單片機課程設(shè)計--簡易波形發(fā)生器

1、<p>　　電氣與電子信息工程學院</p><p>　　《單片機》課程設(shè)計報告</p><p>　　題 目： 簡易波形發(fā)生器 </p><p>　　專業(yè)班級： 電氣</p><p>　　學　　號：　 　　 　

2、 　 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　設(shè)計時間： 2013年12月9日—2013年12月13日 </p><p>　　設(shè)計地點： K2-407單片機、微機原理實

3、驗室 </p><p>　　2013年11月20日</p><p>　　單片機 課程設(shè)計成績評定表</p><p>　　指導教師簽字： </p><p>　　2013 年 12 月 日</p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b><

4、/p><p>　　2013～2014 學年第 1 學期</p><p>　　一、課程設(shè)計題目 單片機課程設(shè)計 </p><p>　　二、課程設(shè)計內(nèi)容（含技術(shù)指標）</p><p><b>　　1．設(shè)計目的及要求</b></p><p>　　（1） 根據(jù)具體設(shè)計課題的技術(shù)指標和給定條件，

5、以單片機為核心器件，能獨立而正確地進行方案論證和電路設(shè)計，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>　?。?） 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>　?。?） 熟練使用單片機匯編語言或C51進行軟件設(shè)計；</p><p>　　（4） 熟練使用Proteus、Keil軟件進行仿真電路測試；</p

6、><p>　?。?） 熟練使用Protel軟件設(shè)計印刷電路板；</p><p>　　（6） 學會查閱有關(guān)參考資料和手冊，并能正確選擇有關(guān)元器件和參數(shù)；</p><p>　?。?） 編寫設(shè)計說明書，參考畢業(yè)設(shè)計論文格式撰寫設(shè)計報告。</p><p>　　2．設(shè)計內(nèi)容（題目名稱： 簡易波形發(fā)生器 ）</p><

7、;p>　　本設(shè)計是以AT89C51為核心，結(jié)合D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832等器件，用仿真軟件設(shè)計硬件電路，用C語言編寫驅(qū)動程序，以實現(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。可以通過鍵盤選擇任意以上四種波型。</p><p>　　三、課程設(shè)計考核辦法與成績評定</p><p>　　根據(jù)過程、報告、答辯等確定設(shè)計成績，成績分優(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項目概述</b></p><p>　　1.1 項目名稱：簡易波形發(fā)生器的設(shè)計</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)計測量范圍和準確度要求，理論分析和計算選擇電路參數(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語言編寫應(yīng)用程序并調(diào)試通過；</p><p>　　e.對系統(tǒng)進行測試和結(jié)果分析；</p><p><b>　　1.4主要工作</b></p><p>　　本設(shè)計采用AT89C51及其外圍擴展系統(tǒng)，軟件方面主要是應(yīng)用C語言設(shè)計程序。系統(tǒng)以89C51單片機為核心，配置相應(yīng)的外設(shè)及接口電路，用C語言開發(fā)，組成一個多功能信號發(fā)生系統(tǒng)。該系

11、統(tǒng)的軟件可運行于Windows XP環(huán)境下，使用Keil C及Proteus等軟件開發(fā)，硬件電路設(shè)計具有典型性。同時，本系統(tǒng)中任何一部分電路模塊均可移植與實用開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計中，電路設(shè)計具有實用性。</p><p>　　本設(shè)計講完成以下幾個方面的工作：</p><p>　　a.選芯片，盡量滿足一般工業(yè)控制要求、以增強其實用性。</p><p>　　b.原理圖設(shè)計在保證

12、正確的前提下，盡量采用典型的電路設(shè)計。</p><p>　　c.掌握單片機仿真軟件Keil C與Proteus的使用。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計 </p><p>　　2.1主要功能系統(tǒng)</p><p>　　主要功能是實現(xiàn)利用單片機AT89C51和8位

13、D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832共同實現(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</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>　?。?）控制模塊：用單片機AT89C51作為系

14、統(tǒng)的主控核心。單片機具有體積小，使用靈活的，易于人機對話和良好的數(shù)據(jù)處理，有較強的指令尋址和運算功能等優(yōu)點。且單片機功耗低，價格低廉的優(yōu)點。</p><p>　?。?）按鍵及轉(zhuǎn)換模塊：采用DAC0832，其具有以下特點：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</p><p>　　本系統(tǒng)

15、是以單片機AT89C51和8位A/D轉(zhuǎn)換芯片DAC0832及顯示共同實現(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</b></p><p><b>　　3.1 單片機介紹</b></p>

16、;<p>　　89C51單片機有44個引腳PLCC和TQFP方形封裝形式，40個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</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CS地址選擇線相連，WR1接單片機的寫信號。</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算放大器。</p><p>　　LM324是四運放集成電路，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算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表

18、示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表</p><p>　　示運放，輸出端Vo的信號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，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中</p><p>　　Rfb即為運算放大器的負反饋電阻端，由于V=5V，所以運算放大器輸出電壓為負電壓（0-5V）。通過運算放大器LM324進行轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)單極性和雙極性輸出，通過總線方式和單片機相連。由于輸出要經(jīng)運算放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號，對運算放大器的動態(tài)范圍要保證在—5V—+5V，要求運算放大器的

20、電源V+=12v,V-=—12V，電路如圖所示，圖中兩個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;　　基準電壓，D/A轉(zhuǎn)換芯片所需要的基準電壓一般由芯片外的基準電源提供，</p><p>　　常取基準電壓，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)計項目選用大規(guī)律集成電路DAC0832來實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　3.3 設(shè)計系統(tǒng)圖</b></p>

22、<p>　　本系統(tǒng)含有DAC0832與單片機的連接模塊，單片機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。所以這個芯片的應(yīng)用很廣泛。</p><p>　　簡易波形發(fā)生器的原理圖</p><

23、;p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1. 項目要求：實現(xiàn)簡易波形發(fā)生器，程序設(shè)計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題。</p><p>　　4.2. 按鍵控制：根據(jù)設(shè)計要求，根據(jù)按鍵控制輸出波形的變化，則程序設(shè)計中應(yīng)不斷查詢檢測按鍵狀態(tài)，以便輸出對應(yīng)的波形。對于要通過一個按鍵來識別每種不同的功能，我們給每個不

24、同的功能模塊用不同的ID號標識，這樣，每按下一次按鍵，ID的值是不相同的，所以單片機就很容易識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flag=0時，輸出三角波，當flag=１時，輸出方波，當flag=２時，輸出鋸齒波，當flag=3時，輸出正弦波。很顯然，只要每次按下開關(guān)K1時，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，從后面運放的輸出端即可得到模擬電壓。輸出電壓根據(jù)公式計算得來，因而在需要輸出某個電壓值時，求出對應(yīng)得數(shù)字值，通過P2端口輸出，就可得到所需模擬電壓。程序設(shè)計即P2=x。為了便于程序修改和功能擴展，采用模塊

26、化設(shè)計，將DAC0832的輸出封裝為一個函數(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，通過簡單的處理就可以從數(shù)組中得到整個周期的值。</p><p>　　設(shè)正弦信號角度為x，當 x<90°時，sinx=sin(90°-x)；當x>270°時，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)計總結(jié)</p><p>　　本組設(shè)計的課題為：《單片機課程設(shè)計——簡易波形發(fā)生器的設(shè)計》，由于以前做過類似簡易的有關(guān)波形發(fā)生器的實驗。對于本次課程設(shè)計總體認知不是非常的難。后來導師提出了設(shè)計相關(guān)要求，我們根據(jù)導師的要求，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語言編寫源程序，使用Keil C和Protues作為設(shè)計開發(fā)和仿真軟件。</p><p>　　雖然在設(shè)計的過程中遇到了一些麻煩，但是在不斷地努力下最終一一克服，達到了最終的實驗?zāi)康?，也讓我更加熟悉了各種芯片的功能和單片機的應(yīng)用。</p><p>　　6.2 對自己課程設(shè)計完成情況的評價</p><p>　　本次課程設(shè)計，自我感覺良好，對于硬件課程設(shè)計

35、也有了更加深入的了解，同時更激發(fā)個人對計算機硬件的學習興趣，基本改變的以前計算機學習中硬件難學的思想。但是學習仍有很多的不足之處，如知識未能系統(tǒng)連貫化，對于技巧的應(yīng)用仍然很匱乏，實踐能力較弱，方法比較笨，效率不夠高等，所以在以后的學習中會更注重知識的系統(tǒng)化、方法效率的提高和實踐能力的培養(yǎng)上。</p><p>　　雖然此次課程設(shè)計難度一般，但是對于同學們學習知識的自主性和實踐鍛煉能力有很大的幫助。</p>

36、;<p>　　6.3 這次設(shè)計有什么不足之處？該如何改進？</p><p>　　答；不足之處：在外圍電路中不能隨意調(diào)制頻率。</p><p>　　用一個多控開關(guān)SW-DIP4接到主控芯片的P2.0~P2.3來分別控制四種波形，多控開關(guān)的另一邊四個端口接地，在外部中斷0和外部中斷1端口和地之間分別接兩個開關(guān)來分別控制減頻和加頻，再用一個液晶顯示器LM016L的D0~D7接到主控