(chǎn)生幾百kHz至幾十MHz的高頻信號且穩(wěn)定度高；對于頻率低于幾MHz，特別是在幾百Hz時，常采用RC振蕩電路。RC振蕩電路又分為文氏橋振蕩電路、雙T網(wǎng)絡(luò)式和移相式振蕩電路等類型。其中，以文氏橋振蕩電路最為常用。目前，實現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器最簡單的方法是采用單片集成的函數(shù)信號發(fā)生器。它是將產(chǎn)生各種波形的功能電路集成優(yōu)化到一個集成電路芯片里，外加少量的電阻、電容元件來實現(xiàn)。采用這種方法的突出優(yōu)勢是電路簡單，實現(xiàn)方便，精度高，性能優(yōu)越；缺點是功能較全的集成芯片價格較貴。實際中應(yīng)用較多的單片函數(shù)信號發(fā)生器有MAX038(最高頻率可達(dá)40MHz)和ICL8038(最高頻率為300kHz)。方案二:函數(shù)發(fā)生器設(shè)計的純軟件法 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計還可以采用純軟件的方法來實現(xiàn)。虛擬儀器鞠使傳統(tǒng)儀器發(fā)生了革命性的變化，是21世紀(jì)測試儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要方向。它以計算機(jī)為基礎(chǔ)，軟件為核心，沒有傳統(tǒng)儀器那樣具體的物理結(jié)構(gòu)在計算機(jī)上實現(xiàn)儀器的虛擬面板，通過軟件設(shè)計實現(xiàn)和改變儀器的功能。例如用圖形化編程工具LabVIEW來實現(xiàn)任意函數(shù)發(fā)生器的功能：在LabVIEW軟件的前面板通過拖放控件，設(shè)計儀器的功能面板(如波形顯示窗口，波形選擇按鍵，波形存儲回放等工作界面)，在軟件的后面板直接拖放相應(yīng)的波形函數(shù)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或直接調(diào)用編程函數(shù)來設(shè)計任意波形以實現(xiàn)波形產(chǎn)生功能；完成的軟件打包后，可脫離編程環(huán)境獨立運行。實現(xiàn)任意函數(shù)發(fā)生器的功能。采用純軟件的虛擬儀器設(shè)計思路可以使設(shè)計簡單、高效，僅改變軟件程序就可以輕松實現(xiàn)波形功能的改變或升級。從長遠(yuǎn)角度來看，純軟件法成本較低。軟件法的缺點是波形的響應(yīng)速度和精度遜色于硬件法。方案三:軟硬件結(jié)合法軟硬件結(jié)合的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計方法同時兼具軟硬件設(shè)計的優(yōu)勢：既具有純硬件設(shè)計的快速、高性能，同時又具有軟件控制的靈活性、智能性。如以單片機(jī)和單片集成函數(shù)發(fā)生器為核心（如圖2.2）。輔以鍵盤控制、液晶顯示等電路，設(shè)計出智能型函數(shù)函數(shù)發(fā)生器，采用軟硬件結(jié)合的方法可以實現(xiàn)功能較全、性能更優(yōu)的函數(shù)發(fā)生器，同時還可以擴(kuò)展函數(shù)發(fā)生器的功能，比如通過軟件編程控制實現(xiàn)波形的存儲、運算、打印等功能，采用USB接口設(shè)計。使函數(shù)發(fā)生器具有遠(yuǎn)程通信功能等。目前，實驗、科研和工業(yè)生產(chǎn)中使用的信號源大多采用此方法來實現(xiàn)。AT89C51單片機(jī)DAC0832復(fù)位鍵鍵盤液晶顯示圖 2-1 軟硬件結(jié)合的函數(shù)發(fā)生器 純硬件設(shè)計法功能較單一，波形改變困難、控制的靈活性不夠，不具備智能性，其中由運算放大器加分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器，除在學(xué)生實驗訓(xùn)練中使用外。基本不被采用。純軟件設(shè)計法實現(xiàn)簡單，程序改變及功能升級靈活，但實現(xiàn)的波形精度及響應(yīng)速度不如硬件法高。純軟件法主要適用于對波形精度、響應(yīng)速度要求不是很高的場合。相比之下，軟硬件結(jié)合的方法可以設(shè)計出性能最優(yōu)、功能擴(kuò)展靈活、控制智能化的新一代的函數(shù)發(fā)生器，可以滿足教學(xué)、科研、工業(yè)生產(chǎn)等各方面對函數(shù)發(fā)生器性能有較高要求的應(yīng)用場合。 綜合以上幾種設(shè)計方案，本設(shè)計采用方案三的方法軟硬件設(shè)計法。其方案能夠產(chǎn)生很好的波形，也易實現(xiàn)。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)主要功能該函數(shù)信號發(fā)生器可以輸出四種波形，有正弦波，鋸齒波，三角波，方波。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實現(xiàn)對波形頻率和占空比的調(diào)節(jié)，并用液晶屏分兩行顯示波形名稱和波形頻率。3.2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及功能函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計總體框圖如圖所示，主要有單片機(jī)AT89C52,電源，鍵盤模塊，LCD1602顯示模塊構(gòu)成。按案件模塊：由5個復(fù)位開關(guān)與74LS21組成的系統(tǒng)通過對單片機(jī)傳輸中斷信號來實現(xiàn)波形切換及頻率和占空比的調(diào)節(jié)。顯示模塊：用LCD1602，分行顯示波形類型和波形頻率的顯示。電源模塊：電源模塊有220V市變電壓經(jīng)變壓，整流，穩(wěn)壓得到+ -5V, + -12V的電壓，維持系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示：鍵盤顯示控制器顯示模塊鍵盤模塊波形輸出模塊電 源源主控器AT89C52圖3-1系統(tǒng)總體框圖 3.2.1 AT89C52單片機(jī)及其說明典型的MCS-51單片機(jī)芯片集成了以下幾個基本組成部分。1 一個8位的CPU2 128B或256B單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）3 4KB或8KB片內(nèi)程序存儲器（ROM或EPROM）4 4個8位并行I/O接口P0P3。5 兩個定時/計數(shù)器。6 5個中斷源的中斷管理控制系統(tǒng)。7 一個全雙工串行I/O口UART（通用異步接收、發(fā)送器） 8 一個片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。圖3-2 單片機(jī)引腳 CPU結(jié)構(gòu):CPU 是單片機(jī)的核心部件。它由運算器和控制器等部件組成。1.運算器 運算器以完成二進(jìn)制的算術(shù)/邏輯運算部件ALU為核心。它可以對半字節(jié)（4）、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。例如，能完成加、減、乘、除、加1、減1、BCD碼十進(jìn)制調(diào)整、比較等算術(shù)運算，完成與、或、異或、求反、循環(huán)等邏操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。運算器還包含有一個布爾處理器，用以處理位操作。它以進(jìn)位標(biāo)志位C為累加器，可執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、位判斷轉(zhuǎn)移，可在進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行位數(shù)據(jù)傳誦等操作，還可以完成進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行邏輯與、或操作。2.程序計數(shù)器PCPC是一個16位的計數(shù)器，用于存放一條要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64kB，PC有自動加1功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動加1。3.指令寄存器 指令寄存器用于存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時，由程序存儲器中讀取的指令代碼送如指令寄存器，經(jīng)指令譯碼器譯碼后由定時有控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，完成指令功能。存儲器和特殊功能寄存器存儲器（Memory）是計算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機(jī)程序、中間運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。特殊功能寄存器（SFR）的地址范圍為80HFFH。在MCS51中，除程序計數(shù)器PC和四個工作寄存器區(qū)外，其余21個特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了26個字節(jié)。各特殊功能寄存器的符號和地址見附表2。其中帶號的可位尋址。特殊功能寄存器反映了8051的狀態(tài)，實際上是8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是P0P3，它們實際上是4個八位鎖存器（每個I/O口一個），每個鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個并行口。MCS51共有P0P3四個這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中，累加器A、標(biāo)志寄存器PSW、數(shù)據(jù)指針DPTR等的功能前已提及。 3.P0-P3口結(jié)構(gòu) P0口功能:P0口具有兩種功能：第一，P0口可以作為通用I/O接口使用，P0.7P0.0用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)時可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖。第二，P0.7P0.0在CPU訪問片外存儲器時用于傳送片外存儲器de低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫 P1口 功能:P1口的功能和P0口de第一功能相同，僅用于傳遞I/O輸入/輸出數(shù)據(jù)。 P2口的功能:2口的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，作為地址總線用于輸出片外存儲器的高8位地址。 P3口功能:P3口有兩個功能：第一功能與其余三個端口的第一功能相同；第二功能作控制用，每個引腳都不同。 P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收口 P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 P3.2INT0外中斷0輸入 P3.3INT1外中斷1輸入 P3.4T0計數(shù)器0計數(shù)輸入 P3.5T1計數(shù)器1計數(shù)輸入 P3.6WR外部RAM寫選通信號 P3.7RD外部RAM讀選通信號 時鐘電路和復(fù)位電路 單片機(jī)的時鐘信號用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)；復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運行。 時鐘電路:單片機(jī)的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。圖3-3 時鐘部分電路圖在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器或陶瓷諧振蕩器，構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自積振蕩，并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ、或24MHZ。5. 單片機(jī)的時序單位振蕩周期:晶振的振蕩周期，又稱時鐘周期，為最小的時序單位。狀態(tài)周期:振蕩頻率經(jīng)單片機(jī)內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi)CPU的時鐘周期。因此一個狀態(tài)周期包含2個振蕩周期。機(jī)器周期:1個機(jī)器周期由6個狀態(tài)周期12個振蕩周期組成，是計算機(jī)執(zhí)行一種基本操作的時間單位。指令周期:執(zhí)行一條指令所需的時間。一個指令周期由1-4個機(jī)器周期組成，依據(jù)指令不同而不同.單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平時，根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動復(fù)位，并且在單片機(jī)運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。圖3- 4 復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。3.2.2 資源分配晶振采用12MHZ。P1口的P1.0-P1.4分別與四個按鍵連接，分別控制波形切換、頻率加、頻率減，占空比加，占空比減。P2口與DAC0832的D0-D7數(shù)據(jù)輸入端相連。P3口用來控制DAC0832的輸入寄存器選擇信號CS。3.2.3 D/A轉(zhuǎn)換模塊部件DAC0832芯片原理管腳功能介紹（如圖6所示）圖3-5 DAC0832管腳圖DI7DI0：8位的數(shù)據(jù)輸入端，DI7為最高位。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。CS：選片信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效。WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選選通輸入線，負(fù)脈沖有效，由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變化，LE1的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存。XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖有效。WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖有效，由WR2、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1：模擬電流輸出端1，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時，輸出電流最大，當(dāng) DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時，輸出電流為0。IOUT2：模擬電流輸出端2， IOUT2與IOUT1的和為一個常數(shù)，即IOUT1IOUT2常數(shù)。RFB：反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。VREF：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負(fù)電壓，它決定0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度，VREF范圍為(+10-10)V。VREF端與D/A內(nèi)部T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。Vcc：芯片供電電壓，范圍為(+5+15)V。AGND：模擬量地，即模擬電路接地端。DGND：數(shù)字量地。3.2.4 外部控制模塊部件 圖3-6 74LS22管腳圖74LS22為四輸入雙與門A1，B1，C1，D1為第一個與門的輸入，Y1為第一個與門的輸出。A2，B2，C2，D2為第一個與門的輸入，Y2為第一個與門的輸出。在此系統(tǒng)中用來給單片機(jī)提供中斷信號。3.2.5 放大部分LM324引腳圖（管腳圖） 圖3-7 LM324引腳圖簡介： LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。3.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.3.1 信號頻率數(shù)據(jù)采集本程序通過外部中斷，接收減頻或加頻按鍵，單片機(jī)內(nèi)部對接受的值經(jīng)過運算得出波形的輸出延時，從而產(chǎn)生頻率的改變。電路較為簡單，成本較低。3.3.2 正弦波產(chǎn)生程序輸入正弦波的采樣點，計算出256個（一個周期內(nèi)）正弦波信號值。然后通過輸出的兩點間的延時來實現(xiàn)調(diào)頻。依次循環(huán)輸出，可得出正弦波。采點值放在table2中，程序如下：void sin()/正弦波unsigned int i;for(i=0;i256;i+)DAC0832=table2i;delay(pinlv/256);3.3.3 三角波產(chǎn)生程序設(shè)個自變量i讓它不斷地自加1，直到加到255時，t=i，對t進(jìn)行不斷地自減1直到減到t=0，然后再不斷地重復(fù)上述過程產(chǎn)生三角波。程序如下：void tran()/三角波unsigned char i;for(i=0;i0;i-)DAC0832=i;delay(pinlv/64);3.3.4 方波產(chǎn)生程序設(shè)個自變量i=0使之延時一段時間，再另i=255時在延時與i=0相同的時間，然后再重復(fù)上述過程。程序如下：void fang()/方波DAC0832=0;delay(pinlv/2);DAC0832=0xff;delay(pinlv/2);3.3.5 鋸齒波產(chǎn)生程序鋸齒波中的斜線用一個個小臺階來逼近，在一個周期內(nèi)從最小值開始逐步遞增，當(dāng)達(dá)到最大值后又回到最小值，如此循環(huán)，當(dāng)臺階間隔很小時，波形基本上近似于直線。適當(dāng)選擇循環(huán)的時間，可以得到不同的周期鋸齒波。鋸齒波發(fā)生原理與方波類似，只是高低兩個時延的常數(shù)不同，所以用延時法，來產(chǎn)生鋸齒波，設(shè)個自變量i讓它不斷地自加1，直到叫到255，DAC0832可以又自動歸0，然后再不斷地重復(fù)上述過程。程序如下：void jvchi()/鋸齒波unsigned char i;for(i=0;i255;i+)DAC0832=i;delay(pinlv/256);3.3.6信號放大模塊設(shè)計從單片機(jī)中輸出的數(shù)字信號經(jīng)過DAC0832轉(zhuǎn)換后，由于信號的幅值比較小，所以需要放大。采用常規(guī)的放大方式，采用兩片運放，實現(xiàn)兩級放大，設(shè)計的電路如圖6： 圖3 3-8放大電路接口3. 3. 7數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計本設(shè)計模數(shù)轉(zhuǎn)換采用常見的芯片：DAC0832，本設(shè)計采用直通方式進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了簡潔起見，在仿真圖中采用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的方式進(jìn)行連線，從單片機(jī)P0口輸出的數(shù)據(jù)直接連接到模數(shù)芯片DAC0832的數(shù)據(jù)口。如圖： 圖3-9 DA轉(zhuǎn)換接口電路 4 仿真圖及結(jié)果分析 4.1函數(shù)發(fā)生器的調(diào)試與測試 本系統(tǒng)是在protues下仿真，使用Keil C編程。從而實現(xiàn)其設(shè)計及仿真。在測試本系統(tǒng)是采用的是將設(shè)置的數(shù)值與示波器所測值進(jìn)行對比，進(jìn)而可以知道本系統(tǒng)的性能。頻率測試數(shù)據(jù)： 設(shè)定頻率（HZ）示波器測試頻率（HZ） 相對誤差%3.93.961.57.87.931.2815.6316.133.194.2仿真結(jié)果圖正弦波仿真圖 圖4-1正弦波圖三角波仿真圖 圖4-2三角波圖鋸齒波仿真圖 圖4-3鋸齒波圖方波仿真圖 圖4-4方波圖32總結(jié)5 總結(jié)與展望本次的設(shè)計中利用AT89C52和DAC0832以及放大器完成電路的設(shè)計，用開關(guān)來控制各種波形的發(fā)生及轉(zhuǎn)換，用單片機(jī)輸出后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成波形，最終可以通過示波器觀察。在這次的軟件設(shè)計中，程序設(shè)計采用的是C語言。雖然匯編語言具有速度快，可以直接對硬件進(jìn)行操作的優(yōu)點，它可以極好的發(fā)揮硬件的功能。但是匯編語言也存在編寫的代碼非常難懂，不好維護(hù)，很容易產(chǎn)生 bug，難于調(diào)試的缺點。因此，在大型程序的設(shè)計中，多采用C語言進(jìn)行程序編譯。C語言簡潔高效，是最貼近硬件的高級編程語言，經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在已成熟為專業(yè)水平的高級語言。而且，現(xiàn)在單片機(jī)產(chǎn)品推出時紛紛配套了C語言編譯器，應(yīng)用廣泛。由于真正意義上的程序設(shè)計還不多，因此還不是很得心應(yīng)手，所以在設(shè)計中遇到一些問題和一些難點。比如：在程序設(shè)計中如何實現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化，以達(dá)到較高的質(zhì)量。這是以后設(shè)計中要注意的問題。 通過這次課程設(shè)計，我進(jìn)一步了解了函數(shù)發(fā)生器的原理，在實際動手操作過程中，使我接觸了許多我以前沒接觸過的元件，而且重新溫習(xí)了剛學(xué)不久的匯編語言，使我學(xué)得了許多知識，使我獲益匪淺。這次課程設(shè)計，使我的動手能力得到了很大的提高，更使我們懂得理論知識的重要性，沒有理論的指導(dǎo)一切實際行動都是盲目的，且實際操作是我們得到的理論知識得到驗證，更能增加對理論知識的理解。致謝致 謝從寫開題報告到現(xiàn)在的論文定稿，經(jīng)過了幾個月的不懈努力，今天終于可以完成畢業(yè)設(shè)計論文最后的部分，開始寫謝辭了。這表示可以進(jìn)入畢業(yè)答辯了，更表示我離開這個學(xué)校的時刻快要到了?；貞浧鹎髮W(xué)期間的點點滴滴，不禁感嘆，真是時光飛逝啊！大學(xué)生活就在這一轉(zhuǎn)眼間過去了！四年的努力與付出，隨著論文的完成，終于讓我的大學(xué)生活劃下了一個完整的句點。 畢業(yè)設(shè)計的順利完成，乃至學(xué)業(yè)的順利完成，在這個漫長而又短暫的過程中，有多少可敬的師長、同學(xué)和朋友給了我莫大的支持與幫助。在這里請接受我誠摯的謝意！感謝我的指導(dǎo)教師陸英老師，本論文從選題到完成，每一步都傾注了陸老師大量的心血。是他給了我大力的支持與幫助、耐心的輔導(dǎo)與解惑。陸老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，使我感受到她樸實無華、平易近人的人格魅力。她是我日后學(xué)習(xí)、工作與生活中的最好的榜樣!感謝我的同學(xué)與朋友們，是你們陪我渡過了大學(xué)四年的美好時光，給我留下了許多難忘的回憶。感謝我同寢室的朋友們，感謝你們四年來的陪伴以及在生活中給予的關(guān)心和幫助。讓我學(xué)會了與人相處的藝術(shù)。感謝我的學(xué)校，感謝為我們提供了如此好的學(xué)習(xí)與生活環(huán)境.感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識的老師們，感謝你們不但教會了我許多的專業(yè)知識，更培養(yǎng)了我良好的自主學(xué)習(xí)能力。這也是論文得以順利完成的基礎(chǔ)。感謝我的家人，感謝你們這么多年來默默的支持與關(guān)愛。培養(yǎng)了我樂觀向上，積極進(jìn)取的精神。感謝人生中所有喜歡和不喜歡我的人，感謝人生中所有給予和沒有給予過我?guī)椭娜?，感謝生活對我的磨練，造就了我堅強(qiáng)勇敢的性格。更加給了我繼續(xù)前行的動力。祝所有我感謝的人們，一生幸福平安.參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 程全.基于AT89C52實現(xiàn)的多種函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計J.周口師范學(xué)院學(xué)報，2005.22(5)：5758.2 周明德.微型計算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，2002.341364.3 劉樂善.微型計算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.258264.4 童詩白.模擬電路技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2000.171202.5 杜華.任意函數(shù)發(fā)生器及應(yīng)用J.國外電子測量技術(shù)，2005.1：3840.6 張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實踐M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2004.4044. 7 程朗.基于8051單片機(jī)的雙通道函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)J.計算機(jī)工程與應(yīng)用，2004.8：100103.8 張永瑞.電子測量技術(shù)基礎(chǔ)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.61101.9 李葉紫. MCS-51單片機(jī)應(yīng)用教程M.北京：清華大學(xué)出版社，2004.232238.附錄 附錄附錄A 程序清單#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/#define Fosc 24000000/12000000 /12分頻后的頻率#define DAdata P1/DA數(shù)據(jù)端口sbit DA_S1= P20; / 控制DAC0832的8位輸入寄存器，僅當(dāng)都為0時，可以輸出數(shù)據(jù)(處于直通狀態(tài))，否則，輸出將被鎖存sbit DA_S2= P21; / 控制DAC0832的8位DAC寄存器，僅當(dāng)都為0時，可以輸出數(shù)據(jù)(處于直通狀態(tài))，否則，輸出將被鎖存sbit KEY1 = P24;sbit KEY2 = P25;sbit KEY3 = P26;sbit KEY4 = P27;sbit MN_DAT = P34; /模擬外部中斷數(shù)據(jù)端口sbit KEY_INT0 = P32;uchar wavecount; /抽點計數(shù)uchar THtemp,TLtemp;/傳遞頻率的中間變量/uint T_temp;uchar judge=1; /在方波輸出函數(shù)中用于簡單判別作用uchar waveform; /當(dāng)其為0、1、2時，分別代表三種波uchar code freq_unit4=10,50,200,10; /三種波的頻率單位 sawtoothuchar idata wavefreq4=1,1,1,1; /給每種波定義一個數(shù)組單元，用于存放單位頻率的個數(shù)uchar code lcd_hang1=Sine Wave Triangle Wave Square Wave sawtooth Wave Select Wave: press No.1 key! ;uchar idata lcd_hang216=f= Hz ;/*uchar code wave_freq_adjust= /頻率調(diào)整中間值 0xff,0xb8,0x76,0x56,0x43,0x37,0x2e,0x26,0x20,0x1c, /正弦波頻率調(diào)整中間值0xff,0x8e,0x5a,0x41,0x32,0x28,0x20,0x1b,0x17,0x0e,/三角波頻率調(diào)整中間值0xff,0x8e,0x5a,0x41,0x32,0x28,0x20,0x1b,0x17,0x0e; uint code wave_freq_adjust= /頻率調(diào)整中間值 380,184,118,86,67,55,46,28,38,32,295,142, 90,65,50,40,32,27,23,14,295,142, 90,65,50,40,32,27,23,14; */*uchar code waveTH= 0xfc,0xfe,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfc,0xfe,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff;uchar code waveTL= 0xf2,0x78,0xfb,0x3c,0x63,0x7d,0x8f,0x9d,0xa8,0xb1,0x17,0x0b,0xb2,0x05,0x37,0x58,0x70,0x82,0x90,0x9b, 0x4d,0xa7,0xc4,0xd3,0xdc,0xe2,0xe6,0xea,0xec,0xee;*/*這兩組數(shù)組很重要，需要根據(jù)波形來調(diào)試，選擇合適的值，使輸出波形達(dá)到頻率要求*/uchar code waveTH= 0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xec,0xf6,0xf9,0xfb,0xfc,0xfc,0xfd,0xfd,0xfd,0xfe;uchar code waveTL= 0x06,0x8a,0x10,0x4e,0x78,0x93,0xa8,0xb3,0xbe,0xc6, /正弦波頻率調(diào)整中間值0xac,0xde,0x48,0x7a,0x99,0xaf,0xbb,0xc8,0xd0,0xde,/三角波頻率調(diào)整中間值0x88,0x50,0x90,0x32,0x34,0xbe,0x4a,0xa3,0xe5,0x2c; /*/uchar code triangle_tab= /每隔數(shù)字8，采取一次0x00,0x08,0x10,0x18,0x20,0x28,0x30,0x38,0x40,0x48,0x50,0x58,0x60,0x68,0x70,0x78,0x80,0x88,0x90,0x98,0xa0,0xa8,0xb0,0xb8,0xc0,0xc8,0xd0,0xd8,0xe0,0xe8,0xf0,0xf8,0xff,0xf8,0xf0,0xe8,0xe0,0xd8,0xd0,0xc8,0xc0,0xb8,0xb0,0xa8,0xa0,0x98,0x90,0x88,0x80,0x78,0x70,0x68,0x60,0x58,0x50,0x48,0x40,0x38,0x30,0x28,0x20,0x18,0x10,0x08,0x00;uchar code sine_tab256=/輸出電壓從0到最大值（正弦波1/4部分）0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,/輸出電壓從最大值到0（正弦波1/4部分）0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99 ,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,/輸出電壓從0到最小值（正弦波1/4部分）0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x