課程設(shè)計-單片機(jī)波形發(fā)生器

1、課程設(shè)計課程單片機(jī)課程設(shè)計題目波形發(fā)生器設(shè)計院 系電氣信息工程學(xué)院測控系專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師2011年4月6日任務(wù)書課程單片機(jī)課程設(shè)計題目波形發(fā)生器設(shè)計專業(yè)測控技術(shù)與儀器姓名 學(xué)號一、任務(wù)設(shè)計制作一個波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波信號可以在以上基礎(chǔ)上任意發(fā)揮。二、設(shè)計要求1設(shè)計制作一個波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等。2通過對AT89S51單片機(jī)的編程，了解不同波形的產(chǎn)生原理和設(shè)計方案，畫出 硬件電路圖，編程完成軟件部分，最后調(diào)試觀察產(chǎn)生不同類型的波形信號。3寫出詳細(xì)的設(shè)計報告。4附有電路原理圖及程序流程圖，以及程序清單 。三、參

2、考資料1杜華.任意波形發(fā)生器及應(yīng)用J.國外電子測量技術(shù)，2005.1: 3840.2程全.基于AT89C5效現(xiàn)的多種波形發(fā)生器的設(shè)計J.2005.22(5):5758.3胡鴻豪，李世紅.基于單片機(jī)和DDS勺信號發(fā)生器設(shè)J.設(shè)計參考，2006 (12)4徐建軍.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用及接口技術(shù)M .人民郵電出版社，2003.5高峰.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及實用設(shè)計J.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年：96-100完成期限2011.3.28 至 2011.4.8指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人2011年3月28日目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current

3、 Document 第1 章緒論 3. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 波形發(fā)生器的概述 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 本設(shè)計任務(wù) 3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第2 章總體方案論證與設(shè)計 4. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 總體方案選擇與論證 4 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 系統(tǒng)設(shè)計基本原理圖與分析 5 HYPERLI

4、NK l bookmark26 o Current Document 第3 章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 6. HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計 6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 資源分配 6各模塊電路的設(shè)計 7 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 按鍵和波形指示燈電路 8 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 電流電壓轉(zhuǎn)換電路 9 HYPERLINK l bookmark40 o C

5、urrent Document 第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計10 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 主程序模塊 10 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 鋸齒波程序模塊 11 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 三角波程序模塊 11 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 第5章系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析13 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 軟件仿真 13 HYPER

6、LINK l bookmark54 o Current Document 仿真結(jié)論分析 14 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 硬件測試結(jié)果分析 14結(jié) 論 15參考文獻(xiàn)16附錄1程序 17附錄2整體電路原理圖 25附錄3仿真效果圖 26第 1 章 緒論波形發(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， 市場上常見的波形發(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。作為一種常用的信號源，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。函數(shù)信號發(fā)生器是

7、一種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、 矩形波 （含方波）、正弦波的電路。通過對函數(shù)波形發(fā)生器的原理以及構(gòu)成分析，可設(shè)計一個能變換出三角波、正弦波、方波的函數(shù)波形發(fā)生器。波形發(fā)生器的概述波形發(fā)生器作為一種常用的信號源, 是現(xiàn)代測試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一。在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機(jī)設(shè)備時，都學(xué)要有信號源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件或設(shè)備上， 用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號發(fā)生器是電子測量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號, 如正弦波, 三角波 , 方波等 , 因而廣

8、泛用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、宇航等領(lǐng)域。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號波形發(fā)生器。用集成電路實現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(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。本設(shè)計任務(wù)本設(shè)計通過分析比較后采用傳統(tǒng)的方法來實現(xiàn)多功能波形發(fā)生器。借助高性能單片機(jī)運算速度高, 系統(tǒng)集成度強(qiáng)的優(yōu)勢, 設(shè)計的這種信號發(fā)生器, 比以前的數(shù)字式信號發(fā)生器具有硬件簡單, 理解及實現(xiàn)起來較容易, 該方案的設(shè)計思路較為清晰 , 且容易對頻率和幅值進(jìn)行控制等優(yōu)點。第 2 章 總體方案論證與設(shè)計依據(jù)應(yīng)用場合需要實現(xiàn)的波形種類，波形發(fā)生器的具體指標(biāo)要求會有所不同。依據(jù)不同的設(shè)

9、計要求選取不同的設(shè)計方案。通常， 波形發(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。總體方案選擇與論證對于不同波形，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)。波形發(fā)生器的設(shè)計方案多種多樣，大致可以分為幾大類：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。方案一：波形發(fā)生器設(shè)計的純硬件法早期，波形發(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

10、波，方波經(jīng)過積分器變?yōu)槿遣ǎ崿F(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。通過調(diào)整外部元件的參數(shù)實現(xiàn)頻率，幅值，占空比的調(diào)整，但是由于元件太過分散，即使使用單片壓控函數(shù)發(fā)生器，參數(shù)與外部條件有關(guān)。因而產(chǎn)生的波形穩(wěn)定性差，精度低，抗干擾能力差，價格高，且靈活性差。方案二：軟硬件結(jié)合法軟硬件結(jié)合的波形發(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

11、、智能性。如以單片機(jī)和單片集成函數(shù)發(fā)生器為核心。輔以鍵盤控制、液晶顯示等電路，設(shè)計出智能型函數(shù)波形發(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)的波形發(fā)生器，同時還可以擴(kuò)展波形發(fā)生器的功能，采用單片機(jī)（AT89S51）和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片（DAC0832）實現(xiàn)波形的產(chǎn)生，波形的產(chǎn)生由程序控制，向 D/A的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過 D/A和MC1458產(chǎn)生100Hz頻率波形， 通過查詢鍵盤或中斷控制不同波形的產(chǎn)生。此方案通過編程簡化了外部電路，原理簡單，容易實現(xiàn)。方案選擇：經(jīng)比較，方案二明顯更適合實現(xiàn)課程設(shè)計題目的要求。 通過編程實現(xiàn) 不同波型的產(chǎn)生，并且可以通過按鍵實現(xiàn)波形的切換。該

12、方案線路簡單， 結(jié)構(gòu)緊 湊，系統(tǒng)穩(wěn)定，易控制，容易調(diào)試等優(yōu)點，綜上分析，選擇方案二實現(xiàn)課題要求。系統(tǒng)設(shè)計基本原理圖與分析系統(tǒng)原理框圖如圖2-1圖2-1波形發(fā)生器系統(tǒng)框圖原理框圖分析：該波形發(fā)生器主要由單片機(jī)（AT89S51）,數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（DAC0832）,電流 /電壓轉(zhuǎn)換電路（MC1458）,按鍵和波形指示燈電路，ISP接口等組成。其工作原 理為當(dāng)按下四個按鍵當(dāng)中的任何一個按鍵，就會產(chǎn)生相對應(yīng)的波形，并且四個 LED燈作為不同波形的指示。第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計AT89S51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng) 簡單、可靠。用AT89S

13、51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上時鐘 電路和復(fù)位電路即可，如圖3-1 AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限 制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點：有可供用戶使用的大量I/O 口線；內(nèi)部存儲器容量有限；應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。vcc| D1 yRI.FD30pF 土vcc| D1 yRI.FD30pF 土了1111JLVCCPl GVCCPl.lP0,0AD0)Pl 2F0.1 (ADI)Pl 3PQ.2 俗口Pl .4P03ADS)Pl 5P0, (ALM)Pl.6P0,5P1 5 nidFU5.| 事JWETRTH |MPU7PI7KF11Q.Fu

14、 味包 ,舞荷不叩 M1CKi *LJ，口 1內(nèi)。他njF isf目標(biāo)FSJ 版H淅他 irVb!awa_C 1IrJMH/fL1 jbk j同而陽d麗Fj HT -iU UiWO 良前bClEJ1音TI悄制PI5Fl? 01G eTT1口1y程并載接口一lYtz 亡?ri震盤中斷電路電源接口10TT系統(tǒng)Protcl原理總圖isjuj X /ST 切而一 /T iti riiJ /Su 45 F4 X /fST 招即$ /SF 品 Mn Id q m /s?-n w- Pt?/fiZ咋越 .IQWRI 財 1 XF-理盤口踴LED指示電篇rA川= jjg11 ri 5SP1匚 H二：三13LIHIXTA.L2-t 11FERALE 灰F1HTSF1ZF13 1手PUS仆FO.1f*Dl FOADZ rnjADi PO.1TAP1 F05TMD5 FOUADS ro.TiDTf 20/= FNWFZ_MI1 口