單片機課程設計報告--- 函數(shù)發(fā)生器

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　課 程： 單片機實訓 </p><p>　　題 目： 函數(shù)發(fā)生器 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號：

2、 </p><p>　　系 別： 電氣工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1、課程設計概述2</p><p>　　2、課程設計題目

3、和實現(xiàn)目標2</p><p><b>　　3、設計方案2</b></p><p>　　4、Proteus仿真原理圖7</p><p><b>　　5、程序流程圖7</b></p><p><b>　　6、程序代碼8</b></p><p>&l

4、t;b>　　7、調試總結16</b></p><p>　　8、設計心得體會16</p><p><b>　　9、參考文獻16</b></p><p><b>　　1、課程設計概述</b></p><p>　　函數(shù)發(fā)生器是一種多波形的信號源。它可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒

5、波，甚至任意波形。它的用途很廣泛?？梢杂糜谏a(chǎn)測試、儀器維修和實驗室，還廣泛使用在其它科技領域，如醫(yī)學、教育、化學、通訊、地球物理學、工業(yè)控制、軍事和宇航等。</p><p>　　本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設計，將采用編程的方法來實現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設計的要求，對各種波形的頻率和幅度進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機的程序存儲器中。在程序運行中，當接收到來自外界的命令，需要輸出

6、某種波形時再調用相應的中斷服務子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/模轉換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出。</p><p>　　本方案是基于AT89C51與PCF8591的單緩沖方式接口電路來設計。單緩沖式接口電路具有過程簡單，容易實現(xiàn)。由于本設計運用匯編的編程語言，導致用獨立式鍵盤來實現(xiàn)簡單控制。本方案所產(chǎn)生的信號頻率穩(wěn)定性高，精確度高。而且在硬件方面它所選的元器件比較常見。所以總的來說本方案的性

7、價比高。</p><p>　　2、課程設計題目和實現(xiàn)目標 </p><p>　　題目：《函數(shù)發(fā)生器》 </p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　鍵盤輸入產(chǎn)生三角波，正弦波，鋸齒波，梯形波，任意波形(用示波器觀察)</p><p><b>　　頻率可調</b

8、></p><p><b>　　幅值可調</b></p><p><b>　　設計方案</b></p><p><b>　　(1）主控電路</b></p><p>　　AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的Flash只

9、讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。</p><p>　　AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行

10、通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　兼容MCS51指令系統(tǒng) · 8k可反復擦寫(>1000次）Flash ROM </p><p>　　· 32個雙向I/O口 ·

11、; 256x8bit內(nèi)部RAM </p><p>　　· 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷 · 時鐘頻率0-24MHz </p><p>　　· 2個串行中斷 · 可編程UART串行通道 </p><p>　　· 2個外部中斷源 · 共6個中斷源 </p><p>　　·

12、2個讀寫中斷口線 · 3級加密位 </p><p>　　· 低功耗空閑和掉電模式 · 軟件設置睡眠和喚醒功能 </p><p>　　中斷系統(tǒng)是使處理器具有對外界異步事件的處理能力而設置的。當中央處理器CPU正在處理某件事的時候外界發(fā)生了緊急事件，要求CPU暫停當前的工作，轉而去處理這個緊急事件。在波形發(fā)生器中，只用到片內(nèi)定時器／計數(shù)器溢出時產(chǎn)生的中斷請求，即是

13、在AT89C52輸出一個波形采樣點信號后，接著啟動定時器，在定時器未產(chǎn)生中斷之前，AT89C52等待，直到定時器計時結束，產(chǎn)生中斷請求，AT89C52響應中斷，接著輸出下一個采樣點信號，如此循環(huán)產(chǎn)生所需要的信號波形。如圖所示2.1，AT89C52所在電路中的工作情況。</p><p>　?。?）獨立式鍵盤電路</p><p>　　獨立式鍵盤中，各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，每根輸

14、入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷按鍵是否被按下了。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件結構簡單。但每個按鍵需占用一根輸入線，在按鍵數(shù)量較多時，輸入口浪費大，電路結構顯得很繁雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。如圖2.2所示，獨立式按鍵電路。</p><p>　?。?）數(shù)/模轉換電路</p><p>　　PCF8591

15、是一個單片集成、單獨供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行I²C總線接口。PCF8591的3個地址引腳A0, A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個I²C總線上接入8個PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向I²C總線以串行的方式進行傳輸。　　PCF8591的功能包括多路模擬

16、輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉換和8-bit數(shù)模轉換。PCF8591的最大轉化速率由I²C總線的最大速率決定。</p><p>　　PCF8591 特性</p><p><b>　　單獨供電 </b></p><p>　　PCF8591的操作電壓范圍2.5V-6V </p><p><b>　　

17、低待機電流 </b></p><p>　　通過I²C總線串行輸入/輸出 </p><p>　　PCF8591通過3個硬件地址引腳尋址</p><p>　　PCF8591的采樣率由I²C總線速率決定 </p><p>　　4個模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 </p><p><b&

18、gt;　　自動增量頻道選擇 </b></p><p>　　PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到VDD </p><p>　　PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路 </p><p>　　8-bit逐次逼近A/D轉換器</p><p><b>　　I2C總線特性</b></p><p>　　I

19、2C總線是不同的IC或模塊之間的雙向兩線通信。這兩條線是串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時鐘線（SCL）。這兩條線必須通過上拉電路連接至正電源。數(shù)據(jù)傳輸只能在總線不忙時啟動。</p><p>　　1.一個數(shù)據(jù)位在每一個時鐘脈沖期間傳輸。SDA線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘脈沖的高電壓期間保持穩(wěn)定，這個期間數(shù)據(jù)線上的改變將被當作控制信號。 圖12 位傳輸 </p><p>　　2 數(shù)據(jù)和時鐘線在總不忙時

20、保持高電平。在時鐘為高電平時，數(shù)據(jù)線上的一個由高到低的變化被定義為開始條件。時鐘為高電平時，數(shù)據(jù)線上的一個由低到高的變化被定義為停止條件。 </p><p>　　4、Proteus仿真原理圖 </p><p><b>　　5、程序流程</b></p><p><b>　　6、程序代碼</b></p>&

21、lt;p>　　#include <reg51.h> //定義頭文件</p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#define uchar unsigned char //宏定義</p><p>　　#define uint unsigned int//無符號

22、整型</p><p>　　#define _Nop() _nop_() </p><p>　　#define AddW 0x90 //寫數(shù)據(jù)地址 </p><p>　　#define AddR 0x91 //讀數(shù)據(jù)地址</p><p>　　sbit SDA=P2^0; //PCF8591 IO口定義<

23、/p><p>　　sbit SCL=P2^1;//PCF8591 IO口定義</p><p>　　sbit key1=P3^2;//波形切換</p><p>　　sbit key2=P3^3;//頻率加</p><p>　　sbit key3=P3^4;//頻率減</p><p>　　sbit key4=P

24、3^5;//幅值加</p><p>　　sbit key5=P3^6; //幅值減</p><p>　　bit back; //應答標志位</p><p>　　uchar wave=0;//波形.初始化為三角波.wave=1鋸齒波.wave=2正弦波</p><p>　　uchar f=15; //頻率

25、</p><p>　　uchar A=25; //幅度 </p><p>　　unsigned char code sanjiao[]</p><p><b>　　={ </b></p><p>　　0,4,8,12,16,20,24,28,32,36,40,44,48,52,56,60,64,68,</

26、p><p>　　72,76,80,84,88,92,96,100,104,108,112,116,120,124,128,</p><p>　　124,120,116,112,108,104,100,96,92,88,84,80,76,72,68,</p><p>　　64,60,56,52,48,44,40,36,32,28,24,20,16,12,8,4,0, &

27、lt;/p><p><b>　　};</b></p><p>　　unsigned char code sin[]</p><p>　　={ 135,145,158,167,176,188,199,209,218,226,234,</p><p>　　240,245,249,252,254,254,253,251,247

28、,243,237,</p><p>　　230,222,213,204,193,182,170,158, 146,133,</p><p>　　121,108,96,84,72,61,50,41,32,24,17,11,7,3,</p><p>　　1,0,0,2,5,9,14,20,28,36,45,55,66,78,90,102,114,128 </p&g

29、t;<p><b>　　}; </b></p><p>　　unsigned char code juci[]</p><p>　　={ 0,4,8,12,16,20,24,28,32,36,40,45,49,53,57,61,</p><p>　　65,69,73,77,81,85,89,93,97,101,105,109,1

30、13,117,</p><p>　　121,125,130,134,138,142, 146,150,154,158,162,166,</p><p>　　170,174,178,182,186,190,194,198,202,206,210,215,</p><p>　　219,223,227,231,235,239,243,247,251,255 }; <

31、/p><p>　　unsigned char code tixing[]</p><p>　　={ 0,13,26,39,52,65,78,91,104,117,130,143,156,</p><p>　　169,182,195,208,221,234,247,247,247,247,247,</p><p>　　247,247,247,24

32、7,247,247,247,247,247,247,247,</p><p>　　247,247,247, 247,247,247,247,247,247,247,242,</p><p>　　229,216,203,190,177,164,151,138,125,112,99,86,73,60,47,34,21,8 };</p><p>　　void delay1

33、(uint z)//延時函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=60;y>0;y--);</p><p>　

34、　} /* 啟動總線*/</p><p>　　void Start_I2c()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SDA=1; //發(fā)送起始條件的數(shù)據(jù)信號</p><p><b>　　_Nop();</b></p&

35、gt;<p><b>　　SCL=1;</b></p><p>　　_Nop(); //接受.建立時間大于4.7us,延時</p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b&

36、gt;　　_Nop();</b></p><p>　　_Nop(); </p><p>　　SDA=0; //發(fā)送起始信號</p><p>　　_Nop(); //起始條件鎖定時間大于4μs</p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>&

37、lt;b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　_Nop(); </p><p>　　SCL=0; //鉗住I2C總線，準備發(fā)送或接收數(shù)據(jù)</p><p><b>　　_Nop();</b></

38、p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　} /*結束總線-*/</p><p>　　void Stop_I2c()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SDA=0; //發(fā)送結束條件的數(shù)據(jù)

39、信號</p><p>　　_Nop(); //發(fā)送結束條件的時鐘信號</p><p>　　SCL=1; //結束條件建立時間大于4μ</p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><

40、b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　SDA=1; //發(fā)送I2C總線結束信號</p><p><b>　　_Nop();</b>&l

41、t;/p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　} /*字節(jié)數(shù)據(jù)傳送函數(shù)*/</p><p>　　/*

42、將數(shù)據(jù)c發(fā)送出去.可以是地址.也可以是數(shù)據(jù).發(fā)完后等待并對此狀</p><p>　　態(tài)位進行操作.發(fā)送數(shù)據(jù)正常ack=1. 無應答或損壞ack=0.*/</p><p>　　void SendByte(uchar c)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char Bit;&l

43、t;/p><p>　　for(Bit=0;Bit<8;Bit++) //傳送長度為8位的數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((c<<Bit)&0x80)</p><p>　　SDA=1; //判斷發(fā)送位</p><p><

44、;b>　　else </b></p><p><b>　　SDA=0; </b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　SCL=1; //置時鐘線為高，通知被控器開始接收數(shù)據(jù)位</p><p>　　_Nop(); //

45、保證時鐘高電平周期大于4μ</p><p>　　_Nop(); </p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　_Nop(); </p><p><b&g

46、t;　　SCL=0; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　SDA=1; //8位發(fā)送完后釋放數(shù)據(jù)線

47、，準備接收應答位</p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　_Nop(); </p><p><b>　　SCL=1;</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_

48、Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　if(SDA==1)</p><p>　　back=0; </p><p><b>　　else </b></p><p>　　back=1;

49、//判斷是否接收到應答信號</p><p><b>　　SCL=0;</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　} /*寫入DA轉換數(shù)值函數(shù)*/</p&g

50、t;<p>　　/*輸入?yún)?shù):dat表示需要轉換的DA數(shù)值，范圍是0-255*/</p><p>　　bit WriteDAC(uchar dat,uchar num)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　Start_I2c()

51、; //啟動總線</p><p>　　SendByte(AddW); //發(fā)送器件地址</p><p>　　if(back==0)</p><p>　　return(0);</p><p>　　SendByte(0x40); //發(fā)送器件子地址</p>

52、<p>　　if(back==0)</p><p>　　return(0);</p><p>　　for(i=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SendByte(dat); //發(fā)送數(shù)據(jù)</p><p>　　if

53、(back==0)</p><p>　　return(0);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Stop_I2c(); //結束總線</p><p>　　} /*按鍵函數(shù)*/</p><p>　　void keys(

54、)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(key1==0)//波形切換</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay1(10); //按下按鍵后延時.消抖</p><p>　　if(key1==0)

55、 //再次確認是否按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!key1); //等待按鍵彈起</p><p><b>　　wave++;</b></p><p>　　if(wave>5)</p><p><

56、b>　　wave=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(key2==0)//頻率加</p><p><b>　　{</b></p><p>　　

57、delay1(10); </p><p>　　if(key2==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!key2); </p><p><b>　　f++;</b></p><p><b>　　if(f

58、>30)</b></p><p><b>　　f=30;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(key3==0) //頻率減</p><p>&l

59、t;b>　　{</b></p><p>　　delay1(10);</p><p>　　if(key3==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!key3);</p><p><b>　　if(f>1)</b>&

60、lt;/p><p><b>　　f--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(key4==0) //幅值加</p><p><b>　　{</b>

61、;</p><p>　　delay1(10);</p><p>　　if(key4==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!key4);</p><p><b>　　A+=5;</b></p><p><

62、b>　　if(A>50)</b></p><p><b>　　A=50;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(key5==0) //幅值減</p>

63、<p><b>　　{</b></p><p>　　delay1(10);</p><p>　　if(key5==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!key5);</p><p><b>　　if(A>=1

64、0)</b></p><p><b>　　A-=5;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　

65、/*主函數(shù)*/</b></p><p>　　void main() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i; //定義變量</p><p>　　while (1) </p><p><b>　　

66、{</b></p><p>　　if(wave==0)</p><p>　　for(i=0;i<65;i++)</p><p>　　WriteDAC(1.0*sanjiao[i]*A/20,21-f);//三角波</p><p>　　//循環(huán)20-f次,可通過其改變輸出頻率；</p><p>　　

67、else if(wave==1)</p><p>　　for(i=0;i<64;i++)</p><p>　　WriteDAC(1.0*sin[i]*A/40,21-f); //正弦波</p><p>　　else if(wave==2)</p><p>　　for(i=0;i<64;i++)</p>&

68、lt;p>　　WriteDAC(1.0*juci[i]*A/40,21-f); //鋸齒波</p><p>　　else if(wave==3)</p><p>　　for(i=0;i<64;i++) </p><p>　　WriteDAC(1.0*tixing[i]*A/40,21-f);// 梯形波<

69、/p><p>　　else if(wave==4)//矩形波</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(i=0;i<64;i++)</p><p>　　if(i%2==0)</p><p>　　WriteDAC(1.0*0xff*A/40,21-f);

70、 </p><p><b>　　else </b></p><p>　　WriteDAC(0,21-f);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　keys(); //按鍵掃描</p><p><b>　　}

71、</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　7、調試總結</b></p><p>　　1．把程序分模塊，一部分一部分調試，可以輕松找到癥結所在，所有模塊都通過之后，再組合在一起，一般就沒什么問題了，可以節(jié)省很多工作量</p><p>　　2．Prote

72、us用多了，畫起來就很的心應手</p><p>　　3．實驗室的單片機和液晶等都已經(jīng)內(nèi)部連接好了，端口也是固定的，與我們的程序有很大出入。通過查找內(nèi)部接線圖，更改部分程序之后，硬件也可以實現(xiàn)</p><p><b>　　設計心得體會</b></p><p>　　作函數(shù)信號發(fā)生器隨設計思想不同,具有多種方法,本文只是一種可能實現(xiàn)的方法。此法的頻

73、率控制和幅度控制分辨率高，且硬件集成度高,整機自動化程度高,性能優(yōu)良,具有很高的實用價值。該信號發(fā)生器在調試時，總是出現(xiàn)許多的錯誤，軟件上除了許多的問題，之后糾正和向老師、同學請教慢慢的改了過來。可是在仿真時依然存在很多的問題，開始的時候是仿真出不了波形，之后改了改電路的一根線，出現(xiàn)了。在頻率的調節(jié)問題更多，而使頻率無法調節(jié)，同時信號的頻率無法在示波器顯示，鑒于此，我認為應該是輸出中斷出了問題，造成所定義的頻率的個位，十位，百位都沒有跟

74、隨鍵盤的輸入而賦值，使其值時鐘為初始設定值。</p><p>　　同時該信號源設計尚存在的不足之處，主要有兩個方面，第一為缺乏頻率準確顯示的手段，可以配備相應的數(shù)字頻率計模塊，但如何將顯示的精度與信號源的頻段配合有待討論研究；第二轉換時可以加一個鎖存器，并且放大電路有待進一步改進使其具有更強的輸出能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>

75、<p>　　[1] 中國儀器儀表學會電磁測量信息處理儀器分會.發(fā)展中的遠方集中抄表技術.電測與儀表.2001，38(430）:5-9</p><p>　　[2] 趙偉,呂鴻莉,郭蘊蛟.電子式電能表及其在現(xiàn)代用電管理中的應用.北京:中國電力出版社,1999.</p><p>　　[3] 韓光輝.住宅電能表的發(fā)展淺析.洛陽工業(yè)高等專專學校報.2005,15(1):18-20<