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文檔簡介
1、<p> 基于單片機函數(shù)發(fā)生器系統(tǒng)設計</p><p><b> 2015年6月</b></p><p> 系 別信息工程系</p><p> 專 業(yè)自動化/測控技術與儀器</p><p> 班 級</p><p> 學 號</p><p&
2、gt; 姓 名</p><p> 指導教師</p><p> 負責教師</p><p><b> 摘 要</b></p><p> 函數(shù)信號發(fā)生器是各種測試和實驗過程中不可缺少的工具,在通信、測量、雷達、控制、教學等領域應用十分廣泛。為了實驗、研究方便,研制一種靈活適用、功能齊全、使用方便的信號源是十分必要的
3、。當今是科技以及儀表設備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會,電子技術的發(fā)展進步,給人們的生活帶來了根本性的轉變。單片機構成的儀器具有高可靠性,高性價比,在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化中得到廣泛應用,因此,基于單片機的函數(shù)信號發(fā)生器的普及是一種趨勢。</p><p> 本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機的函數(shù)信號發(fā)生器。采用AT89C52單片機作為控制核心,外圍采用數(shù)字/模擬轉換電路(DAC0832)、運放電路(LM324)
4、、按鍵等。利用單片機設計的函數(shù)信號發(fā)生器具有編程靈活,功能更加多樣等實際的優(yōu)點。利用單片機設計的函數(shù)信號發(fā)生器能夠產生正弦波,鋸齒波,三角波,方波,并實現(xiàn)對頻率的調節(jié),以及液晶屏12864顯示波形名稱和波形頻率,波形的切換和頻率的調節(jié)都可以用按鍵實現(xiàn),其設計簡單、性能優(yōu)好,可用于多種需要函數(shù)信號的場所,具有一定的實用性。</p><p> 關鍵詞:單片機;DAC0832;液晶16824;LM324</p&
5、gt;<p><b> Abstract</b></p><p> Function signal generator is an indispensable tool in the process of testing and experiment, the communication, measurement, are widely used in fields suc
6、h as radar, control, teaching.For convenient experiment, research and develop a flexible to apply, complete function, easy to use the signal source is very necessary.Today's technology and instrument equipment highly
7、 intelligent the rapid development of information society, the development and progress of electronic technology, has brought the </p><p> This system is based on AT89C52 MCU function signal generator.USES
8、AT89C52 single chip microcomputer as control core, periphery adopts digital/analog conversion circuit (DAC0832), the op-amp circuit (LM324), buttons, etc.Using single-chip design of function signal generator with flexibl
9、e programming, function more diverse practical advantages.Microcontroller design of function signal generator can produce sine wave, sawtooth wave, triangle wave, square wave, and to realize to adjust the frequenc</p&
10、gt;<p> Keywords: Single chip microcomputer;DAC0832;LCD 16824;LM324</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 1 緒 論1</b></p><p> 1.1 課題背景和研究的意義1</p>
11、<p> 1.2 函數(shù)發(fā)生器的分類1</p><p> 1.3 國內外發(fā)展狀況2</p><p> 1.3.1 國內發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p> 1.3.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p> 1.4 課題任務及要求4</p><p> 1.4.1 主要內容:4</p>
12、<p> 1.4.2 技術指標:4</p><p> 2 系統(tǒng)方案的設計5</p><p> 2.1 方案論證5</p><p> 2.1.1 方案15</p><p> 2.1.2 方案25</p><p> 2.1.3 方案比較6</p><p> 2.
13、2 系統(tǒng)總體設計6</p><p><b> 3 硬件設計7</b></p><p> 3.1 主控單片機電路7</p><p> 3.1.1 AT89C52單片機介紹7</p><p> 3.1.2 AT89C52單片機的標準功能7</p><p> 3.1.3 單片機的復位
14、電路9</p><p> 3.1.4 單片機的時鐘振蕩電路10</p><p> 3.2 波形產生模塊設計10</p><p> 3.3 顯示模塊的設計11</p><p> 3.6鍵盤顯示模塊的設計13</p><p><b> 4 軟件設計14</b></p>
15、<p> 4.1 開發(fā)工具介紹14</p><p> 4.2 程序流程圖15</p><p> 4.2.1 主程序流程圖15</p><p> 4.2.2 正弦波子程序流程圖16</p><p> 4.2.3 三角波子程序流程圖16</p><p> 4.2.4 方波子程序流程圖1
16、7</p><p> 4.2.5 鋸齒波子程序流程圖18</p><p> 5 仿真及結果分析20</p><p> 5.1 仿真和編譯工具20</p><p> 5.2 仿真結果圖20</p><p> 5.2.1 正弦波仿真圖20</p><p> 5.2.2 三角波仿
17、真圖21</p><p> 5.2.3 鋸齒波仿真圖22</p><p> 5.2.4 方波仿真圖23</p><p> 5.3 仿真結果分析23</p><p><b> 6 整體調試24</b></p><p> 6.1 電路板的焊接組裝24</p><
18、;p> 6.2 整體調試24</p><p> 6.2.1 正弦波的調試24</p><p> 6.2.2 三角波的調試25</p><p> 6.2.3 方波的調試25</p><p> 6.2.4 鋸齒波的調試26</p><p> 6.3 系統(tǒng)升級方案探討27</p>
19、<p><b> 7 結 論28</b></p><p><b> 結束語28</b></p><p><b> 致 謝29</b></p><p><b> 參考文獻30</b></p><p> 附錄Ⅰ 電路圖31<
20、;/p><p> 附錄Ⅱ 實物圖32</p><p> 附錄Ⅲ 系統(tǒng)元件清單33</p><p> 附錄Ⅳ 主控單片機程序清單34</p><p><b> 緒 論</b></p><p> 課題背景和研究的意義</p><p> 函數(shù)發(fā)生器是指產生所需參數(shù)
21、的電測試信號的儀器。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)(波形)信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類。函數(shù)發(fā)生器又稱信號源或振蕩器,在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波(含方波)、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。也稱為信號發(fā)生器,它用于產生被測電路所需特定參數(shù)的電測試信號。在測試、研究或調整電子電路及設備時,為測定電路的一些電參量,如測量頻率響應、噪聲系
22、數(shù),為電壓表定度等,都要求提供符合所定技術條件的電信號,以模擬在實際工作中使用的待測設備的激勵信號。當要求進行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測量時,需使用振幅、頻率已知的正弦信號源。當測試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時,又需使用前沿時間、脈沖寬度和重復周期已知的矩形脈沖源。并且要求信號源輸出信號的參數(shù),如頻率、波形、輸出電壓或功率等,能在一定范圍內進行精確調整,有很好的穩(wěn)定性,有輸出指示。</p><p> 本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的
23、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,利用單片機控制脈沖的輸入和輸出,從而控制信號波形的頻率和幅度,并根據(jù)要求輸出的波形設計對應的硬件電路。最后利用Pro
24、teus軟件對設計的電路進行實時仿真,通過仿真的結果來觀察波形的輸出。</p><p><b> 函數(shù)發(fā)生器的分類</b></p><p> 函數(shù)發(fā)生器應用廣泛,種類繁多,性能各異,分類也不盡一致:</p><p> (1)按照頻率范圍分類可以分為:超低頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器、視頻信號發(fā)生器、高頻波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻
25、信號發(fā)生器。</p><p> (2)按照輸出波形分類可以分為:正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器,非正弦信號發(fā)生器又包括:脈沖信號發(fā)生器,函數(shù)信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、數(shù)字序列波形發(fā)生器、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等。</p><p> (3)按照信號發(fā)生器性能指標可以分為一般信號發(fā)生器和標準信號發(fā)生器。前者指對輸出信號的頻率、幅度的準確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類信號
26、發(fā)生器。后者是指其輸出信號的頻率、幅度、調制系數(shù)等在一定范圍內連續(xù)可調,并且讀數(shù)準確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號發(fā)生器。</p><p><b> 國內外發(fā)展狀況</b></p><p><b> 國內發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p> 波形發(fā)生器是能夠產生大量的標準信號和用戶定義信號,并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重
27、復性和易操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點,不僅可以模擬各種復雜信號,還可對頻率、幅值、相移、波形進行動態(tài)、及時的控制,并能夠與其它儀器進行通訊,組成自動測試系統(tǒng),因此被廣泛用于自動控制系統(tǒng)、震動激勵、通訊和儀器儀表領域。</p><p> 我國已經開始研制函數(shù)信號波形發(fā)生器,并取得了可喜的成果。國產SG1060數(shù)字合成信號發(fā)生器能雙通道同時輸出高分辨率、高精度、高可靠性的各
28、種波形,頻率覆蓋范圍為1μHz~60MHz;國產S1000型數(shù)字合成掃頻信號發(fā)生器通過采用新技術、新器件實現(xiàn)高精度、寬頻帶的掃頻源,同時應用DDS和鎖相技術,使頻率范圍從1MHz~1024MHz能精確地分辨到100Hz,它既是一臺高精度的掃頻源,同時也是一臺高精度的標準信號發(fā)生器。但總的來說我國的函數(shù)信號波形發(fā)生器還沒有形成真正的產業(yè)。就目前國內的成熟產品來看,多為一些PC儀器插卡,獨立的儀器和VXI系統(tǒng)的模塊很少,并且我國目前在函數(shù)信
29、號波形發(fā)生器的種類和性能都與國外同類產品存在較大的差距,因此加緊對這類產品的研制顯得迫在眉睫。</p><p><b> 國外發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p> 在 70 年代前,信號發(fā)生器主要有兩類:正弦波和脈沖波,而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間,能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標準波形,產生其它波形時,需要采用較復雜的電路和機電結合的方法。這個
30、時期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術,而且模擬器件構成的電路存在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點,并且要產生較為復雜的信號波形,則電路結構非常復雜。同時,主要表現(xiàn)為兩個突出問題,一是通過電位器的調節(jié)來實現(xiàn)輸出頻率的調節(jié),因此很難將頻率調到某一固定值;二是脈沖的占空比不可調節(jié)。</p><p> 在 70 年代后,微處理器的出現(xiàn),可以利用處理器、A/D/和 D/A,硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴大,產生更加復雜的波形
31、。這時期的波形發(fā)生器多以軟件為主,實質是采用微處理器對 DAC的程序控制,就可以得到各種簡單的波形。</p><p> 1978 年,由美國 Wavetek 公司和日本東亞電波工業(yè)公司公布了最高取樣頻率為 5MHz ,可以形成 256 點(存儲長度)波形數(shù)據(jù),垂直分辨率為8bit,主要用于振動、醫(yī)療、材料等領域的第一代高性能信號源,經過將近30年的發(fā)展,伴隨著電子元器件、電路、及生產設備的高速化、高集成化,波形
32、發(fā)生器的性能有了飛速的提高。變得操作越來越簡單而輸出波形的能力越來越強。波形操作方法的好壞,是由波形發(fā)生器控制軟件質量保證的,編輯功能增加的越多,波形形成的操作性越好。 </p><p> 90 年代末,出現(xiàn)幾種真正高性能、高價格的函數(shù)發(fā)生器、但是HP公司推出了型號為 HP770S的信號模擬裝置系統(tǒng),它由 HP8770A任意波形數(shù)字化和 HP1776A波形發(fā)生軟件組成。HP8770A實際上也只能產生8 中波形,
33、而且價格昂貴。不久以后,Analogic公司推出了型號為 Data-2020的多波形合成器,Lecroy 公司生產的型號為9100 的任意波形發(fā)生器等。 </p><p> 到了二十一世紀,隨著集成電路技術的高速發(fā)展,出現(xiàn)了多種工作頻率可過 GHz 的DDS 芯片,同時也推動了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展,2003 年,Agilent的產品 33220A能夠產生 17 種波形,最高頻率可達到 20M,2005 年的產
34、品N6030A 能夠產生高達 500MHz 的頻率,采樣的頻率可達 1.25GHz。</p><p> 美國安捷倫生產的33250A型函數(shù)/任意波形發(fā)生器可以產生穩(wěn)定、精確和低失真的任意波形,其輸出頻率范圍為1μHz~80MHz,而輸出幅度為10mVpp~10Vpp;該公司生產的8648D射頻信號發(fā)生器的頻率覆蓋范圍更可高達9kHz~4GHz。目前市場上的信號發(fā)生器多種多樣。他們各有各的優(yōu)點,但是函數(shù)發(fā)生器
35、總的趨勢將向著寬頻率覆蓋、高頻率精度、多功能、多用途、自動化和智能化方向發(fā)展。</p><p><b> 課題任務及要求</b></p><p><b> 主要內容:</b></p><p> 本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器。采用AT89C52單片機作為控制核心,外圍采用數(shù)字/模擬轉換電路(D
36、AC0832)、運放電路(LM324)、按鍵和8位數(shù)碼管等。通過按鍵控制可產生方波、三角波、正弦波等,同時用12864液晶屏顯示其對應的頻率。 </p><p><b> 技術指標:</b></p><p> 可產生方波、鋸齒波、三角波、正弦波等,顯示屏顯示結果與示波器一致。</p><p><b> 系統(tǒng)方案的設計<
37、;/b></p><p><b> 方案論證</b></p><p> 依據(jù)應用場合.需要實現(xiàn)的波形種類,波形發(fā)生器的具體指標要求會有所不同。依據(jù)不同的設計要求選取不同的設計方案。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。波形發(fā)生器的設計方案多種多樣,大致可以分為2大類:純硬件設計法和軟硬件結合設計法。</p><p&
38、gt;<b> 方案1</b></p><p> 波形發(fā)生器設計的純硬件法早期,波形發(fā)生器的設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:首先是產生正弦波,然后通過波形變換(正弦波通過比較器產生方波,方波經過積分器變?yōu)槿遣?實現(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到要求,通過開關電路實現(xiàn)不同輸
39、出波形的切換,改變電路的具體參數(shù)可以實現(xiàn)頻率、幅度的改變。通過對電路結構的優(yōu)化及所用元器件的嚴格選取可以提高電路的頻率穩(wěn)定性和準確度。純硬件法中,正弦波的設計是基礎,實現(xiàn)方法也比較多,電路形式一般有LC、RC和石英晶體振蕩器三類。</p><p><b> 方案2</b></p><p> 軟硬件結合法,軟硬件結合的波形發(fā)生器設計方法同時兼具軟硬件設計的優(yōu)勢:既具
40、有純硬件設計的快速、高性能,同時又具有軟件控制的靈活性、智能性。如以單片機和單片集成函數(shù)發(fā)生器為核心,輔以鍵盤控制、液晶顯示等電路,設計出智能型函數(shù)波形發(fā)生器,可以實現(xiàn)功能較全、性能更優(yōu)的波形發(fā)生器。該方法可以通過編程的方法來控制信號波形的頻率和幅度,而且在硬件電路不變的情況下,通過改變程序來實現(xiàn)頻率的變換。此外,由于通過編程方法產生的是數(shù)字信號,所以信號的精度可以做的很高。</p><p><b>
41、 方案比較</b></p><p> 鑒于方案一的信號頻率不夠穩(wěn)定和電路復雜且頻率覆蓋系數(shù)難以達標等缺點,所以決定采用方案二的設計方法。它不僅采用軟硬件結合,軟件控制硬件的方法來實現(xiàn),使得信號頻率的穩(wěn)定性和精度的準確性得以保證,而且它使用的幾種器件都是常用的元器件,容易得到,且價格便宜,使得硬件的開銷達到最省。</p><p><b> 系統(tǒng)總體設計</b&
42、gt;</p><p> 該系統(tǒng)采用AT89C52單片機作為數(shù)據(jù)處理及控制核心,由單片機完成人機界面、系統(tǒng)控制、信號的采集分析以及信號的處理和變換,采用按鍵輸入,利用液晶顯示電路輸出數(shù)字顯示的方案。將設計任務分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。 </p><p> 圖2.1硬件設計總體框圖</p><p><b> 硬件設計</b><
43、;/p><p><b> 主控單片機電路</b></p><p> AT89C52單片機介紹</p><p> 隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展,中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、(I/O)接口、定時器/計數(shù)器和串行通信接口,以及其他一些計算機外圍電路等均可集成在一塊芯片上構成單片微型計算機,簡稱為單片機。單片
44、機具有體積小、成本低,性能穩(wěn)定、使用壽命長等特點。其最明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到各種儀器、設備中,這是其他計算機和網(wǎng)絡都無法做到的。</p><p> 本設計采用AT89C52單片機,AT89C52是美國ATMEL公司生產的51系列單片機,它是一種低功耗、高性能8位CMOS微控制器,具有8K系統(tǒng)可編程FLASH存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術制造,與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上的FLASH不僅允
45、許程序存儲器在常規(guī)編程器上編程,還適用于在線編程下載,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p> AT89C52單片機的標準功能</p><p><b> (1)內部結構概述</b></p><p> 典型的MCS-51單片機芯片集成了以下幾個基本組成部分:</p><p
46、> 1 一個8位的CPU</p><p> 2 128B或256B單元內數(shù)據(jù)存儲器(RAM)</p><p> 3 4KB或8KB片內程序存儲器(ROM或EPROM)</p><p> 4 4個8位并行I/O接口P0~P3。</p><p> 5 兩個定時/計數(shù)器。</p><p> 6
47、5個中斷源的中斷管理控制系統(tǒng)。</p><p> 7 一個全雙工串行I/O口UART(通用異步接收、發(fā)送器) </p><p> 8 一個片內振蕩器和時鐘產生電路。</p><p><b> (2)I/O口結構</b></p><p> P0口功能:P0口具有兩種功能:第一,P0口可以作為通用I/O接口使用,
48、P0.7—P0.0用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)時可以得到鎖存,不需外接專用鎖存器,輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖。第二,P0.7—P0.0在CPU訪問片外存儲器時用于傳送片外存儲器de低8位地址,然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫</p><p> P1口 功能:P1口的功能和P0口de第一功能相同,僅用于傳遞I/O輸入/輸出數(shù)據(jù)。 </p><p> P2口的功能:2口的第一功能和上
49、述兩組引腳的第一功能相同,即它可以作為通用I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合,作為地址總線用于輸出片外存儲器的高8位地址。 </p><p> P3口功能:P3口有兩個功能:第一功能與其余三個端口的第一功能相同;第二功能作控制用,每個引腳都不同。 </p><p> P3.0—RXD串行數(shù)據(jù)接收口 </p><p> P3.1—TXD串行數(shù)據(jù)
50、發(fā)送口 </p><p> P3.2—INT0外中斷0輸入 </p><p> P3.3—INT1外中斷1輸入 </p><p> P3.4—T0計數(shù)器0計數(shù)輸入 </p><p> P3.5—T1計數(shù)器1計數(shù)輸入 </p><p> P3.6—WR外部RAM寫選通信號 </p><p&g
51、t; P3.7—RD外部RAM讀選通信號 </p><p> 采用DIP-40封裝的AT89S52單片機實物圖如圖3.1所示,引腳定義如圖3.2所示。</p><p> 圖3.1 采用DIP-40封裝的AT89C52單片機實物圖</p><p> 圖3.2 采用DIP-40封裝的AT89C52單片機引腳定義</p><p><b
52、> 單片機的復位電路</b></p><p> 單片機的復位電路如圖3.3所示。</p><p> 圖3.3單片機復位電路</p><p> 復位操作則使單片機的片內電路初始化,使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。當MCS-5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時,單片機的復位是靠外電路實現(xiàn)的,在時鐘電路
53、工作后,只要在單片機的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖(2個機器周期)以上的高電平,單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。為了保證應用系統(tǒng)可靠地復位,通常是RST引腳保持10ms以上的高電平,根據(jù)應用的要求,復位操作通常有兩種基本形式:上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后,自動實現(xiàn)復位操作。上電或開關復位要求電源接通后,單片機自動復位,并且在單片機運行期間,用開關操作也能使單片機復位。</p><p> 單
54、片機的時鐘振蕩電路</p><p> 單片機的時鐘振蕩電路如圖3.4所示。</p><p> 圖3.4單片機的時鐘振蕩電路</p><p> 單片機的時鐘信號用來提供單片機內各種微操作的時間基準;單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內部振蕩和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器或陶瓷諧振蕩器,構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增
55、益反相放大器,當外接晶振后,就構成了自積振蕩,并產生振蕩時鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ、或24MHZ。</p><p> 振蕩周期:晶振的振蕩周期,又稱時鐘周期,為最小的時序單位。</p><p> 狀態(tài)周期:振蕩頻率經單片機內的二分頻器分頻后提供給片內CPU的時鐘周期。因此一個狀態(tài)周期包含2個振蕩周期。</p><p> 機器周期:1個機器周期由
56、6個狀態(tài)周期12個振蕩周期組成,是計算機執(zhí)行一種基本操作的時間單位。</p><p> 指令周期:執(zhí)行一條指令所需的時間。一個指令周期由1-4個機器周期組成,依據(jù)指令不同而不同.</p><p><b> 波形產生模塊設計</b></p><p> 由單片機采用編程方法產生三種波形、通過DA轉換模塊DAC0832在進過濾波放大之后輸出。其
57、電路圖如下: </p><p> 圖3.5 波形產生電路</p><p> 如上圖所示,單片機的P0口連接DAC0832的八位數(shù)據(jù)輸入端,DAC0832的輸出端接放大器,經過放大后輸出所要的波形。</p><p> 第一級運算放大器的作用是將DAC0832輸出的電流信號轉化為電壓信號V1,第二級運算放大器的作用是將V1通過反向放大電路放大-(R2/R1)倍。
58、在第二個運算放大器的輸出端連了一個電位器。通過電位器來調節(jié)波形振幅的大小,同時在輸出端接到示波器的輸入端,通過示波器觀察產生的波形。</p><p><b> 顯示模塊的設計</b></p><p> (1)OCM12864液晶顯示模塊概述 </p><p> OCM12864液晶顯示模塊是128×64點陣型液晶顯示模塊,可顯示
59、各種字符及圖形,可與CPU直接接口,具有8位標準數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線。采用KS0107控制IC,該點陣的屏顯成本相對較低,適用于各類儀器,小型設備的顯示領域。</p><p> (2)最大工作范圍 </p><p> 1、邏輯工作電壓(Vcc):4.5~5.5V </p><p> 2、電源地(GND):0V </p><p>
60、 3、LCD驅動電壓(Vee):0~-10V </p><p> 4、輸入電壓:Vee~Vdd </p><p> 5、工作溫度(Ta):0~55℃(常溫) / -20~70℃(寬溫) </p><p> 6、保存溫度(Tstg):-10~65℃ </p><p> (3)電氣特性(測試條件 Ta=25,Vdd=5.0 /-0.25
61、V) </p><p> 1、輸入高電平(Vih):3.5Vmin </p><p> 2、輸入低電平(Vil):0.55Vmax </p><p> 3、輸出高電平(Voh):3.75Vmin </p><p> 4、輸出低電平(Vol):1.0Vmax </p><p> 5、工作電流:2.0mAmax
62、</p><p><b> (4)接口說明 </b></p><p> 1 VSS 0V 邏輯電源地。 </p><p> 2 VDD 5.0V 邏輯電源正。 </p><p> 3 V0 LCD驅動電壓,應用時在VEE與V0之間加一2K可調電阻。 </p><p> 4 D/I H/L
63、 數(shù)據(jù)\指令選擇:高電平:數(shù)據(jù)D0-D7將送入顯示RAM; 低電平:數(shù)據(jù)D0-D7將送入指令寄存器執(zhí)行。 </p><p> 5 R/W H/L 讀\寫選擇: 高電平:讀數(shù)據(jù);低電平:寫數(shù)據(jù)。 </p><p> 6 E H.H/L 讀寫使能,高電平有效,下降沿鎖定數(shù)據(jù)。 </p><p> 7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 </p>&l
64、t;p> 8 DB1 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 </p><p> 9 DB2 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 </p><p> 10 DB3 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 </p><p> 11 DB4 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 </p><p> 12 DB5 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 </p><
65、p> 13 DB6 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 </p><p> 14 DB7 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 </p><p> 15 CS1 H/L 片選擇信號,低電平時選擇前64列。 </p><p> 16 CS2 H 片選擇信號,低電平時選擇后64列。 </p><p> 17 RET L 復位信號,低電平有效。 &l
66、t;/p><p> 18 VEE -10V LCD驅動電源。 </p><p> 19 BL AC 背光電源,LED 。 </p><p> 20 BL AC 背光電源,LED-。</p><p> 通過液晶12864顯示輸出的波形、頻率,其電路圖如下:</p><p><b> 圖3.6 液晶顯示&l
67、t;/b></p><p> 如上圖所示,12864的八位數(shù)據(jù)端接單片機的P2口,其三個使能端RS、RW、E分別接單片機的P2.6—P2.4。通過軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。</p><p> 3.6鍵盤顯示模塊的設計</p><p> 由于本系統(tǒng)所用按鍵少,所以采用獨立鍵盤,其連接電路圖如下:</p><p>
68、;<b> 圖3.7 鍵盤顯示</b></p><p> 圖中獨立鍵盤引出的四根線分別接單片機的P3.2、P3.3、P3.4,另一端接地。各開關的功能如圖所示。</p><p><b> 軟件設計</b></p><p><b> 開發(fā)工具介紹</b></p><p>
69、 單片機開發(fā)中除必要的硬件外,同樣離不開開發(fā)軟件來完成系統(tǒng)程序的編寫、編譯、調試。本設計所使用的開發(fā)軟件是Keil μVision4。Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件之一,軟件開發(fā)界面如圖4.1所示。</p><p> 圖4.1 Keil μVision4軟件開發(fā)界面</p><p> Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片
70、機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案,通過一個集成開發(fā)環(huán)境(uVision)將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程,那么Keil幾乎就是你的不二之選,即使不使用C語言而僅用匯編語言編程,其方便易用
71、的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。Keil公司制造和銷售種類廣泛的開發(fā)工具,包括ANSI C編譯器、宏匯編程序、調試器、連接器、庫管理器、固件和實時操作系統(tǒng)核心(real-time kernel)。有超過10萬名微控制器開發(fā)人員在使用這種得到業(yè)界認可的解決方案。C51工具包的整體結構,uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE),可以完成編輯、編譯、連接、調試
72、、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或</p><p> ?、盞eil C51生成的目標代碼效率非常之高,多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊,容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。</p><p> ⒉與匯編相比,C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā),體會更加深刻。</p><p> K
73、eil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具,全Windows界面,是一個非常實用的編譯軟件。</p><p><b> 程序流程圖</b></p><p><b> 主程序流程圖</b></p><p> 主程序流程圖如圖4.2所示。</p><p> 圖4.2 主程序流
74、程圖</p><p><b> 正弦波子程序流程圖</b></p><p> 正弦波的實現(xiàn)則相對比較復雜,因為正弦波的實現(xiàn)是輸出各個點的值就行了,可是各個點值則要通過正弦函數(shù)來求出。輸出的數(shù)據(jù)剛好是256個數(shù)據(jù),這樣則可以直接相加就行了。流程圖如下圖所示:</p><p> 圖4.3 正弦波程序流程圖</p><p&g
75、t; 輸入正弦波的采樣點,計算出256個(一個周期內)正弦波信號值。然后通過輸出的兩點間的延時來實現(xiàn)調頻。依次循環(huán)輸出,可得出正弦波。</p><p><b> 三角波子程序流程圖</b></p><p> 三角波的實現(xiàn)是設置一個初值,然后進行加數(shù),同樣是加到某個數(shù)之后再進行減數(shù),減到初值之后就再返回到先前的操作,這個操作跟正弦波的實現(xiàn)是相似的。此程序輸入的VR
76、EF的電壓是+5V,因此該波形輸出的最大值是初值為00H和最終值為0FFH,且步數(shù)為2,這樣輸出的波形是最大的。流程圖如下圖所示:</p><p> 圖4.4 三角波程序流程圖</p><p><b> 方波子程序流程圖</b></p><p> 此波形的實現(xiàn)更加簡單,只需開始的時候設置一個初值然后直接輸出這個值就行了,輸出一段時間后,然
77、后再重新置一個數(shù)據(jù),然后再輸出這個數(shù)據(jù)一段時間,但是此時的時間一定要等于前面那段時間。這樣才是一個方波,如果兩個時間不相同,那就相當于一個脈沖波了。流程圖如下圖所示:</p><p> 圖4.5 方波程序流程圖</p><p><b> 鋸齒波子程序流程圖</b></p><p> 鋸齒波的實現(xiàn)過程是首先定義一個初值然后進行加法操作。加到
78、最大值之后就再重新設置為初值,再重復執(zhí)行剛剛的操作,如此循環(huán)下去。流程圖如下所示:</p><p> 圖4.6 鋸齒波程序流程圖</p><p><b> 仿真及結果分析</b></p><p><b> 仿真和編譯工具</b></p><p> Proteus軟件是英國Lab Center
79、 Electronics公司出版的EDA工具軟件(該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司)。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步,但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。</p><p> Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件),從原理圖布圖、代碼調試到單片
80、機與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設計,真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺,其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器,并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面,它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。
81、</p><p> 此外,Proteus軟件還有圖形顯示功能,可以將線路上變化的信號以圖形的方式實時地顯示出來。對于單片機硬件電路和軟件的調試,Proteus提供了兩種方法:系統(tǒng)總體執(zhí)行效果和對軟件的分步調試。它還提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試,這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。在用Proteus進行仿真和程序調試時,可以從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。它還提供Schematic D
82、rawing、SPICE仿真與PCB設計功能,同時可以仿真PIC、AVR、51系列等常用的MCU,并提供周邊設備的仿真,例如示波器、373、led等。</p><p><b> 仿真結果圖</b></p><p><b> 正弦波仿真圖</b></p><p> 正弦波仿真:頻率分別為30HZ和35HZ。仿真結果分別
83、如圖所示。</p><p> 圖5.1 正弦波仿真輸出(30HZ)</p><p> 圖5.2 正弦波仿真輸出(51HZ)</p><p><b> 三角波仿真圖</b></p><p> 三角波仿真:頻率30HZ,仿真結果如圖4-5所示。</p><p> 圖5.3 三角波仿真輸出&l
84、t;/p><p><b> 鋸齒波仿真圖</b></p><p> 鋸齒波仿真:頻率30HZ,仿真結果如圖所示。</p><p> 圖5.4 鋸齒波仿真輸出</p><p><b> 方波仿真圖</b></p><p> 方波仿真:頻率35HZ,仿真結果如圖所示。<
85、;/p><p> 圖5.5 方波仿真輸出</p><p><b> 仿真結果分析</b></p><p> 本系統(tǒng)仿真結果,滿足設計需求。實際操作靈活,使用方便。通過按鍵來控制輸出不同的波形,在仿真輸出圖中可以看到,并可以利用頻率增大鍵和減小鍵來控制頻率的大小。通過上述結果可以看到對應不同頻率的不同波形。但是在仿真中由于DAC0832量化電平
86、的緣故無法讓該波形發(fā)生器的頻率做的很高,同時頻率步進的最小值為一,使得信號波形發(fā)生器的精確度有所下降,但總體的設計基本滿足了設計的要求,順利完成了設計主要內容。</p><p><b> 整體調試</b></p><p><b> 電路板的焊接組裝</b></p><p> ?、艑φ沼布韴D,焊接硬件。⑵焊接完成后,
87、仔細檢查主控板和每塊顯示單元板上的芯片焊接方向是否正確,在通電之前用萬用表的二極管檔測量電源端口,檢查電源輸入端是否有短路。確認無誤后通電測試各測試點的電壓電流值,檢查是否在正常值范圍內。</p><p> ?、菍⒊绦蛳螺d到單片機,調試硬件。</p><p><b> 整體調試</b></p><p><b> 正弦波的調試<
88、;/b></p><p> 正弦波的實物調試結果如圖6.1所示。</p><p> 圖6.1 正弦波實物調試結果圖</p><p><b> 三角波的調試</b></p><p> 三角波的實物調試結果如圖6.2所示。</p><p> 圖6.2 三角波實物調試結果圖</p&
89、gt;<p><b> 方波的調試</b></p><p> 方波的實物調試結果如圖6.1所示。</p><p> 圖6.3 方波實物調試結果圖</p><p><b> 鋸齒波的調試</b></p><p> 鋸齒波的實物調試結果如圖6.1所示。</p>&l
90、t;p> 圖6.4 鋸齒波實物調試結果圖</p><p><b> 系統(tǒng)升級方案探討</b></p><p> 任何一個完整的系統(tǒng)設計都會存在這樣或那樣的缺點和不足,都需要進行改進和升級,本系統(tǒng)也不例外,下面就實際的使用情況闡述本系統(tǒng)的不足之處和解決辦法。</p><p> ?、艑嶋H使用中發(fā)現(xiàn),此設計出的函數(shù)發(fā)生器頻率不能過大,這主
91、要是單片機的頻率低造成的,可以選擇STM32等ARM處理器芯片,速度和精度將得到顯著提高。</p><p> ?、普{試中發(fā)現(xiàn),輸出波形的電壓峰值不是很高。原因是供電電源的電壓有限,而且受電池電量的影響較為顯著。可以選擇更高電壓值的電源。</p><p> 以上是本系統(tǒng)在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)的缺點和不足,相信在以后的長期使用中,可能還會發(fā)現(xiàn)一些現(xiàn)在沒有發(fā)現(xiàn)問題,通過不斷的改進和升級,系統(tǒng)將會
92、更穩(wěn)定的工作。</p><p><b> 結 論</b></p><p> 本次的設計中利用AT89C51和DAC0832以及放大器完成電路的設計,用開關來控制各種波形的發(fā)生及轉換,用單片機輸出后,經過模數(shù)轉換器生成波形,最終可以通過示波器觀察。本文設計了一套基于單片機的波形發(fā)生器系統(tǒng),硬件采用AT89S51單片機為主控芯片,按鍵可調控電壓和頻率,通過DAC083
93、2進行信號的數(shù)模轉換,運放對單片機信號進行操作,軟件應用KEIL C編程語言編寫控制程序,最后通過示波器輸出各種所需的波形。該函數(shù)信號發(fā)生器,具有價格低、性能高和在低頻范圍內穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少等特點。經現(xiàn)場試驗證明該系統(tǒng)性能良好,具有較高的應用價值。</p><p><b> 結束語</b></p><p> 在本次設計的過程中,我學會了怎樣把所學
94、的書本知識應用于實踐中去,并學會了如何去思考整個控制系統(tǒng)的軟硬件設計。實踐過程中我遇到了一些困難,但在解決問題的過程中,我學會了怎樣發(fā)現(xiàn)問題、分析問題,進而解決問題。此次畢業(yè)設計,使我不僅對單片機這門課程有了更深刻的認識,懂得了如何運用課本知識結合實際來完成定時器的顯示和編程方法以及顯示電路的驅動方法,使我能夠很快的適應現(xiàn)代控制技術發(fā)展的需求,同時也提高了我的思維能力和實際操作能力,為以后更好的走上工作崗位奠定了堅實的基礎。</p
95、><p><b> 致 謝</b></p><p> 本設計在指導老師的悉心指導和嚴格要求下已完成本次設計,從課題選擇、方案論證到具體設計和調試,無不凝聚著老師的心血和汗水,老師在我做畢業(yè)設計的每個階段,都給予我耐心的指導和幫助??梢哉f,沒有老師的耐心指導和幫助,我是不可能順利完成我的畢業(yè)設計的。另外,老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度以及對待學生極端負責的精神,給我留下很深的印象
96、,并將積極影響我今后的學習和工作。在四年的本科學習和生活期間,也始終感受著導師的精心指導和無私的關懷,我受益匪淺。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。</p><p> 四年寒窗,所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識,更重要的是在閱讀、實踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達能力和廣闊視野。很慶幸這四年來我遇到了如此多的良師益友,無論在學習上、生活上,還是工作上,都給予了我無私的幫助和熱心的照顧,讓我在一個充滿溫馨的環(huán)境中度過
97、四年的大學生活。感恩之情難以用言語量度,謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 賈金玲等. 單片機原理及應用.成都:電子科技大學出版社,2004</p><p> [2] 胡漢才. 單片機原理及其接口技術.北京:清華大學出版社,2004</p><p&g
98、t; [3] 張毅剛. MCS-51單片機原理及應用. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1990</p><p> [4] 潘新民. 單片機實用系統(tǒng). 北京:人民郵政出版社,2001</p><p> [5] 胡漢才. 主編單片機原理及其接口技術清華大學出版社,1996.</p><p> [6] 靳桅等.基于51系列單片機的LED顯示屏開發(fā)技術[M].北京:
99、北京航空航天大學出版社,2009</p><p> [7] 蔣輝平.基于Proteus的單片機系統(tǒng)設計與仿真實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009</p><p> [8] 周潤景.PROTEUS入門實用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.</p><p> [9] 胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].2版.北京:清華大學出版社,2004.<
100、;/p><p> [10] 徐愛鈞.8051單片機實踐教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.</p><p> [11] 張義和.例說51單片機:C語言版[M].北京:人民郵電出版社,2008 </p><p> [12] 趙建領.51系列單片機開發(fā)寶典[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007</p><p> [13] 趙建領.Pr
101、otel電路設計與制版寶典[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007</p><p> [14] 趙建領.Protel 99 SE設計寶典[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007</p><p> [15] 江志紅.51單片機技術與應用系統(tǒng)開發(fā)案例精選[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007</p><p><b> 附錄Ⅰ 電路圖</b><
102、;/p><p><b> 附錄Ⅱ 實物圖</b></p><p> 附錄Ⅲ 系統(tǒng)元件清單</p><p> 附錄Ⅳ 主控單片機程序清單</p><p> #include <reg52.h></p><p> #define LCDLCDDisp_Off 0x3e</p
103、><p> #define LCDLCDDisp_On 0x3f</p><p> #define Page_Add 0xb8//頁地址</p><p> #define LCDCol_Add 0x40//列地址</p><p> #define Start_Line 0xC0//行地址</p>
104、<p> /*****液晶顯示器的端口定義*****/</p><p> #define data_ora P0 /*液晶數(shù)據(jù)總線*/</p><p> sbit LCDMcs=P2^1 ; /*片選1*/</p><p> sbit LCDScs=P2^2 ; /*片選2*/</p><p> sbit R
105、ESET=P2^3 ; /*復位信號*/</p><p> sbit LCDDi=P2^4 ; /*數(shù)據(jù)/指令 選擇*/</p><p> sbit LCDRW=P2^5 ; /*讀/寫 選擇*/</p><p> sbit LCDEnable=P2^6 ; /*讀/寫 使能*/</p><p> #defi
106、ne uchar unsigned char</p><p> #define uint unsigned int</p><p> uchar i,sqar_num=128; </p><p> uchar cho=0; //0:正弦波。1:方波。2:三角波。3:鋸齒波。</p><p> uchar num=0;
107、</p><p> uchar TIME0_H=255,TIME0_L=176; //定時器0的初值設置;全局變量.對應正弦波,鋸齒波50HZ</p><p> sbit key = P3^4; </p><p> uchar x1=0,x2=0;</p><p> sbit cs =P3^7;//DAC0832控制&
108、lt;/p><p> uchar FREQ=30;//初始化頻率,30HZ</p><p> uchar flag1;</p><p> uchar g=3,d=0;</p><p> /*---------------------------------------------------------------------------
109、---</p><p> 源文件 / 文字 : F:\LD測試儀\液晶\字模提取+排版軟件\液晶字模提取\圖例\wo.bmp</p><p> 寬×高(像素): 16×</p><p> 字模格式/大小 : 單色點陣液晶字模,縱向取模,字節(jié)倒序/32字節(jié)</p><p> 數(shù)據(jù)轉換日期 : 2010-7-28 1
110、7:10:17</p><p> ------------------------------------------------------------------------------*/</p><p> uchar code Bozi[]= </p><p><b> {</b></p><p> 0x
111、10,0x04,0x60,0x04,0x02,0x7C,0x0C,0x03,0xC0,0x80,0x00,0x60,0xF8,0x1F,0x88,0x80,</p><p> 0x88,0x43,0x88,0x2C,0xFF,0x10,0x88,0x28,0x88,0x46,0xA8,0x81,0x18,0x80,0x00,0x00//波</p><p><b> };<
112、;/b></p><p> uchar code Fangzi[]= </p><p><b> {</b></p><p> 0x08,0x00,0x08,0x80,0x08,0x40,0x08,0x20,0x08,0x18,0xF8,0x07,0x89,0x00,0x8E,0x00,</p><p>
113、0x88,0x40,0x88,0x80,0x88,0x40,0x88,0x3F,0x08,0x00,0x08,0x00,0x08,0x00,0x00,0x00//方</p><p><b> };</b></p><p> uchar code Jiaozi[]= </p><p><b> {</b></p&
114、gt;<p> 0x20,0x80,0x10,0x60,0xE8,0x1F,0x24,0x09,0x27,0x09,0x24,0x09,0x24,0x09,0xE4,0x7F,</p><p> 0x24,0x09,0x34,0x09,0x2C,0x49,0x20,0x89,0xE0,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00//角</p><p&g
115、t;<b> };</b></p><p> uchar code Sanzi[]= </p><p><b> {</b></p><p> 0x00,0x20,0x04,0x20,0x84,0x20,0x84,0x20,0x84,0x20,0x84,0x20,0x84,0x20,0x84,0x20,</p
116、><p> 0x84,0x20,0x84,0x20,0x84,0x20,0x84,0x20,0x84,0x20,0x04,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00//三</p><p><b> };</b></p><p> uchar code Zhengzi[]= </p><p><b>
117、{</b></p><p> 0x00,0x40,0x02,0x40,0x02,0x40,0xC2,0x7F,0x02,0x40,0x02,0x40,0x02,0x40,0xFE,0x7F,</p><p> 0x82,0x40,0x82,0x40,0x82,0x40,0x82,0x40,0x82,0x40,0x02,0x40,0x00,0x40,0x00,0x00//正&
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