正弦波方波三角波的發(fā)生電路

1、正弦波方波三角波的發(fā)生電路設計摘要現(xiàn)今世界中電子技術與電子產品的應用越加廣泛，人們對電子技術的要求也越來越高。因此如何根據實際要求設計出簡便實用的電子技術物品便顯得尤為重要。靈活、快速的選用不同特征的信號源成了現(xiàn)代測量技術值得深入研究的課題。能將簡單的易獲取的信號轉換為自己所需的復雜信號是一項必不可少的技術。我們有必要做好這相關方面的研究，為被測電路提供所需要的信號及各種波形，以便完成各種相關試驗。信號源在各種試驗應用和實驗測試處理中，仿真各種測試信號，提供給被測電路，用來滿足實驗的各種要求。關鍵詞：單片機，信號發(fā)生器，波形ABSTRACT：The application of electro

2、nic technology and electronic products in today's world increasingly extensive, people also more and more high to the requirement of electronic technology. According to actual requirements so how to design simple and practical electronic technology items, it becomes very important. Flexible, fas

3、t, choose different characteristics of the signal source is worth studying deeply the modern measuring technology. Can be simple, easy to obtain signal can be converted into their complex signal is an essential technology. It is necessary for us to do the related research, to provide the required si

4、gnal circuit under test and various waveform, to complete various related experiment. Signal source in various test application and test processing, simulation of testing signal, provided to the circuit under test, to satisfy the requirements of the experiments.KEY WORDS: Microcontroller, signal gen

5、erator, waveform目錄第一章 前言41.1 課題研究背景41.2 波形介紹5正弦波5三角波5方波61.3硬件介紹61.3.1 AT89C51單片機61.3.2 DAC0832轉換器7第二章發(fā)生電路設計原理92.1功能和基本原理92.2紅外電路92.3復位電路102.4LCD顯示部分電路102.5電源部分112.6外部時鐘電路112.7顯示接口電路112.8獨立按鍵部分122.9波形轉換電路122.10串口通信模塊13第三章 軟件設計153.2 鍵盤中斷子程序213.3系統(tǒng)初始化子程序21第四章 系統(tǒng)仿真224.1仿真電路圖224.2輸出波形圖224.2.1、測量儀器及測試說明22

6、測試過程22、測試結果24第五章 結束語25參考文獻26附錄27致謝28第一章 前言1.1 課題研究背景 函數信號發(fā)生器是一種常用信號源。通常能夠產生正弦波、方波、三角波等多種波形，因其時間波形可用某種時間函數來描述而得名。函數信號發(fā)生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的應用，密切地聯(lián)系著工業(yè)、農業(yè)、生物醫(yī)學等產業(yè)，并對它們的發(fā)展起到極大的促進作用。 伴隨著單片機技術的快速發(fā)展與普遍應用，函數信號發(fā)生器的性能和性價比將會有更大的提升空間?；趩纹瑱C的函數信號發(fā)生器將為智能化生活提供實質的幫助。1.2 波形介紹 正弦波正弦信號可用如下形式表示：f (t)=Asin(t+ )，其中，A 為振幅，

7、 是角頻率， 為初相位。正弦函數為一周期信號如下圖1所示： 圖1 正弦波三角波三角波波形如下圖2所示：圖2 三角波1.2.3方波方波函數是我們常用且所熟知的簡單波形函數，做脈沖等，其表示形式如下： 方波波形如下圖3所示：圖3 方波當方波下半段幅值為0時，就為矩形波，一個原理，所以不再贅述矩形波。1.3硬件介紹 AT89C51單片機1.AT89C51單片機的簡介AT89C51單片機是一種帶4 k字節(jié)的閃存(FPEROM - FLASH編程和可擦只讀存儲器)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。AT89C2051是一種帶2 k字節(jié)flash可編程單片機可擦除只讀存儲器(ROM)。單片機可擦除只讀

8、存儲器可以抹去反復1000次。該設備采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術,和行業(yè)標準的MCS - 51指令集和輸出管兼容。由于多功能8位CPU和閃存在單一芯片,ATMEL AT89C51單片機的結合是一種有效的微控制器,AT89C2051的精簡版本。AT89C51為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一個解決方案概述高靈活性和低價格的特點。能夠提供以下標準特性:4 k字節(jié)的Flash閃存,128字節(jié)的內部RAM,32個I / O端口線,兩個16位定時器/計數器,一個兩個階段5向量中斷結構、全雙工串行通信端口,芯片上的時鐘振蕩器電路及時。同時,AT89C51單片機靜態(tài)邏輯運算可以減少到0赫茲,和兩個軟件

9、支持可選的節(jié)能工作模式。免費停止CPU的工作方式,但是允許RAM,定時器/計數器,串行通信端口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。電方式節(jié)省內存的內容,但振蕩器停止工作和其他工作,直到下一個硬件復位所有部分。2.AT89C2051的功能單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準的，有條不紊地進行工作。因而時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路方式有兩種：一種是內部時鐘方式，一種是外部時鐘方式，這里采用的是內部時鐘方式，外接晶振。時鐘電路由片外晶體、微調電容和單片機的內部電路組成。選取頻率為11.0592MHz的晶振，微調電容是瓷片電容。89S52單片機的P0.

10、7口作為波形輸出口，若接示波器，則可通過示波器來觀察波形，是一個矩形波。1.3.2 DAC0832轉換器1. DAC0832轉換器的簡介DAC0832DAC0832是8分辨率的D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。2. DAC0832的功能（1)分辨率它反映了最小輸出模擬電壓值的變化。定義為滿量程輸出電壓之比2 n,其中n位DAC。分辨率有一定的與數字量的輸入數字的關系。全系列的5 v,使用8位DAC,分辨率為5 v

11、/ 256 = 19.5 mV;當使用DAC分辨率為5 v / 1024 = 4.88 mV。顯然，位數越高分辨率越高。（2)建立時間建立時間是描述DAC轉換速度快慢的參數。定義為從輸入數字量變化到輸出達到終值誤差±1/2 LSB(最低有效位)所需的時間。（3)接口形式接口是DAC的輸入/輸出特性。包括輸入數字量的形式:十六進制或BCD,是否輸入。 DAC0832是使用一個非常常見的8 D / A轉換器,因為它和輸入數據寄存器,它可以直接與單片機接口。 DAC0832輸出電流的形式,需要時將可以外部運算放大器的電壓輸出。屬于系列芯片和DAC0830 DAC0831,它們可以相互替換。

12、根據數據輸入過程中,有三種單片機和DAC0832連接方式:二級緩沖單級緩沖的連接方法連接模式,直接連接。第二章發(fā)生電路設計原理2.1功能和基本原理 AT89C51外接12M晶振作為時鐘頻率，設計并使用功率降低。使用電復位復位電路,其工作原理是,得電,相當于電容的兩端短路,因此TST引腳為高電平,那么電容器充電。RST端電壓下降緩慢,在一定程度上,是低水平,單片機就開始工作。產生方波計劃:低于100赫茲的頻率,根據定時器溢出時間1us,定時器溢出時代的等效頻率值,當達到規(guī)定的數量,達到的狀態(tài)的方波的輸出接腳; 對于大于100HZ的頻率，直接根據頻率值設置其定時溢出的時間，當溢出時間達到時，將輸出

13、管腳取反達到方波的產生。產生三角波計劃的想法:產生峰值電壓5 v的三角波,一個周期需要時間510次,可以計算每次溢出的時間,然后每次加權可以實現(xiàn)三角波電壓波形;生成正弦波程序理念:設定一個周期的正弦波表,通過20個數據,相當于255倍,每個周期時間,時間可以計算為每個時間的溢出,每個點可以得到電壓加權正弦電壓,即正弦波的形成。2.2紅外電路紅外的工作原理：51單片機對遙控的解碼和我們前面所講的串口并口通信不同，他不是單純的用高電平代表1，低電平代表0。這一點大家要從思想上面轉變過來。他是發(fā)送一連串的數據幀，這個數據幀就是一連串的二進制代碼，單片機通過區(qū)分高電平的持續(xù)時間來區(qū)別紅外編碼的。我們就

14、以HC6800單片機上的紅外接頭為例來說明，當高電平的脈沖寬度為1.12ms的時候單片機認為它為0，當高電平的脈沖寬度為2.25的時候單片機認為它為1。單片機是通過判斷脈沖的寬度來得到信息位為0還是為1的。根據各部分的功能?？蓪⑺鼈兎譃?部分，分別為引導碼、地址碼、地址碼、數據碼、數據反碼。遙控器發(fā)射代碼時均是低位在前。高位在后。分析可以得到引導碼高電平為45ms，低電平為45ms。當接收到此碼時表示一幀數據的開始。單片機可以準備接收下面的數據。地址碼由8位二進制組成，共256種。地址碼重發(fā)了一次。主要是加強遙控器的可靠性如果兩次地址碼不相同則說明本幀數據有錯應丟棄。不同的設備可以擁有不同的地

15、址碼因此。同種編碼的遙控器只要設置地址碼不同，也不會相互干擾。在同一個遙控器中所有按鍵發(fā)出的地址碼都是相同的。數據碼為8位，可編碼256種狀態(tài)，代表實際所按下的鍵。數據反碼是數據碼的各位求反，通過比較數據碼與數據反碼可判斷接收到的數據是否正確。如果數據碼與數據反碼之間的關系不滿足相反的關系則本次遙控接收有誤數據應丟棄。在同一個遙控器上所有按鍵的數據碼均不相同。數據碼為十六進制的0CH，數據反碼為十六進制的0F3H(注意低位在前)兩者之和應為0FFH。2.3復位電路這種復位電路的工作原理是：單片機的復位電路在剛接通電時，剛開始電容是沒有電的，電容內的電阻很低，通電后，5V的電通過電阻給電容進行充

16、電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右（此時間很短一般小于0.3秒），RC構成的微分電路在上電瞬間產生一個微分脈沖，其寬度大于兩個機器周期，89C51將復位。正因為這樣，復位腳的電由低電位升到高電位，引起了內部電路的復位工作，RST端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以后，即為低電平，單片機開始正常工作（這是單片機的上電復位，也叫初始化復位）；當按下復位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進行了一次復位工作（這是手動復位原理）。 下圖4為復位電路圖4復位電路2.4LCD顯示部分電路為了節(jié)約成本，采用1602來作為顯示器，用獨立按鍵來控制不同的顯示，能完成基本的顯示功能。圖5 LCD液晶顯

17、示電路2.5電源部分本電源設計了兩個接口，方便不同接口的電源接入，并且在電源部分加上濾波電容，起過濾接入電源的雜波的作用，為了電路中得到+12V、-12V和+5V的直流工作電壓，用變壓器變壓后再通過芯片和電容設計出所需要的電路。圖6電源電路2.6外部時鐘電路圖7采用11.0592MHz的晶振和兩個22pf的電容組成時鐘電路部分圖7外部時鐘電路2.7顯示接口電路 功能:驅動Led液晶顯示器,掃描按鈕。 LCD1602液晶顯示和一個矩陣的按鈕。按鍵時, 通過P2口將數字信號發(fā)送到LCD1602,LCD1602顯示液晶點陣設計,如字母、數字、符號,其外部電壓5 v。掃描通過使用軟件程序實現(xiàn),當按鍵時

18、,立即掃描發(fā)現(xiàn),立即調用子程序,執(zhí)行相應的功能。與單片機連接如圖所示:圖8 部分電路圖2.8獨立按鍵部分圖9為用獨立按鍵來控制不同的輸出波形圖9獨立按鍵2.9波形轉換電路功能:轉換波形樣本值編碼模擬值,完成波形的輸出。由一塊DAC0832和LF356運放。DAC0832是兩個輸入數據寄存器的8位DAC。當前生產的DAC芯片分為兩種,一種是芯片內部數據寄存器設置,不需要外加電路,就可以直接與微機接口連接。另一種類型的芯片沒有數據寄存器、輸出信號變化狀態(tài)的數據輸入行,所以你不能直接與微機接口連接,必須通過并口與微機接口相連。DAC0832 有20條引線的雙列直插式CMOS設備,里面有兩個級別的數據

19、寄存器,完成8位 D / A轉換,且不需要額外的電路。DAC0832是電流輸出類型,在示波器上顯示波形,通常需要電壓信號和電流信號，電壓信號的轉換可以使用運算放大器LF356實現(xiàn)。單片機發(fā)送DAC0832數字編碼,生成不同的輸出。先利用采樣定理對各種波形進行抽樣，然后把各種采樣值進行編碼，收到的數字量存入各個波形表，執(zhí)行程序時通過查表的方法依次取出,D / A轉換后輸出波形可以計算出來。假如N個點構成波形的一個周期,DAC0832輸出N個樣本值，樣本點能形成一個軌跡，即,一個周期。重復輸出N點之后,成為第二個周期。利用單片機的晶振控制輸出周期的速度，也就是控制輸出的波形的頻率。從而控制輸出波形

20、和振幅和頻率,如正弦波，取20個樣值點。具體連接的電路圖如圖10所示：示:圖10 D/A轉換的電路連接圖2.10串口通信模塊圖11中通過MAX232進行TTL電平和232電平轉換，從而單片機和上位機之間通信提供通道。圖11串口通信電路通信電路的目的就是讓通信雙發(fā)的電平匹配，單片機用的是TTL電平，上位機的串口用的是232電平。TTL電平的邏輯1的電壓范圍是+3.3V到+5V，邏輯0的電壓范圍是0到+3.3V；232電平的邏輯1的電壓范圍是-15V到-5V,邏輯0的電壓范圍是+5V到+15V。因此設計串口通信電路就是讓這兩種電平統(tǒng)一。第三章 軟件設計信號發(fā)生器的軟件設計包括主程序、延時子程序、系

21、統(tǒng)初始化程序、鍵盤中斷子程序、定時器中斷子程序。3.1 主程序 3.2 鍵盤中斷子程序 鍵盤用外中斷0實現(xiàn)。當有鍵按下時，產生低電平送入INT0口，形成中斷請求信號，CUP轉去執(zhí)行鍵盤中斷子程序，進行頻率調節(jié)或占空比調節(jié)。 （1）頻率調節(jié) 按下按鍵1或2時，進行頻率的調節(jié)，占空比不變。1鍵按下時，頻率增加100Hz，若2鍵按下時，頻率增加10Hz。頻率最大值為500Hz，當頻率大于最大值時，重新賦值為50Hz。 （2）占空比調節(jié) 當按鍵3和4按下時，進行占空比調節(jié)，頻率不變。3鍵按下時，占空比進行增加10%，4鍵按下時，占空比增加1%。占空比最大值為99%，當占空比大于99%時，重新賦值為1%

22、。3.3系統(tǒng)初始化子程序 在此程序中，給所有變量賦初值：鍵盤掃描口、初始頻率與占空比及定時、開中斷、定時器0與定時器1的工作方式等。初始化時啟動了定時器0和定時器1.其中初始頻率為50Hz，占空比為50%。 第四章 系統(tǒng)仿真4.1仿真電路圖通過Proteus軟件和電路原理圖繪制出如下仿真電路圖，對程序和電路功能進行測試圖13 proteus仿真電路圖4.2輸出波形圖4.2.1、測量儀器及測試說明測量儀器：穩(wěn)壓電源、示波器、數字萬用表。測量說明：正弦波、矩形波、三角波信號的輸出，通過對獨立鍵盤來實現(xiàn)其的不同波形的輸出以及其頻率的改變。測試過程 當程序下進去時經過初始化，液晶屏的上只顯示“wave

23、：”和“f：“，當開關三按一下是此時輸出波形為正弦波，按兩下時輸出為方波，按三下時輸出為三角波。另外兩個開關可以調節(jié)頻率，三種波形的頻率可調范圍不同，分別如下： 正弦波：1180HZ 方 波：13.3KHZ 三角波：1180HZ根據示波器的波形頻率的顯示計算出三種波形的頻率計算公式如下：正弦波：f=(1000/(9+3*ys)方 波：f=(100000/(3*ys)三角波：f=(1000/(15+3*ys)其中ys為延時的變量。三種波形的仿真波形圖如下：圖14正弦波圖15方波圖16三角波 測試結果    各項指標均達到要求。測試數據如下： 1.產生正弦波、方波、三角波基本實現(xiàn)2.三種波形的頻率都可調，但不能步進的調節(jié)，其中方波的可調范圍最廣為13.3KHZ，其他兩種波形的頻率范圍不大1180HZ3顯示部分基本實現(xiàn)4.鍵盤功能實現(xiàn)第五章 結束語同時在本次設計的過程中，我還學會了高效率的查閱資料、運用工具書、利用網絡查找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應用中其實并不是十分理想，各種參數都需要自己去調整。偶而還會遇到錯誤的資料現(xiàn)象，這就要求我們應更加注重實踐環(huán)節(jié)。最后還要在此感謝指導老師們和我的同學，他們在整個過程中都給予了我充分的幫助與支持?？傊?，本次單片機課程設計讓我悟出了許多東西：第一，就是對資料的搜