基于单片机的信号发生器设计.docx

毕业设计（论文）中文摘要（题目）：基于单片机的信号发生器设计摘要:此函数信号发生器是基于单片机AT89C51设计而成的，能够产生频率范围在OHZ-535HZ的锯齿波、正弦波、三角波、矩形波四种波形，并且能够通过液晶屏1602显示各自的波形类型以及频率数值。首先，单片机AT89C51经过程序设计的方法生成各种数字信号，再通过D/A转换器DACO832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大。接着，通过按键来控制四种波形的类型选择、和频率数值选择，并由液晶屏1602显示其频率数值和波形类型。总的系统包括信号发生局部、数/模转换局部以及液晶显示局部三大局部，其中尤其对数/模转换局部和波形产生和变化局部进行详细论述。关键词:AT89C51DAC0832液晶屏1602Title:DeSignOfSignalgeneratorbasedOnMCUAbstractzThisfunctionsignalgeneratorisbasedontheT89C51microcontrolIerdesign,capableofgeneratingfrequencyrange0Hz535Hzsawtooth,sine,trianglewave,squarewave,fourtypesofwaveforms,andeachtypeofwaveformandfrequencycanbedisplayedbytheLCDscreen1602value.First,T89C51microcontrollerprogrammingmethodtogenerateavarietyofdigitalsignalthroughtheD/AconverterDC0832convertsthedigitalsignalintoananalogsignal,filteredandamplified.Then,thekeytocontrolthefourwaveformtypeselection,andfrequencyselectionofvalues,thevalueofitsfrequencyandwaveformtypeisdisplayedbytheLCDscreen1602.Thetotalsystemincludingasignalgeneratingpartofthedigital/analogconvertingsectionandaliquidcrystaldisplaysectionofthreeparts,whereininparticularforthedigital/analogconversionpartandthewaveformgeneratingandchangingpartdiscussesindetail.keywords：AT89C51DAC0832LCDinscreen1602目录1引言错误!未定义书签。1. 1研究背景01.2国内外的研究现状和开展趋势12设计要求13设计总体方案14硬件电路实现24.1 单片机最小系统的设计24. 1.1时钟电路25. 1.2复位电路34.2 D/A转换电路34.3 放大滤波电路44.4 键盘模块的设计44.5 显示模块的设计55软件程序设计66测试仪器及测试说明6结论7致谢7参考文献7附录A8附录B81引言信号发生器是一种常用信号源。通常能够产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等多种波形，因其时间波形可用某种时间函数来描述而得名。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的应用，密切地联系着工业、农业、生物医学等产业，并对它们的开展起到极大的促进作用。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，开展到现在的300M的高速单片机。随着单片机技术的快速开展与普遍应用，函数信号发生器的性能和性价比将会有更大的提升空间。基于单片机的函数信号发生器将为智能化生活提供实质的帮助。设计旨在通过查找文献资料提高自己独立学习、思考能力。提高把理论运用到实践当中的能力，提升认识水平。1.1 研究背景随着经济与科技不断开展，相应的测试仪器与手段也有了许多改善与提高，但是对之要求也不断提高。波形发生器的信号，使用者根据具体的要求，将其作为鼓励源，测得感兴趣的参数。信号源仿真各种测试信号，给待测电路，从而满足实现需求。信号发生器在仿真实验占有重要地位，对于测试仪器来说也同样不可缺少，因此对相关信号发生器的研究开发有着一定的意义。传统的信号发生器电路复杂，控制灵活度不够，本钱也相对较高。虽然我国所研制的波形发生器在一定程度上己有了一些成果，但与国外技术确实还存在一定差距，因此很有必要提高相关方面的研究。利用单片机的控制灵活性，外设处理能力强等特点，实现频率与幅度可调的多种波形，这就克服了传统的缺点，具有良好的实用性。同时根据程序的易控制性，可以容易实现各种复杂的调频条幅功能。1.2 国内外的研究现状和开展趋势我国的单片机应用始于80年代，虽然开展迅速，但相对于世界市场我国的占有率还很低。到目前为止，由于我国的微电子技术和制造工艺都比拟落后及国外单片机的竞争等原因，我国还没有设计生产出自己的单片机。国内的单片机目前注重的还只是低中档的应用，普遍采用的是8或16位的单片机，对宏单片机和DSP等高档的应用还处于初始阶段。在1980年以前，信号发生器全部属于模拟方式，借助电阻电容，电感电容、谐振腔、同轴线作为振荡回路产生正弦或其它函数波形。频率的变动由机械驱动可变元件，如电容器或谐振腔来完成，往往调节范围受到限制。1980年以后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大局部不再使用机械驱动而采用数字电路。数字合成技术使信号发生器变为非常轻便、覆盖频率范围宽、输出动态范围大、容易编程、适用性强和使用方便。单片机的开展趋势为：低功耗与高性能、低电压、低噪声与高可靠性、采用CMOS技术、外围电路内装、串行扩展技术等。同时，单片机的快速开展也带动着基于单片机的信号发生器的快速开展，如：任意波形发生器、矢量波形发生器。使得信号发生器的应用更加广泛。2设计要求1、利用AT89C51单片机设计的函数信号发生器产生正弦波、方波、三角波、锯齿波四种波形。2、四种波形输出类型可通过按键选择。3、波形频率可调（频率：0'535Hz）o4,需显示波形的频率。3设计总体方案该函数信号发生器采用单片机AT89C51作为数据处理及控制核心，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和变换。AT89C51单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各局部部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器Rc)M、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只要将AT89C51再配置键盘、数模转换及波形输出、放大电路等局部，即可构成所需的函数信号发生器。首先，单片机AT89C51经过程序设计的方法生成各种数字信号，再通过D/A转换器DACO832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大。接着，通过按键来控制四种波形的类型选择、和频率数值选择，并由液晶屏1602显示其频率数值。其信号发生器总体设计如图3.1所示。图3.1函数信号发生器总体设计4硬件电路实现4.1 单片机最小系统的设计本次设计选用的单片机芯片是AT89C51单片一机。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM)。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和FlaSh存储单元。用AT80C51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4.1所示.图4.1单片机最小系统4.1.1 时钟电路T89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTALl和XTL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反应元件的片外石英晶休或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体(或陶瓷诺振器)及电容Cl,C2接在放大器的反应回路中构成并联振荡电路。如图4.2所示。图42时钟电路4.1.2 复位电路当MCS-51系列单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机开始复位。单片机复位电路是指单片机的初始化操作。图4.3复位电路单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并使这个状态开始工作。如图4所示。上电后，由于电容CI的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键Sjl后松开,也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。如图4所示。4.2D/A转换电路D/AC0832是双列直插式8位D/A转换器。能完成数字量输入到模拟量（电流）输出的转换。DACO832主要由8位输入存放器、8位DAC存放器、8位D/A转换器以及输入控制电路四局部组成。如图4.4所示。图4.4DAC0832内部结构图D/ACA0832各引脚的功能如下：DOD7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否那么锁器的数据会出错）；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50OnS）有效。由ILE、CS、WRl的逻辑组合产生LEl,当LEl为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LEl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；R2；DAC存放器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于50OnS）有效。由WR1、WXFER的逻辑组合产生LE2,当LE2为高电平时，DAC存放器的输出随存放器的输入而变化，1.E2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC存放器并开始D/A转换。I0UT1；电流输出端1,其值随DAC存放器的内容线性变化；I0UT2；电流输出端2,其值与IOUTl值之和为一常数；图4.5D/ACA0832引脚图Rfb:反应信号输入线，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-IoV+10V；AGND：模拟信号地DGND：数字信号地通常DAC0832有三种不同的工作方式，主要依据对数据锁存器和DAC锁存器的控制方式划分：直通方式，单缓冲方式和双缓冲方式。图4.6单片机与D/AC0832直通连接方式本设计采用直通方式，当ILE接高电平，CS、WR1、WR2和XFER都接数字地时，DAC处于直通方式，8位数字量一旦到达DI7DIO输入端，就立即加到8位D/A转换器，被转换成模拟量:。如图7所示,4. 3放大滤波电路如图4.7所示，LM324的5管脚与DACO832的(I0UT2)12管脚相连，LM324的6管脚与DC0832的(IOUTl)11管脚相连,LM324的7管脚与DAC0832的REF管脚相连.第一级运算放大器的作用是将DACo832输出的电流信号转化为电压信号VI,第二级运算放