單片機課程設(shè)計智能信號發(fā)生器設(shè)計

1、東 北 石 油 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 課 程 單片機課程設(shè)計 題 目 智能信號發(fā)生器 院 系 電氣信息工程學(xué)院測控系 專業(yè)班級 測控 08-02 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 智能信號發(fā)生器1 2012 年 3 月 30 日智能信號發(fā)生器1東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程 單片機課程設(shè)計 題目 智能信號發(fā)生器 專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 姓名 單培杰 學(xué)號 080601240229 一、任務(wù)一、任務(wù) 設(shè)計一款基于 at89c51 單片機智能信號發(fā)生器，實現(xiàn)三角波，方波，鋸齒波的輸出。二、設(shè)計要求二、設(shè)計要求1 通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波、正弦波。2 寫出詳細的設(shè)計報告。3 給出全部電路和

2、源程序。三、參考資料三、參考資料1 吳杰.基于 isp 技術(shù)的電子公告牌系統(tǒng)j.科技資訊 2008.no.14：83-87.2 楊恢先,黃輝先.單片機原理及應(yīng)用m.人民郵電出版社,2006.3 李川，汪秋蒙.isp 技術(shù)的原理及實現(xiàn)方法j.科技資訊.2007，35 期：93-94.4 萬光毅.單片機實驗與實踐教程m.北京航空航天大學(xué)出版社.2005.1.5 張毅剛.單片機原理及應(yīng)用m.高等教育出版社.2003:160-190.6 曾一江.單片機微機原理與接口技術(shù)m.科學(xué)出版社,2006.7 王新強.基于 at89s52 的智能信號發(fā)生器j.河南機電高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2006,14(3):37-

3、39.8 philips .74hc595 .datasheet.philips semiconductors .2003 jun 259 馬忠梅.單片機的 c 語言應(yīng)用程序設(shè)計m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.200610 康華光,陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)m.高等教育出版社,1998.完成期限 2012.3.19 至 2012.3.30 指導(dǎo)教師 段志偉 專業(yè)負責人 曹廣華 2012 年 3 月 16 日智能信號發(fā)生器2目錄目錄第 1 章 緒論.31.1 對信號發(fā)生器的認識 .31.2 本次設(shè)計的信號發(fā)生器的簡介 .31.3 本設(shè)計任務(wù) .4第 2 章 總體方案論證與設(shè)計.52.1 系統(tǒng)方案的比

4、較 .52.2 控制芯片的選擇 .52.3 總體硬件組成框圖 .5第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計.73.1 單片機的介紹 .73.2 各部分電路原理 .93.3 鍵盤電路原理 .11第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計.134.1 主程序設(shè)計 .134.2 子程序流程圖 .14第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析.185.1 系統(tǒng)調(diào)試 .185.2 測試結(jié)果 .18結(jié) 論.21參考文獻.22附錄 1 程序.23附錄 2 仿真效果圖.24智能信號發(fā)生器3 第 1 章 緒論在現(xiàn)代電子學(xué)的各個領(lǐng)域中，常常需要高精度和頻率方便可調(diào)的信號發(fā)生器，信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途，目前廣泛使用的是一些標準

5、產(chǎn)品，雖然功能齊全、性能指標較高，但是價格較貴，而且許多功能用不上。而隨著單片機技術(shù)的迅速發(fā)展，其以集成度高、處理功能強、可靠性好等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域得到越來與廣泛的應(yīng)用，因而利用單片機實現(xiàn)的信號發(fā)生器，結(jié)構(gòu)簡單，實用性強。1.1 信號發(fā)生器的簡介 信號發(fā)生器是一種能產(chǎn)生標準信號的電子儀器資料來源:畢業(yè)設(shè)計(論文)網(wǎng) 是工業(yè)生產(chǎn)和電工、電子實驗中經(jīng)常使用的電子儀器之一。信號發(fā)生器種類較多，性能各有差別，但它們都可以產(chǎn)生不同頻率的正弦波、調(diào)幅波調(diào)頻波信號，以及各種頻率的方波、三角波、鋸齒波和正負脈沖波信號等。利用信號發(fā)生器輸出的信號，可以對元器件的性能及參數(shù)進行測量，還可以對電工和電子產(chǎn)品整進行指

6、數(shù)驗證、參數(shù)調(diào)整及性能鑒定。在多數(shù)電路傳遞網(wǎng)絡(luò)中、電容與電感組合電路， 、電容與電阻組合電路及信號調(diào)制器的頻率、相位的檢測中都可以得到廣泛的應(yīng)用。信號發(fā)生器按其頻率的高低，可分為：超低頻信號發(fā)生器，低頻信號發(fā)生器，高頻信號發(fā)生器，超高頻信號發(fā)生器，微波信號發(fā)生器；按產(chǎn)生波形的不同，可分為：正弦波信號發(fā)生器，脈沖波函數(shù)波信號發(fā)生器，任意波信號發(fā)生器； 按調(diào)制方式的不同，可分為：調(diào)頻信號發(fā)生器（fm） 、調(diào)幅信號發(fā)生器（am） ，調(diào)相信號發(fā)生器（pm） ，脈沖調(diào)制信號發(fā)生器；此外，還可以產(chǎn)生兩種或多種波形信號發(fā)生器。單片機智能信號發(fā)生器目前可直接數(shù)字合成（dds） ，能夠產(chǎn)生任意波形的信號，精度高

7、，可程控，便于與其他設(shè)備接口構(gòu)成各種系統(tǒng)。還有基于 usb2.0的虛擬波形信號發(fā)生器，也可產(chǎn)生任意波形。本次設(shè)計設(shè)計的是一個可產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波及三角波的智能信號發(fā)生器。智能信號發(fā)生器可廣泛應(yīng)用于電子信息、機械、交通、地質(zhì)、航天航空等專業(yè)，在教學(xué)、科研、生產(chǎn)、工程等諸多領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。1.2 本次設(shè)計的信號發(fā)生器的簡介智能信號發(fā)生器4本次設(shè)計以單片機為核心配以一定的外圍電路和軟件，實現(xiàn)智能波的產(chǎn)生和輸出，從總體上來看設(shè)計任務(wù)可以分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，這兩者互相結(jié)合，不可分離。從時間上來看，硬件設(shè)計的絕大部分工作量在最初階段，到后期往往還要作一些修改。軟件設(shè)計任務(wù)貫穿始終，到中后期基本

8、上都是軟件設(shè)計任務(wù)。硬件設(shè)計部分包括：1. 單片機的存儲器擴展和接口擴展設(shè)計。2. 單片機外部模塊設(shè)計,包括鍵盤模塊、d/a 轉(zhuǎn)換模塊、信號放大模塊和濾波模塊設(shè)計。軟件部分設(shè)計 單片機主程序包括初始化和鍵入值的判定，其他都是軟件子程序如 d/a 轉(zhuǎn)換、智能波的產(chǎn)生函數(shù)及輸出函數(shù) 。1.3 本設(shè)計任務(wù)本系統(tǒng)是基于 at89s52 單片機的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器。采用 at89s52 單片機作為控制核心，外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路（dac0832） 、運放電路（ne4558） 、按鍵和 led 顯示燈電路等。通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波、正弦波等，同時用 led 顯示燈指示對應(yīng)的波形。其設(shè)

9、計簡單、性能優(yōu)良，可用于多種需要低頻信號源的場所，具有一定的實用性。智能信號發(fā)生器5 第 2 章 總體方案論證與設(shè)計2.1 系統(tǒng)方案的比較方案一：采用函數(shù)信號發(fā)生器 icl8038 集成模擬芯片，它是一種可以同時產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的專用集成電路。但是這種模塊產(chǎn)生的波形都不是純凈的波形，會寄生一些高次諧波分量，采用其他的措施雖可濾除一些，但不能完全濾除掉。方案二：采用分立元件實現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的多諧振振蕩器，然后根據(jù)需要加入積分電路等構(gòu)成正弦、矩形、三角等波形發(fā)生器。這種信號發(fā)生器輸出頻率范圍窄，而且電路參數(shù)設(shè)定較繁瑣，其頻率大小的測量往往需要通過硬件電路的切換來實現(xiàn)，操作不方便。 方案三：采用單

10、片機和 dac0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成波形，由于是軟件濾波，所以不會有寄生的高次諧波分量，生成的波形比較純凈。它的特點是價格低、性能高，在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少。經(jīng)比較，方案三既可滿足課程設(shè)計的基本要求又能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，電路簡單，易控制，性價比較高，所以采用該方案。2.2 控制芯片的選擇方案一：at89s52 單片機是一種高性能 8 位單片微型計算機。它把構(gòu)成計算機的中央處理器 cpu、存儲器、寄存器、i/o 接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構(gòu)成較為完整的計算機。方案二：c8051f005 單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與at80s52 兼容的微控制器的內(nèi)

11、核，與 mcs-51 指令集完全兼容。除了具有標準at80s52 的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。方案選擇：方案二中 c8051f005 芯片系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易控制，芯片成本高，對于本系統(tǒng)而言利用率低，at89s52 芯片比較常用，簡單易控制，成本低，性能穩(wěn)定故采用方案一。2.3 總體硬件組成框圖智能信號發(fā)生器6圖 2-1 總體硬件組成框圖低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)主要由 cpu、d/a 轉(zhuǎn)換電路、基準電壓電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、按鍵和波形指示電路、電源等電路組成。其工作原理為當分別按下四個按鍵中的任一個按鍵就會分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、三

12、角波、正弦波，并且有四個發(fā)光二極管分別作為不同的波形指示燈。智能信號發(fā)生器7第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機的介紹圖 3-1 at89s52 引腳圖3.1.1 管腳說明 低頻信號發(fā)生器采用 at89s52 單片機作為控制核心，其內(nèi)部組成包括：一個 8 位的微處理器 cpu 及片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 ram 低 128 字節(jié)，存放讀/寫數(shù)據(jù)；高 128 字節(jié)被特殊功能寄存器占用；片內(nèi)程序存儲器 4kb rom；四個 8 位并行 i/o（輸入/輸出）接口 p3 -p0，每個口可以用作輸入，也可以用作輸出；兩個定時/計數(shù)器，每個定時/計數(shù)器都可以

13、設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工 uart（通用異步接收發(fā)送器）的串行 i/o 口。vcc：供電電壓。ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u1at89s52vc

14、crst智能信號發(fā)生器8gnd：接地。rst：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 rst 腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時， ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。

15、如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen 信號將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當/ea 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/ea 將內(nèi)部鎖定為reset；當/ea 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 flash 編程期間，此引腳也用于施加 12v 編程電源（vpp） 。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出

16、。p0 口：p0 口為一個 8 位漏級開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。當 p1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 fiash 編程時，p0 口作為原碼輸入口，當 fiash 進行校驗時，p0 輸出原碼，此時 p0 外部必須被拉高。p1 口：p1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash 編程和校驗時，p1 口

17、作為第八位地址接收。p2 口：p2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 ttl 門電流，當 p2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 p2 口在 flash 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3 口：p3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉

18、電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個ttl 門電流。當 p3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。智能信號發(fā)生器9作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3 口也可作為 at89c51 的一些特殊功能口，如下所示： 口管腳 備選功能p3.0 rxd（串行輸入通道）p3.1 txd（串行輸出通道）p3.2 /int0（外中斷 0）p3.3 /int1（外中斷 1）p3.4 t0（定時器 0 外部輸入）p3.5 t1（定時器 1 外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）3.1.2 at

19、89s52 的晶振及其連接方法cpu 工作時都必須有一個時鐘脈沖。有兩種方式可以向 89s52 提供時鐘脈沖：一是外部時鐘方式，即使用外部電路向 89s52 提供時鐘脈沖，見圖 2.3(a)；二是內(nèi)部時鐘方式，即使用晶振由 89s52 內(nèi)部電路產(chǎn)生時鐘脈沖。一般常用第二種方法，其電路見圖 3-2。89s52xtal xtal189s52xtal2xtal1懸空外部時鐘信號c1c2j(a)外部時鐘方式（b）內(nèi)部時鐘方式圖 3-2 89s52 的時鐘脈沖j 一般為石英晶體，其頻率由系統(tǒng)需要和器件決定，在頻率穩(wěn)定度要求不高時也可以使用陶瓷濾波器。一般來說，使用石英晶體時，c1=c2=30pf。使用陶

20、瓷濾波器時，c1=c2=47pf。3.2 各部分電路原理智能信號發(fā)生器103.2.1dac0832 芯片原理管腳功能介紹（如圖 3-3 所示）圖 3-3 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，負脈沖有效，由 ile、/cs、/wr1 的邏輯組合產(chǎn)生/le1，當/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，負脈沖有效。/wr2：da

21、c 寄存器選通輸入線，負脈沖有效，由/wr2、/xfer 的邏輯組合產(chǎn)生/le2，當/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 dac 寄存器中數(shù)據(jù)全為 1 時，輸出電流最大，當 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，這樣相當于將一個

22、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。vcc20iout111lsbdi07iout212di16di25rfb9di34di416vref8di515di614msbdi713ile19wr218cs1wr12xfer17u2dac0832智能信號發(fā)生器11dgnd：數(shù)字量地。dac0832 的

23、輸出是電流，使用運算放大器可以將其電流輸出線性地轉(zhuǎn)換成電壓輸出。根據(jù)運算放大器和 dac0832 的連接方法，運算放大器的輸出可以分為單極性和雙極性兩種。這里我采用雙極性方式（如圖 3-4 所示） 。vcc20iout111lsbdi07iout212di16di25rfb9di34di416vref8di515di614msbdi713ile19wr218cs1wr12xfer17u2dac083232184u3ane4558567u3bne4558vccr77.5kr515kr615kvcc圖 3-4 dac0832 雙極性電壓輸出電路3.3 鍵盤電路原理在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中為了控制系統(tǒng)的工

24、作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有按鍵或鍵盤，實現(xiàn)簡單的人機會話。鍵盤是一組按鍵的組合，鍵通常是一種常開型按鈕開關(guān)，平時鍵的兩個出點處于斷開狀態(tài)，按下鍵時他們才閉合。從鍵盤的結(jié)構(gòu)來分類，鍵盤可以分為獨立式和矩陣式兩類，每一類按其識別方法又都可以分為編碼和未編碼鍵盤兩種。鍵盤上閉合鍵的識別由專門的硬件譯碼器實現(xiàn)并產(chǎn)生編號或鍵值的稱為編碼鍵盤，由軟件識別的稱未編碼鍵盤。在由單片機組成的測控系統(tǒng)及智能化儀器中，用得較多的是未編碼鍵盤，我這里也使用未編碼鍵盤。矩陣式未編碼鍵盤結(jié)構(gòu)的工作原理 如圖 3-5 所示是 4*4 的鍵盤接口，它是矩陣式的結(jié)構(gòu)。圖中鍵盤的行線（x0x3）與列線（y0y3）

25、的交叉處通過一個按鍵來聯(lián)通，行線通過電阻接+5v，當鍵盤上沒有鍵閉合時所有的行線和列線都斷開，則行線都呈高電平。當鍵盤上某一個鍵閉合時，則該鍵所對應(yīng)的行線和列線被短路。如果 x0、x1、x2、x3、都為高電平，則 y0 這一列上沒有鍵合。如果讀出的行線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的行線和 y0 相交的鍵處于閉合狀態(tài)。如果 y0 這一列上沒有鍵合，接著使列線 y1 為低電平，其余列線為高電平，用同樣方法檢查 y1 這一列上有無鍵閉合。依此類推，最后使列線 y3 為低電平，其余的列線為高電平，檢查 y3 這一列上是否有鍵閉合。這智能信號發(fā)生器12種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對鍵盤的一次掃描。

26、cpu 對鍵盤掃描可以采取程序控制的隨機方式，cpu 空閑時掃描鍵盤；也可以采取定時控制方式，每隔一定時間，cpu 對鍵盤掃描一次，cpu 可隨時響應(yīng)鍵盤輸入請求；還可以采用中斷方式，當鍵盤上有鍵閉合時，向 cpu 請求中斷，cpu 響應(yīng)鍵盤輸入中斷，對鍵盤掃描，以識別哪一個鍵處于閉合狀態(tài)，并對鍵輸入信息作出相應(yīng)處理。cpu 對鍵盤上閉合鍵的鍵號確定，可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計算求得，也可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表求得。x3x2x1x0y0y1y2y3 12840 139 5 1 14 10 6 2 15 11 7 3+5v圖 3-5 4*4 矩陣式未編碼鍵盤結(jié)構(gòu)圖根據(jù)我設(shè)計的電路特點，只需要用

27、到 4 個按鈕來選擇波形，實現(xiàn)的功能也比較簡單，所以我采用獨立式未編碼鍵盤結(jié)構(gòu)。鍵盤原理圖如圖 3-6 所示。圖 3-6 鍵盤原理圖s1sw-pbs2sw-pbs3sw-pbs4sw-pbr 41kr 31kr 21kr 11kvc c智能信號發(fā)生器13第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件設(shè)計上，根據(jù)功能分了幾個模塊編程。模塊主要有：主程序模塊、鋸齒波模塊、三角波模塊、正弦波模塊、方波模塊、延時子程序模塊等。顯示波形模塊是利用 dac0832 的 8 位特點，把波形的數(shù)據(jù)以 8 位數(shù)據(jù)的形勢送進 cpu 中，只要一按鍵就能顯示波形。4.1 主程序設(shè)計其主程序流程如圖 4-1 所示。 開始key1 按

28、下了嗎？輸出鋸齒波輸出三角波輸出正弦波輸出方波key2 按下了嗎？key3 按下了嗎？key4 按下了嗎？yyyynnnn圖 4-1 主程序流程圖本軟件設(shè)計過程中主要實現(xiàn)利用按鍵來控制不同波形的輸出，當按鍵 1 按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出鋸齒波；當按鍵 2 按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出三角波；智能信號發(fā)生器14當按鍵 3 按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出正弦波；當按鍵 4 按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出方波。通過按鍵可以以任意循環(huán)方式輸出不同波形。4.2 子程序流程圖 a=00ha 送到 0832 輸出a=a+1開始a=ffh？yn圖 4-2 鋸齒波流程圖鋸齒波產(chǎn)生將 00h 送入寄存器 a 中，dac0832

29、輸出 a 中的內(nèi)容，當 a 中的內(nèi)容等于 ffh 返回開始，當 a 中的內(nèi)容不為 ffh 時，a 中的內(nèi)容累加，從而輸出波形。開始a=00ha 送到 0832 輸出a=a+1a=00h？a=a-1a 送到 0832 輸出a=00h？nyyn智能信號發(fā)生器15圖 4-3 三角波流程圖三角波產(chǎn)生通過 a 中數(shù)值的加一遞升，當 a 中的內(nèi)容加到為 0 時， a 中的內(nèi)容減一遞減，從而循環(huán)產(chǎn)生三角波。三角波產(chǎn)生子程序如下：trian ：mov a ,#00h mov dptr,#7fffhup: movx dptr,a inc a jnz up down: dec a movx dptr,a jnz

30、down ret正弦波程序流程圖如圖 4-4 所示 開始a=00ha=129?dptr1=dptr1+1a=正弦函數(shù)表數(shù)據(jù)a 送到 0832 輸出yn圖 4-4 正弦波程序流程圖正弦波波形設(shè)計通過查表指令得出。其產(chǎn)生子程序如下：sine: mov dptr1,#sintab mov dptr,#7fffh loop: clr a movc a,a+dptr1 cjne a,#129,loop1智能信號發(fā)生器16 retloop1: movx dptr,a inc dptr1 ajmp loopsintab:db 128,132,137,141,146,150,154,159,163,167 d

31、b 171,176,180,184,188,191,195,199,203,206 db 210,213,216,219,222,225,228,231,233,236 db 238,240,242,244,246,247,249,250,251,252 db 253,254,254,255,255,255,255,255,254,254 db 253,252,251,250,249,247,246,244,242,240 db 238,236,233,231,228,225,222,219,216,213 db 210,206,203,198,195,192,188,184,180,176

32、db 172,167,163,159,155,150,146,141,137,133 db 128,124,119,115,111,106,102,97,93,89,85 db 81,77,73,69,65,61,57,54,50,47,43,40,37 db 34,31,28,25,23,20,18,16,14,12,10,9,7 db 6,5,4,3,2,2,1,1,1,1,1,2,2,3,4,5,6 db 7,9,10,12,14,16,18,20,23,25,28,30,33,36 db 40,43,46,50,53,57,60,64,68,72,76,80,84 db 88,93,9

33、7,101,106,110,114,119,123,128,129方波程序流程圖如圖 4-5 所示 開始a=00ha 送到 0832 輸出延時a=ffha 送到 0832 輸出延時智能信號發(fā)生器17圖 4-5 方波程序流程圖方波產(chǎn)生是當 a 中的內(nèi)容為 0 時，輸出對應(yīng)模擬量，然后延時，當 a 中的內(nèi)容為 0ffh 時，同樣輸出對應(yīng)模擬量，再延時，從而得到方波。方波產(chǎn)生子程序如下：squn：mov dptr,#7fffh mov a ,#0ffh movx dptr,a lcall delay mov a ,#00hmovx dptr,a lcall delay ret 延時子程序如下：del

34、ay: mov r7,#10hdly0: mov r6,#0edh nopdly1: djnz r6,dly1 djnz r7,dly0 ret方波的上限和下限的延時時間為：7mss=1+(1+1+2237+2)16+1=7648us智能信號發(fā)生器18第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：led 驅(qū)動模塊的調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲模塊的調(diào)試，pc 機通信模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進行整體測試。5.1.1 硬件調(diào)試對各個模塊的功能進行調(diào)試，主

35、要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。5.1.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用單片機仿真器 wave6000l 及微機，將編好的程序進行調(diào)試，主要是檢查語法錯誤。5.1.3 硬件軟件聯(lián)調(diào)試將調(diào)試好的硬件和軟件進行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。5.2 測試結(jié)果在對系統(tǒng)進行波形仿真時可以在虛擬示波器上觀察到鋸齒波、三角波、正弦波和方波的波形。其中鋸齒波、三角波以及正弦波的輸出誤差較大，方波波形較為理想。這一方面與電路設(shè)置的參數(shù)有關(guān)，另一方面也與使用的仿真軟件有關(guān)。對于上述問題的解決辦法是：改變仿真電路的參數(shù)或著換用版本較高的仿真軟件。當然一般產(chǎn)生這種情況的原因多由于電路的參數(shù)設(shè)計不合理所制。當按鍵 1 撥下時，

36、波形為鋸齒波，同時指示燈 1 發(fā)光。仿真圖如圖 5-1 所示。智能信號發(fā)生器19圖 5-1 鋸齒波仿真圖當按鍵 2 撥下時，波形為三角波，同時指示燈 2 發(fā)光。仿真圖如圖 5-2 所示。圖 5-2 三角波仿真圖當按鍵 3 撥下時，波形為正弦波，同時指示燈 3 發(fā)光。仿真圖如圖 5-3 所示。圖 5-3 正弦波仿真圖當按鍵 4 撥下時，波行為方波，同時指示燈 4 發(fā)光。仿真圖如圖 5-4 所示。智能信號發(fā)生器20圖 5-4 方波仿真圖智能信號發(fā)生器21結(jié) 論基于單片機的智能信號發(fā)生器設(shè)計，該課題的設(shè)計目的是充分運用大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識，考察現(xiàn)在正在使用的信號發(fā)生器的基本功能，完成一個基本的實際

37、系統(tǒng)的設(shè)計全過程。關(guān)鍵是這個實際系統(tǒng)設(shè)計的過程，在整個過程中我可以充分發(fā)揮單片機知識。特別是這個信號發(fā)生器的設(shè)計中涉及到一個典型的控制過程。通過單片機控制一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器 dac0832 產(chǎn)生所需要的電流，然后使用運算放大器 ne4558 可以將其電流輸出線性地轉(zhuǎn)換成電壓輸出，通過程序的控制，可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的波形。這樣一個信號發(fā)生裝置在控制領(lǐng)域有相當廣泛的應(yīng)用范圍。此設(shè)計方案硬件較為簡單，主要是由單片機跟 dac08322 個芯片構(gòu)成，連線也較簡便。鍵盤電路用的獨立未編碼結(jié)構(gòu)，一個鍵控制一個波形。顯示電路主要是由發(fā)光二極管構(gòu)成，利用發(fā)光二極管的導(dǎo)通即發(fā)光的特性來顯示是哪個波形的輸出，簡單易

38、懂。軟件程序方面較為復(fù)雜一點，此方案主要是靠程序的控制，主要由 4 個波形產(chǎn)生的子程序加上有承上啟下作用的主程序構(gòu)成，程序思路還是比較清晰。其中正弦波的程序較為繁瑣，因為是通過查表指令產(chǎn)生的，所以要列出個含有較多字符的表格。當然還是存在不足的地方，比如不能實現(xiàn)頻率與幅度的可調(diào)，顯示電路跟鍵盤電路有待進一步改進。智能信號發(fā)生器22參考文獻1 吳杰.基于 isp 技術(shù)的電子公告牌系統(tǒng)j.科技資訊 2008.no.14：83-87.2 楊恢先,黃輝先.單片機原理及應(yīng)用m.人民郵電出版社,2006.3 李川，汪秋蒙.isp 技術(shù)的原理及實現(xiàn)方法j.科技資訊.2007，35 期：93-94.4 萬光毅.

39、單片機實驗與實踐教程m.北京航空航天大學(xué)出版社.2005.1.5 張毅剛.單片機原理及應(yīng)用m.高等教育出版社.2003:160-190.6 曾一江.單片機微機原理與接口技術(shù)m.科學(xué)出版社,2006.7 王新強.基于 at89s52 的智能信號發(fā)生器j.河南機電高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2006,14(3):37-39.8 馬忠梅.單片機的 c 語言應(yīng)用程序設(shè)計m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.20069 康華光,陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)m.高等教育出版社,1998.10周潤景.基于 proteus 的電路與單片機仿真系統(tǒng)設(shè)計與仿真m.北京航空航天大學(xué)出版社. 2005.智能信號發(fā)生器23附錄 1 程序ke

40、y1 bit p1.0key2 bit p1.1key3 bit p1.2key4 bit p1.3;按鍵 key1:鋸齒波 按鍵 key2:三角波 按鍵 key3: 正弦波 ;按鍵 key4: 方波; org 0000h ljmp main org 0030hmain:mov sp,#50hscan_key1:mov a,p1 anl a,#0fh cjne a,#0eh,scan_key2 ljmp b1scan_key2:mov a,p1 anl a,#0fh cjne a,#0dh,scan_key3 ljmp b2scan_key3:mov a,p1 anl a,#0fh cjne

41、a,#0bh,scan_key4 ljmp b3scan_key4:mov a,p1 anl a,#0fh cjne a,#07h,scan_key1 ljmp b4;利用 dac0832 產(chǎn)生鋸齒波;b1:clr p1.4 setb p1.5 setb p1.6 setb p1.7santoo:mov a ,#00h mov dptr,#7fffhlloop:movx dptr,a inc a cjne a,#0ffh,lloop ljmp scan_key1;利用 dac0832 產(chǎn)生三角波;b2: clr p1.5 setb p1.4 setb p1.6 setb p1.7trian:mov a ,#00h mov dptr,#7fffhup: movx dptr,a inc a jnz up down: dec a movx dptr,a jnz down ljmp scan_key2;利用 dac0832 產(chǎn)生正弦波;在表格里取數(shù)送到指定地址b3: clr p1.6 setb p1.4 setb p1.5 setb p1.7sine: mov dptr,#7