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1、<p> 電氣與電子信息工程學(xué)院</p><p> 《單片機(jī)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p> 題 目: 簡(jiǎn)易波形發(fā)生器 </p><p> 專業(yè)班級(jí): 電氣</p><p> 學(xué) 號(hào):
2、 </p><p> 姓 名: </p><p> 指導(dǎo)教師: </p><p> 設(shè)計(jì)時(shí)間: 2013年12月9日—2013年12月13日 </p><p> 設(shè)計(jì)地點(diǎn): K2-407單片機(jī)、微機(jī)原理實(shí)
3、驗(yàn)室 </p><p> 2013年11月20日</p><p> 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表</p><p> 指導(dǎo)教師簽字: </p><p> 2013 年 12 月 日</p><p><b> 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b><
4、/p><p> 2013~2014 學(xué)年第 1 學(xué)期</p><p> 一、課程設(shè)計(jì)題目 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) </p><p> 二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容(含技術(shù)指標(biāo))</p><p><b> 1.設(shè)計(jì)目的及要求</b></p><p> ?。?) 根據(jù)具體設(shè)計(jì)課題的技術(shù)指標(biāo)和給定條件,
5、以單片機(jī)為核心器件,能獨(dú)立而正確地進(jìn)行方案論證和電路設(shè)計(jì),完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整;</p><p> (2) 熟悉、掌握各種外圍接口電路芯片的工作原理和控制方法;</p><p> ?。?) 熟練使用單片機(jī)匯編語(yǔ)言或C51進(jìn)行軟件設(shè)計(jì);</p><p> ?。?) 熟練使用Proteus、Keil軟件進(jìn)行仿真電路測(cè)試;</p
6、><p> ?。?) 熟練使用Protel軟件設(shè)計(jì)印刷電路板;</p><p> ?。?) 學(xué)會(huì)查閱有關(guān)參考資料和手冊(cè),并能正確選擇有關(guān)元器件和參數(shù);</p><p> ?。?) 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書,參考畢業(yè)設(shè)計(jì)論文格式撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p> 2.設(shè)計(jì)內(nèi)容(題目名稱: 簡(jiǎn)易波形發(fā)生器 )</p><
7、;p> 本設(shè)計(jì)是以AT89C51為核心,結(jié)合D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832等器件,用仿真軟件設(shè)計(jì)硬件電路,用C語(yǔ)言編寫驅(qū)動(dòng)程序,以實(shí)現(xiàn)程序控制產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波四種常用低頻信號(hào)??梢酝ㄟ^(guò)鍵盤選擇任意以上四種波型。</p><p> 三、課程設(shè)計(jì)考核辦法與成績(jī)?cè)u(píng)定</p><p> 根據(jù)過(guò)程、報(bào)告、答辯等確定設(shè)計(jì)成績(jī),成績(jī)分優(yōu)、良、中、及格、不及格五等。</p&g
8、t;<p><b> 2013年11月</b></p><p><b> 1項(xiàng)目概述</b></p><p> 1.1 項(xiàng)目名稱:簡(jiǎn)易波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p><b> 1.2 小組成員</b></p><p><b> 1.3 基本
9、要求</b></p><p><b> 工作要求</b></p><p> a.組建基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器的總體結(jié)構(gòu)框架;</p><p> b.根據(jù)設(shè)計(jì)測(cè)量范圍和準(zhǔn)確度要求,理論分析和計(jì)算選擇電路參數(shù);</p><p> c.根據(jù)操作功能要求,確定按鍵功能;</p><p>
10、 d.采用C語(yǔ)言編寫應(yīng)用程序并調(diào)試通過(guò);</p><p> e.對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和結(jié)果分析;</p><p><b> 1.4主要工作</b></p><p> 本設(shè)計(jì)采用AT89C51及其外圍擴(kuò)展系統(tǒng),軟件方面主要是應(yīng)用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序。系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心,配置相應(yīng)的外設(shè)及接口電路,用C語(yǔ)言開發(fā),組成一個(gè)多功能信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)。該系
11、統(tǒng)的軟件可運(yùn)行于Windows XP環(huán)境下,使用Keil C及Proteus等軟件開發(fā),硬件電路設(shè)計(jì)具有典型性。同時(shí),本系統(tǒng)中任何一部分電路模塊均可移植與實(shí)用開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,電路設(shè)計(jì)具有實(shí)用性。</p><p> 本設(shè)計(jì)講完成以下幾個(gè)方面的工作:</p><p> a.選芯片,盡量滿足一般工業(yè)控制要求、以增強(qiáng)其實(shí)用性。</p><p> b.原理圖設(shè)計(jì)在保證
12、正確的前提下,盡量采用典型的電路設(shè)計(jì)。</p><p> c.掌握單片機(jī)仿真軟件Keil C與Proteus的使用。</p><p> 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) </p><p> 2.1主要功能系統(tǒng)</p><p> 主要功能是實(shí)現(xiàn)利用單片機(jī)AT89C51和8位
13、D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832共同實(shí)現(xiàn)正弦波、方波、三角波、鋸齒波這四種常見波形的發(fā)生。</p><p> 2.2 總體方案設(shè)計(jì)</p><p> 2.2.1 元器件的選擇</p><p> 該函數(shù)發(fā)生器有以下幾個(gè)部分:(1)控制模塊(2)按鍵及轉(zhuǎn)換模塊(3)采用模塊組成。</p><p> (1)控制模塊:用單片機(jī)AT89C51作為系
14、統(tǒng)的主控核心。單片機(jī)具有體積小,使用靈活的,易于人機(jī)對(duì)話和良好的數(shù)據(jù)處理,有較強(qiáng)的指令尋址和運(yùn)算功能等優(yōu)點(diǎn)。且單片機(jī)功耗低,價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。</p><p> ?。?)按鍵及轉(zhuǎn)換模塊:采用DAC0832,其具有以下特點(diǎn):8位分辨率;雙通道D/A轉(zhuǎn)換;輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容等。</p><p> 2.2.2 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì)</p><p> 本系統(tǒng)
15、是以單片機(jī)AT89C51和8位A/D轉(zhuǎn)換芯片DAC0832及顯示共同實(shí)現(xiàn)正弦波、方波、三角波、鋸齒波這四種常見波形及顯示功能。</p><p><b> 系統(tǒng)框圖:</b></p><p><b> 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 3.1 單片機(jī)介紹</b></p>
16、;<p> 89C51單片機(jī)有44個(gè)引腳PLCC和TQFP方形封裝形式,40個(gè)引腳直插式封裝形式,常見如圖</p><p><b> AT89C51</b></p><p> 3.2 DAC0832外圍電路設(shè)計(jì)</p><p> 系統(tǒng)中DAC0832的工作方式是單緩沖方式, DAC鎖存器呈直通狀態(tài),只需將XFER 和WR2
17、 引腳直接接地,ILE端接+VCC,片選信號(hào)CS地址選擇線相連,WR1接單片機(jī)的寫信號(hào)。</p><p> DAC0832輸出為電流形式,為了得到電壓輸出,需要在輸出端接上運(yùn)算放大器。</p><p> LM324是四運(yùn)放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝,外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器,除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表
18、示,它有5個(gè)引出腳,其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端,“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端,“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,Vi-(-)為反相輸入端,表</p><p> 示運(yùn)放,輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反;Vi+(+)為同相輸入端,表輸出端</p><p> Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 LM324的引腳排列圖</p><p> 由
19、于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中</p><p> Rfb即為運(yùn)算放大器的負(fù)反饋電阻端,由于V=5V,所以運(yùn)算放大器輸出電壓為負(fù)電壓(0-5V)。通過(guò)運(yùn)算放大器LM324進(jìn)行轉(zhuǎn)換,可以實(shí)現(xiàn)單極性和雙極性輸出,通過(guò)總線方式和單片機(jī)相連。由于輸出要經(jīng)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),對(duì)運(yùn)算放大器的動(dòng)態(tài)范圍要保證在—5V—+5V,要求運(yùn)算放大器的
20、電源V+=12v,V-=—12V,電路如圖所示,圖中兩個(gè)電流輸出端的電位應(yīng)盡可能的靠近地電位,一保證輸出電流的線性度。</p><p> DAC0832外圍電路</p><p> 在線性DAC中,輸出的模擬電壓的公式為:</p><p> 式中, 為輸出的模擬量,n為D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù), 為輸入的數(shù)字量, 為</p><p&g
21、t; 基準(zhǔn)電壓,D/A轉(zhuǎn)換芯片所需要的基準(zhǔn)電壓一般由芯片外的基準(zhǔn)電源提供,</p><p> 常取基準(zhǔn)電壓,n=8(D/A轉(zhuǎn)換器常用芯片DAC0832是8位);目前D/A轉(zhuǎn)換</p><p> 器較多,本設(shè)計(jì)項(xiàng)目選用大規(guī)律集成電路DAC0832來(lái)實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。</p><p><b> 3.3 設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖</b></p>
22、<p> 本系統(tǒng)含有DAC0832與單片機(jī)的連接模塊,單片機(jī)的連接模塊以及按鍵控制模塊等主要部分。</p><p> 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,使DAC0832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。所以這個(gè)芯片的應(yīng)用很廣泛。</p><p> 簡(jiǎn)易波形發(fā)生器的原理圖</p><
23、;p><b> 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p> 4.1. 項(xiàng)目要求:實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易波形發(fā)生器,程序設(shè)計(jì)主要要解決按鍵控制輸出三角波、方波、鋸齒波和正弦波的問(wèn)題。</p><p> 4.2. 按鍵控制:根據(jù)設(shè)計(jì)要求,根據(jù)按鍵控制輸出波形的變化,則程序設(shè)計(jì)中應(yīng)不斷查詢檢測(cè)按鍵狀態(tài),以便輸出對(duì)應(yīng)的波形。對(duì)于要通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)識(shí)別每種不同的功能,我們給每個(gè)不
24、同的功能模塊用不同的ID號(hào)標(biāo)識(shí),這樣,每按下一次按鍵,ID的值是不相同的,所以單片機(jī)就很容易識(shí)別不同功能的身份了。從上面的要求我們可以看出,輸出的波形受到按鍵的控制。我們給輸出不同的波形定義出不同的flag,當(dāng)flag=0時(shí),輸出三角波,當(dāng)flag=1時(shí),輸出方波,當(dāng)flag=2時(shí),輸出鋸齒波,當(dāng)flag=3時(shí),輸出正弦波。很顯然,只要每次按下開關(guān)K1時(shí),分別給出不同的flag值我們就能夠完成上面的任務(wù)了。
25、 </p><p> 按鍵波形選擇程序流程圖</p><p> 4..3 輸出模擬電壓:由于DAC0832與單片機(jī)AT89S51采用直通方式,因此只要往D/A數(shù)據(jù)輸入端口上送入數(shù)字量,從后面運(yùn)放的輸出端即可得到模擬電壓。輸出電壓根據(jù)公式計(jì)算得來(lái),因而在需要輸出某個(gè)電壓值時(shí),求出對(duì)應(yīng)得數(shù)字值,通過(guò)P2端口輸出,就可得到所需模擬電壓。程序設(shè)計(jì)即P2=x。為了便于程序修改和功能擴(kuò)展,采用模塊
26、化設(shè)計(jì),將DAC0832的輸出封裝為一個(gè)函數(shù),用形參表示待輸出的數(shù)值:</p><p> void DAC0832(unsigned char x)</p><p> { P2=x; } </p><p> 4,4 軟件設(shè)計(jì)思路,以輸出正弦波為例</p><p> 輸出正弦波: 一般采用查表方法獲得正弦值。將90&
27、#176;~ 270°的正弦值放在數(shù)組中,通過(guò)簡(jiǎn)單的處理就可以從數(shù)組中得到整個(gè)周期的值。</p><p> 設(shè)正弦信號(hào)角度為x,當(dāng) x<90°時(shí),sinx=sin(90°-x);當(dāng)x>270°時(shí),sinx=sin(450°-x)。</p><p> oid out_sin(unsigned int x)</p>
28、<p> { unsigned char code_sin[]={0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2,2, 3, 3, 4, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9,9,10, 10, 11, 12, 12, 13, 14, 15, 15, 16, 17, 18, 18, 19, 20, 21,22, 23, 24, 25, 25, 26,
29、27, 28, 29, 30, 31, 32, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 44, 45, 46, 47, 49, 50, 51, 52, 54, 55, 56, 57, 59, 60, 61, 63, 64, 66, 67, 68, 70, 71, 73, 74, 75, 77, 78, 80, 81, 83, 84, 86, 87, 89, 90, 92, 93, 95, 96, 98,
30、99, 101,102, 104, 106, 107,109, 110, 112, 113, 115, 116, 118, 120, 121, </p><p> unsigned char y;</p><p><b> x=x%360; </b></p><p> if(x<90) </p><p>
31、<b> x=90-x; </b></p><p> else if(x>270) </p><p> x=450-x; </p><p> else x=x-90;</p><p> y=sin[x]; </p><p> DAC0832(y); }</p&
32、gt;<p><b> int k;</b></p><p> for(k=0;k<360;k++)</p><p> { out_sin(k) </p><p><b> }</b></p><p><b> 5 仿真結(jié)果及分析</b><
33、;/p><p><b> 6 總結(jié)與提高</b></p><p> 6.1 課程設(shè)計(jì)總結(jié)</p><p> 本組設(shè)計(jì)的課題為:《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)——簡(jiǎn)易波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)》,由于以前做過(guò)類似簡(jiǎn)易的有關(guān)波形發(fā)生器的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)總體認(rèn)知不是非常的難。后來(lái)導(dǎo)師提出了設(shè)計(jì)相關(guān)要求,我們根據(jù)導(dǎo)師的要求,查閱資料,,為了提高編程能力和開拓創(chuàng)新,我
34、們最終決定使用C語(yǔ)言編寫源程序,使用Keil C和Protues作為設(shè)計(jì)開發(fā)和仿真軟件。</p><p> 雖然在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了一些麻煩,但是在不斷地努力下最終一一克服,達(dá)到了最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模沧屛腋邮煜ち烁鞣N芯片的功能和單片機(jī)的應(yīng)用。</p><p> 6.2 對(duì)自己課程設(shè)計(jì)完成情況的評(píng)價(jià)</p><p> 本次課程設(shè)計(jì),自我感覺良好,對(duì)于硬件課程設(shè)計(jì)
35、也有了更加深入的了解,同時(shí)更激發(fā)個(gè)人對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的學(xué)習(xí)興趣,基本改變的以前計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)中硬件難學(xué)的思想。但是學(xué)習(xí)仍有很多的不足之處,如知識(shí)未能系統(tǒng)連貫化,對(duì)于技巧的應(yīng)用仍然很匱乏,實(shí)踐能力較弱,方法比較笨,效率不夠高等,所以在以后的學(xué)習(xí)中會(huì)更注重知識(shí)的系統(tǒng)化、方法效率的提高和實(shí)踐能力的培養(yǎng)上。</p><p> 雖然此次課程設(shè)計(jì)難度一般,但是對(duì)于同學(xué)們學(xué)習(xí)知識(shí)的自主性和實(shí)踐鍛煉能力有很大的幫助。</p>
36、;<p> 6.3 這次設(shè)計(jì)有什么不足之處?該如何改進(jìn)?</p><p> 答;不足之處:在外圍電路中不能隨意調(diào)制頻率。</p><p> 用一個(gè)多控開關(guān)SW-DIP4接到主控芯片的P2.0~P2.3來(lái)分別控制四種波形,多控開關(guān)的另一邊四個(gè)端口接地,在外部中斷0和外部中斷1端口和地之間分別接兩個(gè)開關(guān)來(lái)分別控制減頻和加頻,再用一個(gè)液晶顯示器LM016L的D0~D7接到主控
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