基于STC89C52的简易波形发生器.docx
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基于STC89C52的简易波形发生器
摘要
时间：
2021.03.05
创作：
欧阳理
本系统是基于STC89C52单片机利用DDS的合成原理的低频信号发生器。
采用STC89C52单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM358）、按键等构成整个系统。
通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波并可以微调频率大小。
通过上位机可以通过PC可以选择波形和波形的频率。
其设计简单、性能优好，频率的精度由DA和系统时钟大小决定，所以很易的实现精度调整，系统的性价比高，可用于多种需要低频信号的场所，具有一定的实用性。
关键词：
STC89C52；DAC0832；LM358；DDS
摘要I
关键词I
1．设计任务与要求1
2.方案设计与论证1
2.1系统信号发生的方案设计1
2.2系统控制芯片的方案设计1
3硬件系统模块及理论分析2
3.1总体设计框架2
3.2最小系统模块电路2
3.3DAC0832模块电路3
3.4按键电路3
4．系统软件设计4
4.1主流程图5
4.2软件模拟仿真6
4.3方波仿真图6
4.4按键检测原理7
总结7
参考文献8
附件9
I源程序9
II总电路图17
III总图PCB18
IV元器件清单18
1．设计任务与要求
①利用单片机组成一个多波信号发生器。
②能输出的波形为三角波、锯齿波、方波、正弦波。
③输出波形频率f=1~100Hz、。
④输出波形频率通过PC机设置。
2.方案设计与论证
2.1系统信号发生的方案设计
方案一、通过专用DDS芯片如AD9850作为信号发生器件，用专用芯片的特点是，产生的信号频率范围宽，可以产生很高的频率，频率的精度高。
但是价格比较贵。
方案二、通过产生PWM产生方波，通过低通滤波器变为正弦波，在加上其他外围电路可产生三角波、锯齿波、方波、正弦波。
可实现题目要求，这种设计价格便，但是外围比较复杂，频率不好控制。
方案三、通过单片机外围加上DA芯片代替专用的DDS芯片，同样应用DDS信号合成原理产生任意想要的信号，这样构造的系统简单，用廉价的DAC0832就可产生满足题目要求的低频信号。
结论：
通过上述三个方案可以知道，用专用DDS芯片合成性能比较高，价格贵，用于本设计就大材小用，用PWM价格便宜，但是性能不好，所以属于中间的DA芯片是理想的选择。
2.2系统控制芯片的方案设计
方案一、选用STM32作为控制芯片，STM32内部资源丰富，时钟速度快，是一块性价比极高的芯片，用本系统会使得系统速度提升。
尽管性价比高，还是比传统51单片机要贵点，控制指令多，相对于51单片机来说程序要比较复杂。
方案二、选用STC公司的51单片机，STC89C52是对传统51做了增强，但是与传统51是兼容的，所以指令简单易于操作，12MHZ的系统完全满足题目涉及要求。
结论：
通过上述可以知道，STM32’性价比高，性能强大，但是用本系统是大材小用，而STC89C52则完全能满足题目要求而且价格比STM32要便宜，所以本设计选用STC89C52作为控制芯片。
3硬件系统模块及理论分析
3.1总体设计框架
图3.1
总体系统框架是由按键、最小系统模块、DAC0832、转串口模块组成，这样就可以实现多函数输出和PC机通信。
按键是为了实现波形的切换和频率的大小调节，最小系统是系统的主控制模块，是沟通按键、DAC0832模块、PC机的主控模块，是系统必不可少的模块。
转串口模块式为了实现单片机与PC的通信，PC可以通过上位机控制波形的选择和频率大小设置。
3.2最小系统模块电路
图3.2
图3.2是STC89C52的最小系统图，组成部分有时钟电路和复位电路。
实现的功能是控制DAC0832的模拟输出量的大小和输出的频率，以产生方波、三角波、正弦波、锯齿波，并通过与转串口电路的结合以实现与PC机之间的通信。
3.3DAC0832模块电路
图3.3
上图中DAC0832电路的接法是直通型接法，这种接法的最大特点就是只需要对DAC0832的数据口赋值就可以实现电压的输出，所以操作起来非常方便，而DAC0832输出的并不是电压，而是电流所以要在输出端加上一个运放实现电流到电压的转换。
选用LM358的原因是它输出端的电压可以达到负电压，这样就可以实现单电源供电了。
3.4按键电路
图3.4
按键是通过单片机的P0口进行监控，当单片机检查到有按键按下时，单片机就会根据按键对DA输出进行相应的改变，这样就可以实现按键对输出波形的切换和频率的调节。
3.5转串口电路
图3.5
转串口用的芯片是CH340，CH340产家提供有两种接法，一种是可以把PC机串口的电平转变为USB电平，另外一种可以直接把单片机的电平转换为USB电平，本设计选用的是第二种接法，因为这样接就可以省去了MAX232把单片机电平转换外PC机电平，这样设计电路变得更加可靠稳定了，同时也可以节省成本，同样本电路也是需要时钟电路让CH340能正常工作。
4．系统软件设计
系统软件由主程序和产生波形的子程序组成，软件设计主要是产生各种波形的子程序的编程，通过编程可得到各种波形。
周期的改变可采用插入延时子程序的方法来实现。
主程序和几种常用波形子程序的流程图如图所示。
4.1主流程图
图4.1
由图4.1可以简单的知道，程序的大概思路是，判断按键与上位机是否发送数据来觉得DA的输出量，初始化的时候程序是写输出频率为200HZ的方波信号。
4.2软件模拟仿真
图4.2锯齿波仿真
锯齿波产生是通过P2口将00H送入寄存器A中，DAC0832输出A中的内容，读取P2口的状态，取反后作为延时常数，当A中的内容不为0FFH时，A中的内容加1，当A中的内容等于FFH返回开始，从而输出波形。
锯齿波程序
voidjuchibo（void）
{
for（num=0;num<256;num++）
{cs=0;DAC0832=num;cs=1;while（a==0）;a=0;}
}
4.3方波仿真图
图4.3方波仿真
方波产生是通过P2口将00H输出给DAC0808，输出对应模拟量，然后读取P2口的状态，取反后作为定时器延时，延时时间到，将FFH输出时，同样输出对应模拟量，再延时，从而得到方波。
方波程序如下：
voidfangbo（void）
{
for（num=0;num<127;num++）
{cs=0;DAC0832=0XFF;cs=1;while（a==0）;a=0;};
for（num=127;num>0;num--）
{cs=0;DAC0832=0X00;cs=1;while（a==0）;a=0;};
}
4.4按键检测原理
voidchangbo（void）
{
if（P32==0）;
delay（20）;
if（P32==0）
flag++;
if（flag>=4）
flag=0;}
总结
通过设计简易的函数发生器，我学会了自己查资料，通过大量的资料结合，最终决定了现在所选用的方案，接下来就是运用之前学习过的Protel99se画板技术，成功的画出了电路图。
接着是电路的调试，这一个步骤是最难的，当然遇到的挫折也是最多的，例如开始的时候没有对DAC0832深入了解造成了，电路设计没错就是不能正常工作，最后慢慢的调节，发现原来是自己所选用的参考电压出问题，本来应该选用负电压作为参考电压，按照手册提供的经典电路才能得到一个正电压，但是由于没注意到这点所以画了很多的时间。
能够把电路正常的调处来还要感谢同学对我的帮忙，因为他们做过这样给我更加大的信心。
调完了电路后接下来的是进行写程序，开始调式程序的时候有点乱，因为没有画完流程图在调，所以思路会比较混乱。
不过后来通过参照网上的程序，终于实现了题目所要的功能。
参考文献
[1]周明德.微型计算机系统原理及应用[M].北京：
清华大学出版社，2002.341～364.
[2]刘乐善.微型计算机接口技术及应用[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2001.258～264.
[3]童诗白.模拟电路技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2000.171～202.
[4]杜华.任意波形发生器及应用[J].国外电子测量技术，2005.1：
38～40.
[5]张友德.单片微型机原理、应用与实践[M].上海：
复旦大学出版社，2004.40～44.
[6]程朗.基于8051单片机的双通道波形发生器的设计与实现[J].计算机工程与应用，2004.8：
100～103.
[7]张永瑞.电子测量技术基础[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2006.61～101.
[8]李叶紫.MCS-51单片机应用教程[M].北京：
清华大学出版社，2004.232～238.
附件
I源程序
/********************************************
时间：
2013年6月23日15:
33:
43
硬件条件：
stc89c52rc单片机上
项目：
函数发生器
作者：
龙腾跃
准备知识：
通过DAC0832实现信号的发生，DAC0832选用的是直通型输出方式
修改：
*********************************************/
#include
#include"Delay_time.h"
#include"Uart.h"
#include
//#include"boxing.h"
sbitCS=P3^7;
sbitup=P0^0;
sbitdown=P0^1;
bitflag=0,flag1=0,flag2=1,flag3=0,flag5=0,flag6=1,cont=1;
unsignedintnum4=170,num3=188,num2=0,num1=0;
unsignedcharmark=0;
unsignedchark=1;
unsignedcharN=0x00;
unsignedinttmp;
unsignedchari=0;
unsignedintt=2;
unsignedchartable[4];
voidTriangle（）;//输出三角波
voidSquare（）;//方波
voidsin（）;//正弦波
voidSawtooth（）;//锯齿波
voidchange（）;
unsignedcharcodesin_tab[]=//正弦波输出表
{
0x80,0x83,0x86,0x89,0x8D,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9C,0x9F,0xA2,0xA5,0xA8,0xAB,0xAE,
0xB1,0xB4,0xB7,0xBA,0xBC,0xBF,0xC2,0xC5,0xC7,0xCA,0xCC,0xCF,0xD1,0xD4,0xD6,0xD8,
0xDA,0xDD,0xDF,0xE1,0xE3,0xE5,0xE7,0xE9,0xEA,0xEC,0xEE,0xEF,0xF1,0xF2,0xF4,0xF5,
0xF6,0xF7,0xF8,0xF9,0xFA,0xFB,0xFC,0xFD,0xFD,0xFE,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xFD,0xFD,0xFC,0xFB,0xFA,0xF9,0xF8,0xF7,0xF6,
0xF5,0xF4,0xF2,0xF1,0xEF,0xEE,0xEC,0xEA,0xE9,0xE7,0xE5,0xE3,0xE1,0xDF,0xDD,0xDA,
0xD8,0xD6,0xD4,0xD1,0xCF,0xCC,0xCA,0xC7,0xC5,0xC2,0xBF,0xBC,0xBA,0xB7,0xB4,0xB1,
0xAE,0xAB,0xA8,0xA5,0xA2,0x9F,0x9C,0x99,0x96,0x93,0x90,0x8D,0x89,0x86,0x83,0x80,
0x80,0x7C,0x79,0x76,0x72,0x6F,0x6C,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5D,0x5A,0x57,0x55,0x51,
0x4E,0x4C,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3D,0x3A,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2E,0x2B,0x29,0x27,
0x25,0x22,0x20,0x1E,0x1C,0x1A,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0E,0x0D,0x0B,0x0A,
0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0D,0x0E,0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1A,0x1C,0x1E,0x20,0x22,0x25,
0x27,0x29,0x2B,0x2E,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3A,0x3D,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4C,0x4E,
0x51,0x55,0x57,0x5A,0x5D,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6C,0x6F,0x72,0x76,0x79,0x7C,0x7E
};
voidmain（）
{
Uart_init（）;
Delaynms（1000）;
send_string（"作者:
龙腾跃"）;
Delaynms（10）;
Enter（）;
send_string（"作品：
简易信号发"）;
Delaynms（10）;
send_string（"生器"）;
Enter（）;
send_string（"初始波形为200HZ"）;
Delaynms（10）;
send_string（"方波"）;
CS=0;
up=1;
down=1;
while
（1）
{
if（flag）
Triangle（）;
if（flag1）
Sawtooth（）;
if（flag2）
Square（）;
if（flag3）
sin（）;
change（）;
if（flag5&&flag6）
{
if（mark==4&&cont）
{
num4=170-t;
flag=0;
flag1=0;
flag2=0;
flag3=1;
send_data（num4）;
}
if（mark==3&&cont）
{
num3=（200.0/t）*188;
flag=0;
flag1=0;
flag2=1;
flag3=0;
send_string（"频率：
"）;
send_data（t）;
send_string（"HZ"）;
}
if（mark==2&&cont）
{
num2=t;
flag=0;
flag1=1;
flag2=0;
flag3=0;
send_data（num2）;
}
if（mark==1&&cont）
{
num1=5-t/10;
flag=1;
flag1=0;
flag2=0;
flag3=0;
send_data（t）;
}
flag5=0;
}
}
}
voidUart（void）interrupt4using1//串口中断子函数
{
if（1==RI）//必须进行判断才可以实现中断的对应响应
{
RI=0;
table[i]=SBUF;
i++;
if（i==4）
{
t=（table[2]-48）*100+（table[3]-48）*10+（table[0]-48）;
mark=table[1]-48;
flag5=1;
TR0=0;
i=0;
flag6=~flag6;
cont=1;
}
}
}
/*********************************************************
输出三角波
*********************************************************/
voidTriangle（）
{
unsignedcharl;
unsignedintj;
for（l=0;l<255;l=l+k）
{
P2=l;
while（j{
j++;
}
j=0;
}
for（l=255;l>1;l=l-k）
{
while（j{
j++;
}
j=0;
P2=l;
}
}
/*********************************************************
输出方波函数
*********************************************************/
voidSquare（）
{
unsignedintj=0;
N=~N;
P2=N;
while（j{
j++;
}
j=0;
}
/*********************************************************
输出正弦波函数
*********************************************************/
voidsin（）
{
unsignedinti,j=0;
for（i=0;i<256;i++,j=0）
{
while（j{
j++;
}
P2=sin_tab[i];
}
}
/*********************************************************
输出锯齿波函数
*********************************************************/
voidSawtooth（）
{
unsignedcharl;
unsignedintj=0;
for（l=0;l<255;l++）
{
while（j{
j++;
}
P2=l;//databyte
}
}
/*********************************************************
调整函数
*********************************************************/
voidchange（）
{
if（!
up）
Delaynms（15）;
if（!
up）
{
{
k++;
}
while（!
up）;
if（k==2）
{
flag=0;
flag1=1;
flag2=0;
flag3=0;
}
if（k==3）
{
flag=0;
flag1=0;
flag2=1;
flag3=0;
}
if（k==4）
{
flag=0;
flag1=0;
flag2=0;
flag3=1;
}
if（k==5）
{
flag=1;
flag1=0;
flag2=0;
flag3=0;
k=1;
}
}
if（!
down）
Delaynms（15）;
if（!
down）
{
if（mark==4）
{
num4=num4-10;
}
if（mark==3）
{
num3=num3+10;
send_data（num3）;
}
if（mark==2）
{
num2=num2+10;
}
if（mark==1）
{
num1=num1+10;
}
cont=0;
while（!
down）;
}
}
II总电路图
总图PCB
元器件清单
电解电容10uf
1个
瓷片电容30pf
2个
电阻10K
1个
晶振12MHz
1个
按钮开关
2个
LM324集成块
1块
DAC0832
1块
AT89S52
1块
DIP-40封装插座
1个
DIP-20封装插座
2个
导线若干
星轨
时间：
2021.03.05
创作：
欧阳理
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