簡易波形發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱: 單片機(jī)原理及應(yīng)用 設(shè)計(jì)課題: 單片機(jī)信號(hào)波形發(fā)生器 指導(dǎo)教師: 專業(yè)： 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 二O 年 月 日課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書I、課程設(shè)計(jì)(論文)題目：簡易波形發(fā)生器II、課 程設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：控制DAC0832分別產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波三種波形III、課 程 設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間： 、主 要參考資料：1周淇.單片機(jī)原理及應(yīng)用：基于Keil及Proteus.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.2鐘睿.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用開發(fā)技術(shù)M.北京：中國鐵道出版社，2006.3張毅剛.單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì).北京

2、：電子工業(yè)出版社，2008. 單片機(jī)的波形信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 摘要: 信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。目前使用的信號(hào)發(fā)生器大部分是函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，且特殊波形發(fā)生器的價(jià)格昂貴。本系統(tǒng)利用MCS-51單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法與DAC0832構(gòu)成的波形發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波、三角波、方波三種波形, 它是使用頻度很高的電子儀器?，F(xiàn)在的波形發(fā)生器都采用單片機(jī)來構(gòu)成。單片機(jī)波形發(fā)生器是以單片機(jī)核心，配相應(yīng)的外圍電路和功能軟件，能實(shí)現(xiàn)各種波形發(fā)生的應(yīng)用系統(tǒng)，它由硬件部分和軟件部分組成，硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件則是在硬件的基礎(chǔ)上，對(duì)其合理的調(diào)配和使用從而完成波形發(fā)生的任務(wù)。

3、波形的周期可用程序改變，并可根據(jù)需要選擇單極性輸出或雙極性輸出，具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)越等特點(diǎn)，信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。關(guān)鍵詞： MCS-51單片機(jī) DAC0832 信號(hào)發(fā)生器目 錄引言·····················(5) 1 目的與要求 1.1 目的·······

4、83;··········(6) 1.2 要求··················(6)2 硬件設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)原理框圖············(6) 2.2 51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)·

5、83;···········(6) 2.3 轉(zhuǎn)換芯片DAC0832簡介··········(8) 2.4 電路仿真圖···············(10) 3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 3.1 主程序流程圖····

6、;··········(11) 3.2 波形產(chǎn)生模塊··············(12) 3.3 系統(tǒng)源程序···············(12) 3.4 生成波形現(xiàn)象···

7、83;··········(14)4 課程設(shè)計(jì)結(jié)論···············(15)參考文獻(xiàn)···················（16）引 言在計(jì)算機(jī)控制

8、技術(shù)、電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用越來越廣，對(duì)信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出信號(hào)的頻率微調(diào)分辨率提出越來越高的要求，普通的頻率源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電子技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。國內(nèi)外紛紛設(shè)計(jì)制作先進(jìn)的信號(hào)發(fā)生器，從實(shí)用價(jià)值來看，各高校中信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用極為廣泛，能夠設(shè)計(jì)出低成本、高精度的信號(hào)發(fā)生器并推廣使用具有非常重要的意義。單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，具有普通計(jì)算機(jī)不具備的的一系列優(yōu)點(diǎn)。其體積小，功能強(qiáng)，可靠性高，價(jià)格低，性能穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于智能儀器儀表、自動(dòng)控制、通信系統(tǒng)、家用電器和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等。此外，單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)還在農(nóng)業(yè)、化工、軍事、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛

9、應(yīng)用。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的工程技術(shù)人員。單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，以MCS-51單片機(jī)為核心，以簡單、廉價(jià)的元器件構(gòu)筑，能夠產(chǎn)生高精度、高純度的方波、三角波、鋸齒波，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)波形切換。目前購買的信號(hào)發(fā)生器價(jià)格昂貴，功能強(qiáng)大，實(shí)際在高校開展實(shí)驗(yàn)過程中用到最多的是低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。如果能夠在高校實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的儀器取代它們，將具有重要的實(shí)際意義。信號(hào)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(hào)發(fā)生器、低頻信號(hào)發(fā)生器、視頻信號(hào)發(fā)生器、高頻波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻信號(hào)發(fā)生器。按照輸出波形分類

10、可以分為：正弦信號(hào)發(fā)生器和非正弦信號(hào)發(fā)生器，非正弦信號(hào)發(fā)生器又包括：脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字序列波形發(fā)生器、圖形信號(hào)發(fā)生器、噪聲信號(hào)發(fā)生器等。按照信號(hào)發(fā)生器性能指標(biāo)可以分為一般信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。前者指對(duì)輸出信號(hào)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(hào)發(fā)生器。后者是指其輸出信號(hào)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(hào)發(fā)生器。本次課程設(shè)計(jì)是做單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器，將采用編程以及直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方法來實(shí)現(xiàn)三角波、鋸齒波、方波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各種波形進(jìn)行程序的編寫，并將所寫程序輸入單片機(jī)的運(yùn)

11、行軟件中。在程序運(yùn)行中，由開關(guān)控制，D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出所需要的波形。1 目的與要求1.1、目的1、完成D/A轉(zhuǎn)換及接口電路的設(shè)計(jì)和完成開關(guān)電路設(shè)計(jì)；2、掌握延時(shí)子程序在主程序中的作用；3、掌握DAC0832各引腳的作用及工作原理；4、掌握DJ598K 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及功能。1.2、要求以MCS-51為主控，利用DAC0832轉(zhuǎn)換和外圍電路，設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，要求實(shí)現(xiàn)以下功能：(1) 信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生方波，三角波，鋸齒波等波形。(2) 通過控制開關(guān)能對(duì)三種波形進(jìn)行選擇輸出。2 硬件設(shè)計(jì)2.1、總體設(shè)計(jì)原理框圖2.2、51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 51單片機(jī)引腳圖典型的MCS-51單片機(jī)芯

12、片集成了以下幾個(gè)基本組成部分：1) 一個(gè)8位的CPU；2) 128B或256B單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；3) 4KB或8KB片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM或EPROM）；4) 4個(gè)8位并行I/O接口P0P3；5) 兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6) 5個(gè)中斷源的中端管理控制系統(tǒng)；7) 一個(gè)全雙工串行I/O口UART（通用異步接收、發(fā)送器）；8) 一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。 CPU結(jié)構(gòu)CPU是單片機(jī)的核心部件。它由運(yùn)算器和控制器等部件組成。程序計(jì)數(shù)器PCPC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，用于存放一條執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64KB，PC有自動(dòng)加1功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動(dòng)加1。 指令寄存器指令寄存器

13、用于存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時(shí)，由程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，經(jīng)指令譯碼器譯碼后由定時(shí)有控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，完成指令功能。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)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(yùn)行。 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式。一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式；另一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接晶振就構(gòu)成了自激振蕩器，并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，已使各單片機(jī)同步。單片機(jī)的時(shí)序單位：晶振周期為時(shí)鐘

14、脈沖頻率的倒數(shù)，為最小的時(shí)序單位，也稱T狀態(tài)；時(shí)鐘周期包含兩個(gè)晶振周期，也稱S狀態(tài)；完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期，由6個(gè)時(shí)鐘周期組成，即12個(gè)晶振周期；指令的執(zhí)行時(shí)間稱為指令周期，通常含有14個(gè)機(jī)器周期。2.3、轉(zhuǎn)換芯片DAC0832簡介DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。這個(gè)芯片以其價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。 DAC0832引腳圖·DAC0832內(nèi)部無參考電壓源；須外接參考電壓源。·DAC0832為電流輸入型D/A轉(zhuǎn)換

15、器，要獲得模擬電壓輸出時(shí)，需要外加轉(zhuǎn)換電路。DAC0832的引腳圖及邏輯結(jié)構(gòu)如下圖： DAC0832結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列 引腳定義及功能（圖2.2） DAC0832芯片有20個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝。各功能如下：DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平，有效時(shí)間長于90ns。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效。 CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫選通信號(hào)，負(fù)脈沖有效（脈沖寬度應(yīng)大于500us），當(dāng)CS為0，WR1有效時(shí)，DI0DI7狀態(tài)被鎖存到輸入寄存器。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。 WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖有效（脈沖寬

16、度應(yīng)大于500us）。當(dāng)XFER為0且WR2有效時(shí)，輸入寄存器的狀態(tài)被傳到DAC寄存器中。 Iout1: 電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。 Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。 Rfb: 反饋信號(hào)輸入線,芯片內(nèi)部此端與Iout1之間已接有1個(gè)15千歐的電阻。 Vcc: 電源輸入線 (+5v+15v) 。Vref: 基準(zhǔn)電壓輸入線 (-10v+10v)。此端電壓決定 D/A輸出電壓的范圍。如果Vref接+10V，則輸出電壓范圍為0-10V：如果Vref接-5V，則輸出電壓范圍為0+5V。AGND: 模擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地. DGND: 數(shù)字地,為工作電源

17、地和數(shù)字邏輯地。·51單片機(jī)和DAC0832接口時(shí)，可以有3種連接方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。 （1）直通方式：即數(shù)據(jù)經(jīng)過雙重緩沖后再送入DA轉(zhuǎn)換電路，執(zhí)行兩次寫操作才能完成一次DA轉(zhuǎn)換。這種方式可在DA轉(zhuǎn)換的同時(shí)，進(jìn)行下一個(gè)數(shù)據(jù)的輸入，可提高轉(zhuǎn)換速率。更為重要的是，這種方式特別適用于要求同時(shí)輸出多個(gè)模擬量的場合。此時(shí)，要用多片DAC0832組成模擬輸出系統(tǒng)，每片對(duì)應(yīng)一個(gè)模擬量。 （2）單緩沖方式：不需要多個(gè)模擬量同時(shí)輸出時(shí)，可采用此種方式。此時(shí)兩個(gè)寄存器之一處于直通狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)只經(jīng)過一級(jí)緩沖送入DA轉(zhuǎn)換電路。這種方式只需執(zhí)行一次寫操作，即可完成DA轉(zhuǎn)換。 （3）雙緩沖

18、方式：此時(shí)兩個(gè)寄存器均處于直通狀態(tài)，因此要將、和端都接數(shù)字地，ILE接高電平，使LE1、LE2均為高電平，致使兩個(gè)鎖存寄存器同時(shí)處于放行直通狀態(tài)，數(shù)據(jù)直接送入DA轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換。這種方式可用于一些不采用微機(jī)的控制系統(tǒng)中或其他不須0832緩沖數(shù)據(jù)的情況。2.4、電路仿真圖 ·電路原理： 通過51單片機(jī)的程序輸出以及DAC0832轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，連接到直流電機(jī)上，通過開關(guān)的控制，進(jìn)行波形的輸出以及選擇。·波形發(fā)生器仿真電路 ：3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)3.1、主程序流程圖3.2、波形產(chǎn)生模塊 ·設(shè)計(jì)思想：利用轉(zhuǎn)移指令，當(dāng)3個(gè)開關(guān)中有任意一個(gè)閉合時(shí)，跳轉(zhuǎn)至該開關(guān)所對(duì)應(yīng)的波形程

19、序，再通過延時(shí)程序，通過直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況來判斷輸出的波形，沒執(zhí)行一次波形所對(duì)應(yīng)的程序后，在調(diào)到開關(guān)控制處，判斷開關(guān)通斷情況，如果閉合，則繼續(xù)執(zhí)行對(duì)應(yīng)波形程序，循環(huán)下去，否則在開關(guān)處死循環(huán)。3.3、系統(tǒng)源程序·程序如下：開關(guān)處的程序：ORG 0000H ；程序開始START:MOV SP,60H ；更改堆棧地址，避免堆棧與工作寄存器區(qū)發(fā)生沖突。JB P1.0,IR0 ；方波控制開關(guān)。JB P1.1,IR1 ；鋸齒波控制開關(guān)。JB P1.2,IR2 ；三角波控制開關(guān)。SJMP START ；循環(huán)檢測(cè)方波：方波的實(shí)現(xiàn)只需開始的時(shí)候設(shè)置一個(gè)初值然后直接輸出這個(gè)值就行了，輸出一段時(shí)間后，然后

20、再重新置一個(gè)數(shù)據(jù)，然后再輸出這個(gè)數(shù)據(jù)一段時(shí)間，但是此時(shí)的時(shí)間一定要等于前面那段時(shí)間。方波的程序：IR0:MOV DPTR,#FF80H ；DAC0832的端口地址。LOOP:MOV A,#0 MOVX DPTR,A ；輸出低電平。 MOV 30H,#10 ACALL DEL ；跳到延時(shí)程序。 MOV A,#0A0H MOVX DPTR,A ；輸出低電平。 MOV 30H,#10 ACALL DEL AJMP START ；跳到開始位置進(jìn)行開關(guān)通斷判斷。 SJMP LOOP DEL:MOV R7,#250 DEL1:MOV R6,#250 DEL2:DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DE

21、L1 DJNZ 30H,DELRET鋸齒波：鋸齒波的實(shí)現(xiàn)過程是首先定義一個(gè)初值然后進(jìn)行加法操作，沒加一次就跳到延時(shí)子程序一次，加的步數(shù)的多少則根據(jù)要求的頻率來進(jìn)行。然后加到某個(gè)數(shù)之后就再重新設(shè)置為初值，再重復(fù)執(zhí)行剛剛的操作，如此循環(huán)下去。鋸齒波程序：IR1: MOV DPTR,#0FF80H MOVX DPTR,A INC A ；A自加1后循環(huán)。ACALL DELAYAJMP STARTDELAY:MOV R7,#150DLY1: MOV R6,#150DLY2: DJNZ R6,DLY2 DJNZ R7,DLY1 RET三角波：三角波與上升階段與鋸齒波的上升階段類似，只要在加一個(gè)自減和一個(gè)延

22、時(shí)就可以了。三角波程序：IR2: CLR A MOV DPTR,#0FF80HDOWN:MOVX DPTR,A ；生成上升的一半三角波。 INC AACALL DELAY ；跳到延時(shí)子程序。JNZ DOWNMOV A,#0FEHUP: MOVX DPTR,A ；生成下降的一半三角波。DEC AACALL DELAYAJMP STARTJNZ UPSJMP DOWNEND3.4、生成波形現(xiàn)象（1）方波：當(dāng)運(yùn)行方波的程序，控制開關(guān)打開后，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)先是保持一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間，一段時(shí)間之后轉(zhuǎn)動(dòng)停止，停止時(shí)間和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間保持一致，然后又開始轉(zhuǎn)動(dòng)，一直這樣往復(fù)循環(huán)下去，直到控制開關(guān)斷開。（2）鋸齒波：當(dāng)運(yùn)行鋸齒波的程序，