|
哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 波形發(fā)生器 姓 名:楊* 專 業(yè): 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)1401 學(xué) 號(hào):14010105 指導(dǎo)教師: 曹琳琳 機(jī)器人學(xué)院 二0 一七 年 八 月 三十一 日
哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 目錄 第一章 緒論 1.1波形發(fā)生器簡(jiǎn)介 1.2 單片機(jī)相關(guān)介紹 1.3 設(shè)計(jì)意義 1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容 第二章 方案比較、設(shè)計(jì)和論證 2.1 單片機(jī)方案 2.2 D/A轉(zhuǎn)換器接線方式 第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.2 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 第四章 系統(tǒng)調(diào)試及仿真 4.1系統(tǒng)仿真 第五章 結(jié)論 附錄 程序清單
第一章 緒論 1.1波形發(fā)生器簡(jiǎn)介 以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù),通過(guò)硬件電路和軟件程序相結(jié)合,可輸出自定義波形,如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可任意改變。介紹了波形的生成原理、硬件電路和軟件部分的設(shè)計(jì)原理。介紹了單片機(jī)控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號(hào)的硬件電路和軟件編程、DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器的原理和使用方法、AT89C51以及與設(shè)計(jì)電路有關(guān)的各種芯片、關(guān)于產(chǎn)生不同低頻信號(hào)的信號(hào)源的設(shè)計(jì)方案。該信號(hào)發(fā)生器具有體積小、價(jià)格低、性能穩(wěn)定、功能齊全的優(yōu)點(diǎn)。 1.2 單片機(jī)相關(guān)介紹 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支,也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī),特別適用于控制領(lǐng)域,故又稱為微控制器。 通常,單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成,內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件:中央處理器、存儲(chǔ)器和 I/O接口電路等。因此,單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合,便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)經(jīng)過(guò)1、2、3代的發(fā)展,目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展,它們的CPU功能在增強(qiáng),內(nèi)部資源在增多,引腳的多功能化,以及低電壓,低功耗。 1.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。其主要參數(shù)如下:分辨率為8位,轉(zhuǎn)換時(shí)間為1μs,滿量程誤差為±1LSB,參考電壓(+10/span>-10)V,供電電源為(+5~+15)V,邏輯電平輸入與TTL兼容。在DAC0832中有兩級(jí)鎖存器,第一級(jí)鎖存器稱為輸入寄存器,它的允許鎖存信號(hào)為ILE,第二級(jí)鎖存器稱為DAC寄存器,它的鎖存信號(hào)也稱為通道控制信號(hào) /XFER。 1.3 設(shè)計(jì)意義 使用單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的控制方案主要是考慮到其低廉的成本和易學(xué)易用的特性,相較于類似ARM這類性能更為強(qiáng)大的控制方案,單片機(jī)的性能并非其優(yōu)勢(shì)所在。但是如何充分利用單片機(jī)已有的功能進(jìn)行最大化的開發(fā)才是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 總的來(lái)說(shuō),本設(shè)計(jì)意義有如下2個(gè)方面: (1)波形發(fā)生器應(yīng)用進(jìn)行研究和開發(fā); (2)探究單片機(jī)在信號(hào)發(fā)生器中應(yīng)用,舉一反三,延伸到其他類似領(lǐng)域的應(yīng)用; 1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面: (1)設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方案; (2)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)和周邊電路; (3)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的電路分布和接線; (4)使用匯編語(yǔ)言編寫整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的程序;
第二章 方案比較、設(shè)計(jì)和論證 2.1 單片機(jī)方案 采用標(biāo)準(zhǔn) AT89C51單片機(jī)作為控制器;波形選擇通過(guò)按鍵來(lái)選擇,波形通過(guò)DAC0832。按以上系統(tǒng)框架設(shè)計(jì),占用單片機(jī)端口資源少。該系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)方便,顯示亮度高,可靠性高等特點(diǎn)。 2.2 D/A轉(zhuǎn)換器接線方式 采用直通接線方式;此接線方式接線簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)單。
第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1.1 系統(tǒng)流程圖圖3-1 系統(tǒng)流程圖 3.1.2 系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理及控制核心,由單片機(jī)完成人機(jī)界面、系統(tǒng)控制、信號(hào)的采集分析以及信號(hào)的處理和變換,采用按鍵輸入,利用虛擬示波器顯示波形的方案。將設(shè)計(jì)任務(wù)分解為按鍵電路、輸出轉(zhuǎn)換電路等模塊。圖3-2為系統(tǒng)的總體框圖。  圖3-2 總體方框圖 3.2 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)AT89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī),因此,這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單﹑可靠。用AT89C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí),只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可,如圖89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制,最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn): (1)有可供用戶使用的大量I/O口線。 (2)內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。 (3)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 標(biāo)準(zhǔn)的51為8K程序空間,128字節(jié)的RAM,32條端口,5個(gè)中斷,2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器,12個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條基本指令,最長(zhǎng)的除法為48個(gè)周期。 圖3-3 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng) 3.2.2運(yùn)算放大器電路本系統(tǒng)的放大電路如圖3-4所示: 圖3-4運(yùn)算放大器電路 3.2.3 波形產(chǎn)生原理及模塊設(shè)計(jì)波形產(chǎn)生的原理: 1、內(nèi)存中首先存儲(chǔ)波形的數(shù)字量值數(shù)組TABLE; 2、51單片機(jī)讀取數(shù)組中的值,送入D/A轉(zhuǎn)換器; 3、D/A轉(zhuǎn)換器將輸入的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬量輸出; 4、D/A輸出的模擬電流量通過(guò)運(yùn)放轉(zhuǎn)換成電壓量輸出。 由單片機(jī)采用編程方法產(chǎn)生四種波形、通過(guò)DA轉(zhuǎn)換模塊DAC0832在進(jìn)過(guò)濾波放大之后輸出。其電路圖3-5如下: 圖3-5波形產(chǎn)生電路 3.2.4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖
圖3-6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖
第四章 系統(tǒng)調(diào)試及仿真 4.1系統(tǒng)仿真 單擊仿真界面左下方的開始按扭,仿真就開始了。具體仿真過(guò)程如下: (1)f=50HZ正弦波的調(diào)試結(jié)果 圖4-1 正弦波的調(diào)試結(jié)果 (2)f=50HZ方波的調(diào)試結(jié)果 圖4-2 方波的調(diào)試結(jié)果 (3)f=50HZ三角波的調(diào)試結(jié)果 圖4-4 三角波的調(diào)試結(jié)果
第五章 結(jié)論
通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的深化和提高。并且通過(guò)本次課程設(shè)計(jì),使我了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程、方法及實(shí)現(xiàn),培養(yǎng)了我分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,為以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)更難的應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。同時(shí)培養(yǎng)了我撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書的能力。 在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中,我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題,雖然以前還做過(guò)這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了很多。對(duì)于單片機(jī)設(shè)計(jì),其硬件電路是比較簡(jiǎn)單的,主要是解決程序設(shè)計(jì)的問(wèn)題,而程序設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西,它反映了你解決問(wèn)題的邏輯思維和創(chuàng)新能力,它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中大部分時(shí)間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的,但怎樣銜接各個(gè)子程序才是關(guān)鍵的問(wèn)題所在,這需要對(duì)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說(shuō)單片機(jī)的設(shè)計(jì)是軟件和硬件的結(jié)合,二者是密不可分的。 要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路,必須要有耐心,要有堅(jiān)持的毅力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中,花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上,如在多種方案的選擇中,我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因。這就要求我們對(duì)硬件系統(tǒng)中各組件部分有充分透徹的理解和研究,并能對(duì)之靈活應(yīng)用。完成這次設(shè)計(jì)后,我在書本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上又有了更深層次的理解。 同時(shí)在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中,我還學(xué)會(huì)了高效率的查閱資料、運(yùn)用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。我發(fā)現(xiàn),在我們所使用的書籍上有一些知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)并不是十分理想,各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整。偶而還會(huì)遇到錯(cuò)誤的資料現(xiàn)象,這就要求我們應(yīng)更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)。 對(duì)該理論在實(shí)踐中應(yīng)用的深刻理解,通過(guò)把波形在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn),知道和理解該理論在計(jì)算機(jī)中怎樣執(zhí)行的,對(duì)該理論在實(shí)踐中的應(yīng)用更深刻的理解,激發(fā)了我的學(xué)習(xí)積極性,在這次課程設(shè)計(jì)中,我就是按通過(guò)該課程設(shè)計(jì),全面系統(tǒng)了解編譯原理課程序構(gòu)造的一般原理的基本實(shí)現(xiàn)方法。把死板的課本知識(shí)變得生動(dòng)有趣,激發(fā)了我的學(xué)習(xí)積極性。
附錄 程序清單 單片機(jī)源程序如下:
- #include<reg52.h>
- #define uchar unsigned char
- #define uint unsigned int
- #define DAdata P0 //DA數(shù)據(jù)端口
- sbit DA_S1= P2^0; // 控制DAC0832的8位輸入寄存器,僅當(dāng)都為0時(shí),可以輸出數(shù)據(jù)(處于直通狀態(tài)),否則,輸出將被鎖存
- sbit DA_S2= P2^1; // 控制DAC0832的8位DAC寄存器,僅當(dāng)都為0時(shí),可以輸出數(shù)據(jù)(處于直通狀態(tài)),否則,輸出將被鎖存
- sbit key= P3^2;
- uchar wavecount; //'抽點(diǎn)'計(jì)數(shù)
- uchar THtemp,TLtemp;//傳遞頻率的中間變量
- uchar judge=1; //在方波輸出函數(shù)中用于簡(jiǎn)單判別作用
- uchar waveform; //當(dāng)其為0、1、2時(shí),分別代表三種波
- uchar code freq_unit[3]={10,50,200}; //三種波的頻率單位
- uchar idata wavefreq[3]={1,1,1}; //給每種波定義一個(gè)數(shù)組單元,用于存放單位頻率的個(gè)數(shù)
- uchar code lcd_hang1[]={"Sine Wave " "Triangle Wave " "Square Wave " "Select Wave: " "press No.1 key! "};
- uchar idata lcd_hang2[16]={"f= Hz "};
- uchar code waveTH[]={
- 0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,
- 0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,
- 0xec,0xf6,0xf9,0xfb,0xfc,0xfc,0xfd,0xfd,0xfd,0xfe};
- uchar code waveTL[]={
- 0x06,0x8a,0x10,0x4e,0x78,0x93,0xa8,0xb3,0xbe,0xc6, //正弦波頻率調(diào)整中間值
- 0xac,0xde,0x48,0x7a,0x99,0xaf,0xbb,0xc8,0xd0,0xde, //三角波頻率調(diào)整中間值
- 0x88,0x50,0x90,0x32,0x34,0xbe,0x4a,0xa3,0xe5,0x2c};
- /*************************************************************************************************/
- uchar code triangle_tab[]={ //每隔數(shù)字8,采取一次
- 0x00,0x08,0x10,0x18,0x20,0x28,0x30,0x38,0x40,0x48,0x50,0x58,0x60,0x68,0x70,0x78,
- 0x80,0x88,0x90,0x98,0xa0,0xa8,0xb0,0xb8,0xc0,0xc8,0xd0,0xd8,0xe0,0xe8,0xf0,0xf8,0xff,
- 0xf8,0xf0,0xe8,0xe0,0xd8,0xd0,0xc8,0xc0,0xb8,0xb0,0xa8,0xa0,0x98,0x90,0x88,0x80,
- 0x78,0x70,0x68,0x60,0x58,0x50,0x48,0x40,0x38,0x30,0x28,0x20,0x18,0x10,0x08,0x00};
- uchar code sine_tab[256]={
- //輸出電壓從0到最大值(正弦波1/4部分)
- 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,
- //輸出電壓從最大值到0(正弦波1/4部分)
- 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,
- 0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,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,
- //輸出電壓從0到最小值(正弦波1/4部分)
- 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,
- //輸出電壓從最小值到0(正弦波1/4部分)
- 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,0x80};
- void delay(uchar z)
- {
- uint x,y;
- for(x=z;x>0;x--)
- for(y=110;y>0;y--);
- }
- void triangle_out() //三角波輸出
- {
- DAdata=triangle_tab[wavecount++];
- if(wavecount>64) wavecount=0;
- DA_S1=0; //打開8位輸入寄存器
- DA_S1=1; //關(guān)閉8位輸入寄存器
- }
- void sine_out() //正弦波輸出
- {
- DAdata=sine_tab[wavecount++];
- DA_S1=0; //打開8位輸入寄存器
- DA_S1=1; //關(guān)閉8位輸入寄存器
- }
- void square_out() //方波輸出
- {
- judge=~judge;
- if(judge==1) DAdata=0xff;
- else DAdata=0x00;
- DA_S1=0; //打開8位輸入寄存器
- DA_S1=1; //關(guān)閉8位輸入寄存器
- }
- /************1602液晶的相關(guān)函數(shù)*************/
- #define lcd_ports P1
- sbit rs=P2^2;
- sbit rw=P2^3;
- sbit lcden=P2^4;
- void write_com(uchar com)
- {
- rs=0; //置零,表示寫指令
- lcden=0;
- lcd_ports=com;
- delay(5);
- lcden=1;
- delay(5);
- lcden=0;
- }
- void write_date(uchar date)
- {
- rs=1; //置1,表示寫數(shù)據(jù)(在指令所指的地方寫數(shù)據(jù))
- lcden=0;
- lcd_ports=date;
- delay(5);
- lcden=1;
- delay(5);
- lcden=0;
- }
- void disp_lcd(uchar addr,uchar *temp1)
- {
- uchar num;
- write_com(addr);
- delay(1); //延時(shí)一會(huì)兒???
- for(num=0;num<16;num++)
- {
- write_date(temp1[num]);//或者這樣寫write_date(*(temp1+num));
- delay(1);
- }
- }
- void init_lcd()
- {
- //uchar num;
- lcden=0; //可有可無(wú)???
- rw=0; //初始化一定要設(shè)置為零,表示寫數(shù)據(jù)
- write_com(0x38); //使液晶顯示點(diǎn)陣,為下面做準(zhǔn)備
- write_com(0x0c); //初始設(shè)置
- write_com(0x06); //初始設(shè)置
- write_com(0x01); //清零
- write_com(0x80); //使指針指向第一行第一格
- disp_lcd(0x80,&lcd_hang1[3*16]); //在第一行顯示
- disp_lcd(0xc0,&lcd_hang1[4*16]); //在第二行顯示
- }
- /********************1602液晶函數(shù)聲明結(jié)束*********************/
- void main()
- {
- uchar i=0;
- DA_S2=0; //使DAC寄存器處于直通狀態(tài)
- DAdata=0;
- DA_S1=1; //關(guān)閉8位輸入寄存器
- init_lcd();
- waveform=0;
- TMOD=0x01; //設(shè)置定時(shí)器0為16位工作方式
- IT0=1; //設(shè)置外部中斷0為下降沿觸發(fā)
- ET0=1; //開定時(shí)器中斷
- EX0=1;
- EA=1;
- while(1)
- {
- //DAout(0xff); //可輸出TTL波形
- //DAout(0x80);
- //T_temp=32;
- }
- }
-
- void timer0() interrupt 1
- {
- TH0=THtemp;
- TL0=TLtemp;
- if(waveform==0) sine_out();
- else if(waveform==1) triangle_out();
- else if(waveform==2) square_out();
- }
- void key_int0() interrupt 0
- {
- uchar keytemp;
- uint total_freq; //總頻率
- EA=0; TR0=0; //關(guān)總中斷與定時(shí)器
- delay(5); //延時(shí)夠嗎???
- if(key==0) //確實(shí)有按鍵按下而引發(fā)中斷
- {
- keytemp=P3&0xf0; //獲取P3口高四位的值
- switch(keytemp)
- {
- case 0xe0: //選擇波形
- waveform++;
- if(waveform>2) waveform=0;
- break;
- case 0xd0: //頻率按規(guī)定單位依次增加
- wavefreq[waveform]++;
- if(wavefreq[waveform]>10) wavefreq[waveform]=1; // /*這邊要用“>10”,因?yàn)樗取?11”可靠
- break; // 性更高,使加數(shù)有個(gè)上限,不會(huì)一直加下去*/
- ……………………
- …………限于本文篇幅 余下代碼請(qǐng)從51黑下載附件…………
復(fù)制代碼
0.png (18.29 KB, 下載次數(shù): 25)
下載附件
2017-12-30 23:37 上傳
所有資料51hei提供下載:
單片機(jī).rar
(1023.9 KB, 下載次數(shù): 125)
2017-12-30 12:10 上傳
點(diǎn)擊文件名下載附件
下載積分: 黑幣 -5
|
|