单片机课程设计Word文档格式.docx

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6致谢16

参考文献16

绪论

波形发生器也称函数发生器，作为实验信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。

目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿波，正弦波，方波，三角波等波形。

信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路经之一，不用依靠单片机。

但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。

在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。

而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；

大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；

体积大，漏电，损耗显著更是致命的弱点。

一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。

1、波形发生器概述

在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。

随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。

用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。

1.1波形发生器的发展状况

波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。

函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。

在70年代前，信号发生器主要有两类：

正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。

在70年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。

这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。

90年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它由HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。

HP8770A实际上也只能产生8中波形，而且价格昂贵。

不久以后，Analogic公司推出了型号为Data-2020的多波形合成器，Lecroy公司生产的型号为9100的任意波形发生器等。

到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过GHz的DDS芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003年，Agilent的产品33220A能够产生17种波形，最高频率可达到20M，2005年的产品N6030A能够产生高达500MHz的频率，采样的频率可达1.25GHz。

由上面的产品可以看出，函数波形发生器发展很快近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：

（1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。

波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。

波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。

同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成v=f（t）形式的波形方程的数学表达式产生。

从而促进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展，各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起到了推动作用。

目前可以利用可视化编程语言（如VisualBasic,VisualC等等）编写任意波形发生器的软面板，这样允许从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。

（2）与VXI资源结合。

目前，波形发生器由独立的台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新近开发的VXI模块。

由于VXI总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用VXI系统测量产生复杂的波形，VXI的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发VXI模块的周期长，而且需要专门的VXI机箱的配套使用，使得波形发生器VXI模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。

在民用方面，VXI模块远远不如台式仪器更为方便。

（3）随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来。

不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。

这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。

而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。

1.2国内外波形发生器产品比较

早在1978年，由美国Wavetek公司和日本东亚电波工业公司公布了最高取样频率为5MHz，可以形成256点（存储长度）波形数据，垂直分辨率为8bit，主要用于振动、医疗、材料等领域的第一代高性能信号源，经过将近30年的发展，伴随着电子元器件、电路、及生产设备的高速化、高集成化，波形发生器的性能有了飞速的提高。

变得操作越来越简单而输出波形的能力越来越强。

波形操作方法的好坏，是由波形发生器控制软件质量保证的，编辑功能增加的越多，波形形成的操作性越好。

2、硬件原理

波形的产生是通过AT89c51单片机执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。

AT89c51单片机的最小系统有三种联接方式。

一种是两级缓冲器型，即输入数据经过两级缓冲器型，即输入数据经过两级缓冲器后，送D/A转换电路。

第二种是单级缓冲器型，输入数据经输入寄存器直接送入DAC寄存器，然后送D/A转换电路。

第三种是两个缓冲器直通，输入数据直接送D/A转换电路进行转换。

2.1AT89C51单片机的内部结构

典型的MCS-51单片机芯片集成了以下几个基本组成部分。

1一个8位的CPU

2128B或256B单元内数据存储器（RAM）

34KB或8KB片内程序存储器（ROM或EPROM）

44个8位并行I/O接口P0~P3。

5两个定时/计数器。

65个中断源的中断管理控制系统。

7一个全双工串行I/O口UART（通用异步接收、发送器）

8一个片内振荡器和时钟产生电路。

图3.1单片机引脚

2.2DAC0832的引脚及功能

1DAC0832芯片：

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。

与微处理器完全兼容。

这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。

D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

2DAC0832的主要特性参数如下：

分辨率为8位；

电流稳定时间1us；

可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；

只需在满量程下调整其线性度；

单一电源供电（+5V～+15V）；

低功耗，200mW。

3DAC0832结构：

图3.4DAC0832引脚

D0～D7：

8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）；

ILE：

数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；

CS：

片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；

WR1：

数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；

XFER：

数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；

WR2：

DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

IOUT1：

电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；

IOUT2：

电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；

Rfb：

反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；

Vcc：

电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；

VREF：

基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；

AGND：

模拟信号地

DGND：

数字信号地

4DAC0832的工作方式：

根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：

直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。

2.3、硬件设计：

3、软件原理

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。

3.1主流程图

图4.1主程序流程图

主流程原理说明：

D/A转换器的功能主要是将输入的数字量转换成模拟量输出，在语音合成等方面得到了广

泛的应用。

本实验中采用的转换器为DAC0832，该芯片为电流输出型8位D/A转换器，输入设有两级缓冲锁存器，因此可同时输出多路模拟量。

本实验中采用单级缓冲连接方式，用0832和按键功能来产生不同的波形。

Vref引脚的电压极性和大小决定了输出电压的极性与幅度，超想-3000TB综合实验仪上的DA0832的第8引脚（Vref）的电压已接为-5V，所以输出电压值的幅度为0-5V，波形的峰值也就固定了。

用按不同的键，输出不同的波形，按键“1”代表输出正弦波、按键“2”代表输出三角波、按键“3”代表输出锯齿波、按键“4”代表输出方波、按键“5”代表输出梯形波。

3.2程序详情：

org0000h

ljmpStart

Start:

MLoop:

MOVA,P1

cjneA,#01h,Jsanjiao

LCALLsin

Jsanjiao:

cjneA,#02h,Jjuchi

LCALLsanjiao

Jjuchi:

cjneA,#04h,Jfang

LCALLjuchi

Jfang:

cjneA,#08h,Jtixing

LCALLfang

Jtixing:

cjneA,#10h,MLoop

LCALLtixing

ljmpMLoop

;

***************************正弦波*********************

sin:

MOVDPTR,#0FF80H

MOVr5,#00H

loop11:

MOVA,r5

MOVDPTR,#SETTAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVX@DPTR,A

INCr5

cjner5,#00h,loop11

ret

***************************三角波**********************

sanjiao:

movdptr,#0FF80h

MOVR5,#00H

loop21:

mova,r5;

0832DA从小到大转换

movx@dptr,a

acalltdelay

incr5

cjner5,#00h,loop21

loop22:

;

0832DA从大到小转换

decr5

mova,r5

movx@dptr,a

cjner5,#00h,loop22

***************************锯齿波**********************

juchi:

STEP:

MOVR6,#16

MOVR5,#16

MOVA,0

loop31:

MOVX@DPTR,A;

选通地址

ACALLjuDELAY;

延时

ADDA,R6;

每次以19H的梯度增加

DJNZR5,loop31;

梯度等待的时间

RET

juDELAY:

D2:

MOVr1,#0FFH

D1:

DJNZr1,D1

***************************方波*********************

fang:

loop42:

movdptr,#0FF80h;

mova,#0

acalltDELAY

incr5

cjner5,#00h,loop42

loop43:

decr5

mova,#0FFH

cjner5,#00h,loop43

***************************梯形波********************

tixing:

loop51:

cjner5,#00h,loop51

loop52:

mova,0ffh

cjner5,#00h,loop52

loop53:

decr5

cjner5,#00h,loop53

loop54:

cjner5,#00h,loop54

*****************************************************

tDELAY:

DD2:

MOVr1,#10

DD1:

DJNZr1,DD1

ret

SETTAB:

DB80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H

DB99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEH

DB0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5H

DB0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H,0D4H,0D6H,0D8H

DB0DAH,0DDH,0DFH,0E1H,0E3H,0E5H,0E7H,0E9H

DB0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1H,0F2H,0F4H,0F5H

DB0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH,0FBH,0FCH,0FDH

DB0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH

DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FEH,0FDH

DB0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H,0F8H,0F7H,0F6H

DB0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH,0EEH,0ECH,0EAH

DB0E9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H,0DEH,0DDH,0DAH

DB0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH,0CCH,0CAH,0C7H

DB0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH,0B7H,0B4H,0B1H

DB0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H,9FH,9CH,99H

DB96H,93H,90H,8DH,89H,86H,83H,80H

DB80H,7CH,79H,78H,72H,6FH,6CH,69H

DB66H,63H,60H,5DH,5AH,57H,55H,51H

DB4EH,4CH,48H,45H,43H,40H,3DH,3AH

DB38H,35H,33H,30H,2EH,2BH,29H,27H

DB25H,22H,20H,1EH,1CH,1AH,18H,16H

DB15H,13H,11H,10H,0EH,0DH,0BH,0AH

DB09H,08H,07H,06H,05H,04H,03H,02H

DB02H,01H,00H,00H,00H,00H,00H,00H

DB00H,00H,00H,00H,00H,00H,01H,02H

DB02H,03H,04H,05H,06H,07H,08H,09H

DB0AH,0BH,0DH,0EH,10H,11H,13H,15H

DB16H,18H,1AH,1CH,1EH,20H,22H,25H

DB27H,29H,2BH,2EH,30H,33H,35H,38H

DB3AH,3DH,40H,43H,45H,48H,4CH,4EH

DB51H,55H,57H,5AH,5DH,60H,63H,66H

DB69H,6CH,6FH,72H,76H,79H,7CH,80H

END

3.3各个仿真图

图4.1正弦的波仿真

图4.2三角波仿真

图4.3锯齿波仿真

图4.4方波的仿真

图4.5波的仿真

4、测试方法

本参考实验用按下不同的键来产生不同的波形，并且本设计实验在实验仪和配合示波器就

可以完成。

要观察到产生不同的波形，首先，把DA0832的片选CS5孔接至0B000H-0BFFFH孔即80FFH。

把D/A输出孔Aout用提供的电线接到示波器的一个输入端，实验仪的地接示波器的地。

然后，打开示波器和实验仪的电源开关，把参考程序在实验仪配套的仿真软件上编译，编译通过后就连接上实验仪。

这时可以看到示波器没有信号显示。

最后，按键产生不同的波形，当按下按键1时，观察示波器，就可以看到正弦波。

同理，按下按键1、2、3、4、5，分别可以看到示波器上显示的波形为正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波。

5、感想

经过将近5天的单片机课程设计，终于完成了我们的波形发生器的设计，基本达到设计要求，从心底里来说，还是很高兴的，毕竟这次设计基本达到了预期目的。

但高兴之余也不得不深思呀！

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。

通过这次单片的单片机课程设计，让我真正的认识到课程设计的重要性，不但可以通过具体课题的设计工作学习到相关的新知识，而且可以课堂上所学习的知识用于实践。

当在实际运用单片机的时候，才发现原来自己所学的知识并不熟悉，运用起来更是生疏，没有实现学以致用的目的，而且还发现了原来很多存在的疏忽，如简单的指令一直都用错了。

这次波形发生器的课程设计基本运用了单片机学习中的很多知识，如单片机的结构及基本原理，指令系统和C语言程序设计，DA转换接口技术等等。

电路设计和程序设计都参考了教材上的实例，但是在实际仿真的过程中却发现有些不妥只处，不能实现预期的结果，这样也提醒了自己书本不一定都是对的，所学的知识必须要充分理解再加以灵活的运用，更要注意具体问题具体分析解决。

此外，通过实际的仿真操作，更加熟悉了PROTEUS和WAVE软件的操作流程，为以后的更好地学习和运用创造了条件。

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。

同时在本次设计的过程中，我还学会了高效率的查阅资料、运用工具书、利用网络查找资料。

我发现，在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实并不是十分理想，各种参数都需要自己去调整。

偶而还会遇到错误的资料现象，这就要求我们应更加注重实践环节。

6、致谢

在做波形发生器的5天时间内非常感谢胡必武老师的细心指导，让我无论在硬件电路或者是软件设计过程中遇到的一些问题都能够迎刃而解。

作为我们的代课老师胡老师在以前上课及实验上，都一直在认真的辅导我们，让我们每名同学都能很好的完成实验，在课程设计之前的那么多周都一直陪着我们在实验室里进行基本实验的联系、解说。

还要感谢同学们的帮助，无论是在结局课程设计问题上，还是传达老师的各项要求上，都能准确而准时的到位，使我们节约了时间，减少了许多不必要的麻烦，以便能顺利完成课程设计的内容。

参考文献

[1]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].

[2]何立民.单片机应用技术选编[M].

[3]宋跃.单片微机原理与接口技术.

[4]张毅刚,彭喜圆,谭晓昀,曲春波.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社.

[5]刘乐善,欧阳星明,刘学清.微型计算机接口技术及应用[M].华中科技大学出版社张洪润,易