dan正弦波信号发生器不全.docx

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dan正弦波信号发生器不全

辽宁工学院

单片机与接口技术课程设计（论文）

题目：

正弦波信号发生器

院（系）：

信息科学与工程学院

专业班级：

电气034班

学号：

030303101

学生姓名：

张敬明

指导教师：

李宝国

教师职称：

副教授

起止时间：

06-06-05至06-06-18

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

信息科学与工程学院教研室：

电气

学号

030303101

学生姓名

张敬明

专业班级

电气034班

课程设计（论文）题目

正弦波信号发生器

课程设计（论文）任务

完成正弦波信号发生器的硬件和软件设计。

任务包括：

1信号峰~峰值在0~5V之间可调，分辨率为0.5V。

2频率两档50Hz、500Hz

3按键可选择峰~峰值和频率。

4显示器可显示峰~峰值和频率。

5设计电源电路，信号发生器电源采用AC220V

6写出程序流程图及汇编程序。

指导教师评语及成绩

成绩：

指导教师签字：

年月日

目录

第1章课程设计目的与要求1

1.1课程设计目的1

1.2课程设计的实验环境1

1.3课程设计的预备知识1

1.4课程设计要求1

第2章课程设计内容2

第3章课程设计的考核2

3.1课程设计的考核要求2

3.2课程性质与学分2

第4章设计3

4.1硬件框图及其设计3

4.2显示部分设计4

4.3数模（D/A）转换部分4

4.4正弦信号的幅度控制电路5

4.5软件流程图及其分析6

4.6系统原理示意图11

参考文献12

第1章课程设计目的与要求

1.1课程设计目的

“单片机与接口技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。

因此，要求学生能综合应用所学知识，设计与制造出具有较复杂功能的小型单片机系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。

能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。

培养独立思考、独立收集资料、独立设计规定功能的单片机系统的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。

1.2课程设计的实验环境

利用windows操作系统及应用软件进行绘图和编程。

1.3课程设计的预备知识

熟悉单片机与接口技术课程的相关知识及电子线路CAD工具软件。

1.4课程设计要求

按课程设计指导书提供的课题，根据第二章给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容：

1、对设计课题进行简要阐述，并说明设计任务及具体要求。

2、论述系统设计方案，并画出总体电路结构图及功能分割图。

3、能够较熟练地应用电子线路CAD工具完成单片机系统的硬件设计任务。

4、各功能模块设计说明、设计实现过程及源程序。

5、能够较熟练地应用一种编辑软件编写程序，掌握单片机系统软件设计的基本方法

6、课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。

7、课程设计总结

8、字数4000左右，有系统电气原理图。

第2章课程设计内容

设

计

技

术

参

数

1信号峰-峰值在0-5V之间可调，分辨率为0.5V。

2频率两档50Hz、500Hz

3按键可选择峰~峰值和频率。

4显示器可显示峰~峰值和频率。

5设计电源电路，信号发生器电源采用AC220V

6写出程序流程图及汇编程序。

工

作

量

1、系统硬件框图设计说明

2、输出通道控制电路设计

3、按键及显示电路设计

4、cpu最小系统设计

5、内部定时中断服务子程序设计

6、主程序设计

工

作

计

划

第一天

第二天

第三天

第四天

第五天

第二周

D\A转换器及输出通道控制电路设计

按键、显示电路设计

cpu最小系统设计

电源的设计

主程序、流程定时输出程序设计

画原理图、打印

第3章课程设计的考核

3.1课程设计的考核要求

课程设计采用五级（优、良、中、及格、不及格）评分制。

最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定，其中平时考核成绩占20%。

3.2课程性质与学分

单片机与接口技术课程设计的课程性质：

考查学分：

2

第4章设计

在许多电子系统中，经常需要用到频率和幅度可调的正弦波信号作为基准或载波信号。

正弦渡信号主要通过模拟电路或DDS（DirectDigitalSynthesis）等两种方式产生.相对于模拟电路，DDS具有相位连续、频率分辨率高、转换速度快、信号稳定等诸多优点，因此，DDS存雷达、通信、测试、仪表等领域得到了广泛的应用。

4.1硬件框图及其设计：

该系统的核心部件是AD7008，AD7008是ADI公司推出的高集成度DDS频率台成器。

首先单片机将频率控制字发送给AD7008，在AD7008的输出端口就可以得到所需的正弦信号，为了使输出信号的频率更为稳定，将输出信号通过由MAX262构成的中心频率可调带通滤波器进行滤波处理.MAX262的中心频率通过单片机按照AD7008的输出频率进行设置。

DAC0832的作用是控制输出信号的幅度。

系统组成框图如图1所示

AD7008可以和外围MPU构成并行或串行两种接口方式，其中并行接口又可以分为8位和16位两种。

由于系统采用8位单片机，考虑到响应速度，采用8位并行接口方式。

当单片机将数据送到PO口时．如果AD7008的WR引脚（与单片机的P1.0相连）出现负脉冲，则PO口的数据被送入AD7008的并行寄存器。

如果AD7008的LOAD引脚（与单片机的Pl.1相连）出现正脉冲，则根据TC3～TC0（与单片机的PO.3～PO.0相连）的逻辑关系，AD7008并行寄存器内的数据将会被送到片内命令寄存器、频率寄存器0、频率寄存器1或相位寄存器中。

由此来对AD7008所产生的正弦信号进行控制。

AD7008的输出引脚lOUT和IOUT通过一电阻接地，将输出电流转换成电压，再通过一运算放大器组成的减法电路后产生正弦波

4.2显示部分设计

以14495芯片做译码，锁存驱动芯片，LED数码管作为显示器件，通过89C51构建键盘显示系统。

按键输入字0—9，该系统示对应数字的平方值。

MC14495芯片说明：

MC14495常用于单片机系统中LED数码管静态显示接口的译码驱动芯片，他将输入的被显示字符的二进制码自动转换成相应的字型码，送给LED数码管显示。

MC14495芯片的引脚及内部逻辑框图如图A，B所显。

它是由4位锁存器、地址译码器和笔端ROM阵列以及带有限流电阻的驱动电路组成。

A、B、C、D为二进制输入端，A为低位，D为高位，能直接与MCS—51相连；a、b、c、d、e、f、g为译码输入端，a为低位，g为高位LE为锁存控制端，LE为低电平时可输入数据，为高电平时代表输入数据大于或等于10，反之低电平VCR为输入数据等于15的输出指示端，高电平时代表输入数据等于15，否者为高阻态。

VDD为电源输入端，VSS为电源接地端，电源共给+5V即可。

根据以上MC14495芯片说明，其译码输出端a-g与LED数码管的连接不需要加限流电阻。

由于具有输入锁存功能，不需要再加其他辅助的锁存芯片就能直接MCS—51相连，因此在设计中可以直接用端口对其进行操作，本题具体硬件设计原理，左边两个LED数码管用于显示输入的数字，右边两个LED数码管用于显示数字平方后的结果，VCR、h+i本题不需要使用。

在程序处理上，设计一个显示子程序，每次调用都让四个LED数码管显示一遍所需的数据，这样在显示处理上相对方便，显示的正确性也较好，具体显示时，每次都将显示的数据与选通地址一次性送出，然后做稍微延时让数据到位，之后将数据锁存，本题采用查表法查平方结果，查表在工程上是一中很有效的处理方法。

4.3数模（D/A）转换部分

　　D/A转换部分选用的是DAC0832。

DAC0832是CMOS工艺制造的8位单片D/A转换器，属于R-2RT型电阻网络的8位D/A转换器，建立时间150ms，为电流输出型，并且片内带输入数字锁存器。

DAC0832与8031接成的是单缓冲方式，由于DAC0832是电流输出，而我们用的是模拟电压，在这种情况下，要将输出的电流转换成电压，转换电路接成同相电压输出形式，其输出电压Vout=IR（1+R2/R1）。

在D/A转换电路中，ILE接+5V，片选信号CS和转换控制信号XFER都通过非门连到P2.7，这样输出寄存器和DAC寄存器地址都是7000H，“写”选通线WR1和WR2都和8031的“写”信号线连接，CPU对0832执行一次“写”操作，把一个数据直接写入DAC寄存器，DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。

这样，由CPU送来的数据SD0~SD7，通过DAC0832转换成电流输出，由R4、R5等将电流信号转换成电压信号，经反相放大使得到了所需要的超低频正弦信号。

4.4正弦信号的幅度控制电路

　　为了提高输出信号的质量，必须对由AD7008所产生的正弦信号进行滤波处理。

由于该信号发生器用在电测仪表中，其对正弦信号的频率要求是40Hz～5kHz。

笔者选用工作频率为1Hz～140kHz的MAX262来构成一个中心频率可程控的带通滤波器。

MAX262有三个可程控参数：

中心频率

、Q值和工作模式。

所有程控参数都通过数据引脚DO和Dl输入。

地址引脚A3～A0控制输入数据进入不同的寄存器。

当AD7008输出信号的频率确定后，就可以设定MAX262的中心频率

和Q值。

这样就构成一可程控的带通滤波器对AD7008的输出信号进行滤波处理

 正弦信号的幅度控制是通过D/A转换器DAC0832来实现的。

经过滤波处理的正弦信号接在DAC0832的参考电压引脚VREF上。

DAC0832的八位数据输入引脚与单片机的P0口相连，由片选信号CS（与单片机的PI.2相连）来决定输入数据是否选通。

由图2可知，DAC0832工作在单缓冲寄存器方式，即当CS为低电平时，DO～D7数据线送来的数据直接进行D/A转换。

根据D/A转换的工作原理有：

   将

代入，则有：

   第一级运算放大器将电流转化为电压输出，则有：

   将

表达式代入，得

   第二级运算放大器起反向放大作用，它的输入和输出电压之间的关系为：

   将

表达式代入，最后得到如下关系：

   由于

，所以输入电压通过该电路后，其输出受到由数字控制的衰减。

R改变DO～D7的值时，输出电压也随之变化，即实现了对正弦渡信号的幅度控制。

4.5软件流程图及其分析

单片机上电复位后，先对AD7008和MAX262进行初始化设置。

然后开始检测外围输入单元。

当有频率设置输入时．则将频率控制字送入AD7008，然后根据信号频率设置MAX262的中心频

和Q值。

当有幅度设置输入时，则将幅度控制字送DAC0832。

其程序流程框图如图所示。

显示设置数据

选择输出

正弦波

计算

输出

扫描键盘

正弦波程序

ORG5000H

START:

MOVR1,72

MOVA,#00H

MOVDPTR,#6000H

LOOP4:

MOV20H,A

MOVCA,@A+DPTR

MOVR2,DPL

MOVR3,DPH

MOVDPTR,#0FEFFH

MOVX@DPTR,A

MOVDPL,R2

MOVDPH,R3

MOVA,20H

INCA

DJNZR1,LOOP4

LJMPSTART

显示程序：

ORG0000H

MOVR3，#0

MOVR4，#0

LCALLSHOW

INCNUM：

SETBP3.6

JBP3.6，ACKIN

LCALLDELAYTIME

INCR3

CJNER3，#10，JMPSHOW

MOVR3，#0

JMPSHOW：

LCALLSHOW

ACK1：

SETBP3.7

JBP3.7，INCNUM

LCALLDELAYTIME

MOVDPTR，#SQUTABLE

MOVA，R3

MOVCA，@A+DPTR

MOCR4，A

LCALLSHOW

SJMPINCNUM

SHOW：

MOVA，P3

ANLA，#0F0H

SWAPA

ORLA，#0E0H

MOVP1，A

NOP

SETBP1.4

MOVA，R3

ANLA，#0FH

ORLA，#0D0H

MOP1，A

NOP

SETBP1.5

MOVA，R4

ANLA，#0F0H

ORLA，#0B0H

MOVP1，A

NOP

SETBP1.6

MOVA，R4

ANLA，#0F0H

ORLA，#070H

MOVP1，A

NOP

SETBP1.7

RET

DELAYTIME：

MOVTMOD，#01H

MOVR2，#4

HH：

MOVTH0，#00H

SETBTR0

CLRTF0

JNBTF0

DJNZR2，HH

CLRTRO

RET

SOUTTABLE：

DB00H01H04H09H16H25H36H49H64H

END

按键程序:

KEYWORK1：

JNBP3.5，KEY1

KEYOUT：

RET

KEY1LCALLDISP

JBP3.5,KEYOUT

WAIT11:

JNBP1.5,WAIT12

CPL00H

MOVR2,#01H

MOVR3,#01H

RET

WAIT12:

LCALLDISP

AJMPWAIT11

KEYWORK2:

JNBP1.5,KEY1

JNBP1.6,KEY2

RET

KEY2:

LCALLDISP

JBP3.6,KEYOUT

WAIT22:

JNBP1.6,WAIT21

INC7BH

KEY3LCALLDISP

JBP1.7,KEYOUT

WAIT11:

JNBP1.7,WAIT12

CPL00H

MOVR5,#01H

MOVR6,#01H

RET

WAIT12:

LCALLRESET

AJMPWAIT11

MOVA,7BH

CJNEA,#08H,KEYOUT11

KEYOUT11:

JCKEYOUT1

MOV7BH,#00H

END

KEYOUT:

RET

WAIT21:

LCALLDISP

AJMPWAIT22

4.6系统原理示意图：

1电源电路:

2正弦波信号发生器硬件电路图:

结论：

本次单片机课设内容是正弦波信号发生器，通过老师的指导，按照课设的要求，自己在图书管和网络中找到了有关的设计资料，加上单片机学习时积累的知识点，完成了此次课程设计正弦波信号发生器，此次课设包括了显示电路，按键电路，软件，硬件设计，基本完成了课设的要求，以够用此次的设计方案产生正弦波，不过在此次设计中还是遇到了一些问题，通过和同学探讨最终解决了，使我有了更深的理解，从此次课设当中，学到了很多知识，相信对以后有很大的帮助。

当然，此次课设还是存在一定的问题，希望老师给予指正。

参考文献：

1《单片机原理及应用技术》黄仁欣北京：

清华大学出版社

2《8051单片机实践教程》徐爱钧四川：

电子工业出版社

3《单片机接口与技术》梅丽凤王艳秋等编清华大学出版社

4《单片机实用技术》崔华北京：

清华大学出版社

微处理

地址译码器

程序寄存器

锁存器

功率放大器

运算放大器

D/A转换器2

微处理

器51

D/A转换器1

器51

运算放大器

D/A转换器2

微处理器