基于單片機(jī)的多功能波形發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、基于51單片機(jī)的多功能波形發(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，通過一個(gè)較復(fù)雜課題的設(shè)計(jì)練習(xí)，可使學(xué)生通過綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，熟悉設(shè)計(jì)過程、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

2、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)問題的能力；（3）查閱圖書數(shù)據(jù)、產(chǎn)品手冊(cè)和各種工具書的能力；（4）工程繪圖的能力；（5）編寫技術(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1003000Hz；（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。 圖1.1 總體

3、設(shè)計(jì)流程圖3.1總體設(shè)計(jì)功能說明：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)用來執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向DA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(yùn)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。軟件上，如圖?？捎捎布O(shè)計(jì)好后，再根據(jù)要求進(jìn)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(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

4、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2.18051引腳圖 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

5、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

6、使用；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(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

7、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)。即使不訪問外部鎖存器，ALE端仍有正脈沖信號(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)格來說，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，

8、每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(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)訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器，但在PC值超過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)過一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。DAC08

9、32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：寫信號(hào)1，低電平有效。XFER：傳送控制信號(hào)，低電平有效。WR2：寫信號(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.

10、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RfR2=2R可算出Rf及R2的值。5. 調(diào)試實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程需要使用到裝有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IOU

11、T1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JP

12、1跳線。（10）使用Keil C51集成開發(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。（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0000HMAIN: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,J

13、UCHI ;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 D

14、PTR,A 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 ,#TABDA02 : 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

15、: 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 DB 0

16、FDH,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,0

17、B1H 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 D

18、B 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, 80HRET;*延時(shí)程序* DEL_H: ;高電平 MOV R7,#57 DE:MOV R6,#4