多频率的正弦波低频信号发生器的设计.docx
《多频率的正弦波低频信号发生器的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多频率的正弦波低频信号发生器的设计.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
多频率的正弦波低频信号发生器的设计
机械与电子工程学院
接口技术课程设计报告
题目：
多频率的正弦波低频信号发生器的设计
摘要:
本系统利用单片机AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，能产1Hz,10Hz,100Hz,1000Hz的波形。
通过键盘来控制正弦波频率的变化，并通过数码管显示其数值，系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分以及显示部分三部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。
关键词：
单片机AT89C51、DAC0808、74HC573
1.设计任务及要求
（1）设计任务为多频率的正弦波低频信号发生器
（2）要求正弦波低频信号发生器产生1Hz,10Hz,100Hz,1000Hz的波形，频率可由开关选择。
2.方案选择
信号发生电路方案论证：
方案一：
通过单片机控制D/A，输出正弦波。
此方案输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。
但此方案电路简单、成本低。
方案二：
使用传统的锁相频率合成方法。
通过芯片IC145152，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波。
此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。
方案三：
利用MAX038芯片组成的电路输出波形。
MAX038是精密高频波形产生电路，能够产生准确的正弦波周期性波形。
但此方案成本高，程序复杂度高。
综合考虑以上三种方案，本设计选择方案一。
3.硬件系统设计
3.1总体系统设计思路
本设计系统由主控制模块、数模转换模块、显示模块、控制模块共四个模块组成。
主控芯片使用AT89C51单片机，数模转换模块采用DAC0808实现，显示模块采用4个数码管构成，利用键盘控制正弦波频率的改变。
系统整体模块如图1所示。
图1系统整体模块
3.2电路构成介绍
利用单片机AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，能产1Hz,10Hz,100Hz,1000Hz的波形。
通过键盘来控制正弦波频率的变化，并通过数码管显示其数值，系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分以及显示部分三部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。
3.2.1单片机最小系统
AT89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。
用AT89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图89C51单片机最小系统所示。
由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。
其应用特点：
（1）有可供用户使用的大量I/O口线。
（2）内部存储器容量有限。
（3）应用系统开发具有特殊性。
图2AT89C51单片机最小系统
3.2.2波形产生电路设计
由单片机采用编程方法产生正弦波波形、通过D/A转换模块DAC0808在进过滤波放大之后输出。
单片机的P2口连接DAC0808的八位数据输入端，DAC0808的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。
DAC0808的为八位数据并行输入的，DAC0808的引脚图如图3所示，其结构图如图4所示：
图3DAC0808引脚图
图4DAC0808的内部结构
其连接电路图如下：
图5波形产生电路
如图所示,VEE接-5V电压，COMP端与VEE之间接0.1uF电容，VREF（+）通过5K电阻接+5V电源，VREF（-）接地。
输出端IOUT连接运算放大器反向输入端。
运算放大器同相输入端接地。
3.2.3频率显示电路的设计
通过4个74HC753连接4个数码管显示输出的正弦波的频率，其电路图如下：
图6正弦波频率显示
如上图所示，74HC753输入端接单片机的P0口，其LE端分别接单片机的P3.1—P1.4。
通过软件控制可以显示波形的频率。
3.2.4键盘显示电路的设计
由于本系统所用按键少，其连接电路图如下：
图7键盘
图中独立键盘引出的线接单片机的P1.0-P1.1，开关的功能如图所示。
P11每按一次频率×10，P22每按一次频率÷10。
3.2.5系统整体电路
系统整体电路图如图8所示；
图8整体电路图
单片机AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，最终由示波器显示出来，能产1Hz,10Hz,100Hz,1000Hz的波形。
通过键盘来控制正弦波频率的变化，并通过数码管显示其数值。
4.软件系统设计
软件的流程图：
本系统采用AT89C51单片机，用编程的方法来产生正弦波波形，设置初始值，并通过编程来切换波形频率的改变。
具体功能有：
（1）正弦波波形的显示；
（2）频率增减。
软件调试后，通过编程器下载到AT89C51芯片中，首先初始化函数，接着键盘扫描，定时器初始化，分离函数，最后显示出正弦波频率。
软件的流程图如下：
图9软件的流程图
5.系统调试与存在的问题
5.1Proteus仿真结果
仿真结果如下所示：
图10频率为1Hz时波形图
AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，最终由示波器显示出来，能产1Hz。
图11频率为10Hz时波形图
AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，最终由示波器显示出来，能产10Hz。
图12频率为100Hz时波形图
AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，最终由示波器显示出来，能产100Hz。
图13频率为1000Hz时波形图
AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，最终由示波器显示出来，能产1000Hz。
5.2结果分析
本系统通过对AT89C51加载程序使其输出正弦波波形，同时可以通过按键正弦波频率。
设置初始频率为1Hz，当第一次按下K键时，选择要改变正弦波的频率为10Hz，第二次按下K键时，选择要改变正弦波的频率为100Hz，第三次按下K键时，选择要改变正弦波的频率为1000Hz，第四次按下K键时，正弦波的频率恢复到初始状态1Hz，同时输出各个频率对应的波形，能正确显示波形及其频率。
5.3存在问题
刚开始用4位数码管显示的时候，正弦波频率到了100Hz和1000Hz的时候数码管就会不停地闪烁。
之后换用74HC573连接静态数码管，前面的问题得到解决，不过当正弦波频率到了1000Hz以后，有时候按下×10键就回不到程序要求的1Hz。
6.心得体会
在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多。
对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。
因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。
很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。
因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。
要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。
在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因。
这就要求我们对硬件系统中各组件部分有充分透彻的理解和研究，并能对之灵活应用。
完成这次设计后，我在书本理论知识的基础上又有了更深层次的理解。
最后还要在此感谢各位毕业设计的指导老师们和我的组员们，他们在整个过程中都给予了我充分的帮助与支持。
参考文献
[1]郭文川主编.单片机原理与接口技术.中国农业出版社，2007.8
[2]郭天祥.51单片机C语言教程.北京:
电子工业出版社,2009.1
[3]郑学坚，周斌.微型计算机
附录1：
程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
ucharcodeSINX[]={
0x7F,0x82,0x85,0x88,0x8B,0x8F,0x92,0x95,0x98,0x9B,0x9E,0xA1,0xA4,0xA7,0xAA,0xAD,
0xB0,0xB3,0xB6,0xB8,0xBB,0xBE,0xC1,0xC3,0xC6,0xC8,0xCB,0xCD,0xD0,0xD2,0xD5,0xD7,
0xD9,0xDB,0xDD,0xE0,0xE2,0xE4,0xE5,0xE7,0xE9,0xEB,0xEC,0xEE,0xEF,0xF1,0xF2,0xF4,
0xF5,0xF6,0xF7,0xF8,0xF9,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,0xFD,0xFD,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,
0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFD,0xFD,0xFC,0xFB,0xFB,0xFA,0xF9,0xF8,0xF7,0xF6,
0xF5,0xF4,0xF2,0xF1,0xEF,0xEE,0xEC,0xEB,0xE9,0xE7,0xE5,0xE4,0xE2,0xE0,0xDD,0xDB,
0xD9,0xD7,0xD5,0xD2,0xD0,0xCD,0xCB,0xC8,0xC6,0xC3,0xC1,0xBE,0xBB,0xB8,0xB6,0xB3,
0xB0,0xAD,0xAA,0xA7,0xA4,0xA1,0x9E,0x9B,0x98,0x95,0x92,0x8F,0x8B,0x88,0x85,0x82,
0x7F,0x7C,0x79,0x76,0x73,0x6F,0x6C,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5D,0x5A,0x57,0x54,0x51,
0x4E,0x4B,0x48,0x46,0x43,0x40,0x3D,0x3B,0x38,0x36,0x33,0x31,0x2E,0x2C,0x29,0x27,
0x25,0x23,0x21,0x1E,0x1C,0x1A,0x19,0x17,0x15,0x13,0x12,0x10,0x0F,0x0D,0x0C,0x0A,
0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x03,0x02,0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,
0x09,0x0A,0x0C,0x0D,0x0F,0x10,0x12,0x13,0x15,0x17,0x19,0x1A,0x1C,0x1E,0x21,0x23,
0x25,0x27,0x29,0x2C,0x2E,0x31,0x33,0x36,0x38,0x3B,0x3D,0x40,0x43,0x46,0x48,0x4B,
0x4E,0x51,0x54,0x57,0x5A,0x5D,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6C,0x6F,0x73,0x76,0x79,0x7C};//正弦波信号
#defineuintunsignedint
#defineFosc11059200//晶振频率11059200
#defineALL65536//最长基数长度65536
ucharLED1_BUF=0xff,LED2_BUF=0xff,LED3_BUF=0xff,LED4_BUF=0xff;//数码管显示
ucharTIMER0_H,TIMER0_L;//定时器0的初值设置
ucharNUM=0;//计数变量
uintFREQ=1;
uinta;
//bitFLAG=0;//频率调节标志
sbitF_UP=P1^0;//频率上调按钮
sbitF_DOWN=P1^1;//频率下调按钮
voiddelay（uchart）;//延时函数
voiddisplay（）;//显示函数
voidcalculate_F（）;//频率变化，计算定时初值
voiddiscrete（）;//分离频率用于显示
voidkey_scan（）;//键盘扫描函数
voidinit（）;//初始化函数
voidtimer0（）;//定时器0的终端服务函数
voiddelay（uchart）//函数功能：
延时
{
uchari,j;
while（t--）
{
for（i=0;i<10;i++）
for（j=0;j<10;j++）
;
}
}
voidcalculate_F（）//函数功能：
频率计数函数，当频率变化，计算出定时器0的初值
{
floattemp;
temp=ALL-Fosc/11.0592/256/FREQ;
TIMER0_H=（uint）temp/256;
TIMER0_L=（uint）temp%256;
}
voidkey_scan（）//函数功能：
键盘扫描函数
{
//a=k;
if（F_UP==0）
{delay（5）;
if（F_UP==0）
{
TR0=0;
a++;
//k=a;
while（F_UP==0）;
if（a>3）
{
a=0;
}
//FLAG=1;
}
}
if（a==0）
{FREQ=1;}
if（a==1）
{FREQ=10;}
if（a==2）
{FREQ=100;}
if（a==3）
{FREQ=1000;}
voidinit（）//函数功能：
定时器初始化函数
{
TMOD=0x01;
TH0=TIMER0_H;
TL0=TIMER0_L;
ET0=1;
EA=1;
TR0=1;
calculate_F（）;
discrete（）;
display（）;
}
voiddiscrete（）//函数功能：
参数分离函数
{
LED1_BUF=FREQ/1000;
LED2_BUF=FREQ/100%10;
LED3_BUF=FREQ%100/10;
LED4_BUF=FREQ%10;
}
ucharcodeDSY_CODE[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
voiddisplay（）//函数功能：
数码管显示函数
{
P3=0Xf1;
P0=DSY_CODE[LED1_BUF];
delay（5）;
P3=0xf2;
P0=DSY_CODE[LED2_BUF];
delay（5）;
P3=0xf4;
P0=DSY_CODE[LED3_BUF];
delay（5）;
P3=0xf8;
P0=DSY_CODE[LED4_BUF];
delay（5）;
}
voidtimer0（）interrupt1//函数功能：
定时器0中断函数
{
//TR0=0;
TH0=TIMER0_H;
TL0=TIMER0_L;
P2=SINX[NUM];
NUM++;
//TR0=1;
}
main（）//函数功能：
主程序入口
{
init（）;
while
（1）
{
key_scan（）;
calculate_F（）;
discrete（）;
display（）;
}
}
升级会员 