单片机课设波形发生器.doc

单片机课设波形发生器

单片机课程设计报告

题 目 波形发生器
专 业 电气工程及其自动化
班 级 电气081
学生姓名 张 洁
学 号 3080421018
指导老师 王水鱼

西安理工大学

2010年秋季学期
起止时间： 2011年1月10日至2011年1月14日

目 录
1。 设计目的……………………………………2
2. 设计任务……………………………………2
3。 设计指标及技术要求………………………2
4．总体设计思路………………………………2
5。 总体设计及各模块功能分析………………3
5.1 硬件部分……………………………………3
5.2 软件部分……………………………………6
6。 仿真结果…………………………………16
7. 系统调试及问题分析……………………16
8。 设计总结…………………………………17
9。 参考文献…………………………………18

波形发生器设计
一．设计目的
培养理论联系实际的设计思路，训练综合运用电路设计和有关必修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固,加深和扩展有关电子类方面的知识和能力。
通过本次课程设计，应加强培养学生如下的能力:
（1） 加强自身独立的动手能力和思考解决问题的能力
（2） 提高学生的创造能力
（3） 学会使用PROTEUS软件
二．设计任务
设计一个波形发生器，能产生三角波，锯齿波，方波，正弦波.
三．设计指标及技术要求
1.使用MSC—51单片机系统
2．设计电路使其能产生三角波，锯齿波,方波，正弦波。
3．采用D/A转换器
4．编写程序并进行调试
四．总体设计思路
本次课程设计的要求是设计一个波形发生器，可以产生方波,三角波,锯齿波和正弦波四种不同的波形。根据要求,首先需要一个开关选择电路，进行四种波形的选择,一个开关对应一个波形，选择好所要产生的波形后，接下来就是要设计能产生该波形的电路，根据要求使用MSC—51单片机来执行某一波形的发生程序，产生输出波形的数字量，再向D/A转换器的输入端发送数据,将其转化成模拟量，再经过滤波电路进行滤波,然后将滤波后的波形送入示波器，从而可直观的看到该电路产生的波形，并判断输出结果及预期的结果是否一致.
五．总体设计及各模块功能分析
5。1．硬件部分
1．总体设计电路及原理图
示波器
开关
单
片
机
MSC-51
输出波形
D/A转换器
运放转换电路
示波器

图1
如图1所示为波形发生器的总体设计电路图，首先有一个开关选择电路，由此可选择波形发生器所产生的波形,不同的开关对应不同的波形；之后再由 MSC—51产生输出波形的数字量，然后再经过一个由D/A转换器构成的转换电路，将单片机产生的波形的数字量转换成模拟量,再经过滤波电路将其送入示波器进行显示.
如图2所示为总体设计原理图：

图2
2．各模块功能分析及说明
（1）开关选择电路
在该部分中,可通过不同的开关，选择不同的波形。首先分别将四个开关及P1口的低四位相连，之后可通过开关的开或者关状态向P1口对应端口输入高低电平，开关打开时向P1口输入低电平信号，开关闭合时向P1口输入高电平信号.

（2）AT89C51单片机控制系统
在该电路中，P0口及D/A转换器相连接;P2。0—P2。6及数码管相连接,构成数字显示电路（注：此时需加一个三极管驱动电路进行驱动），即1是三角波，2是锯齿波,3是方波，4是正弦波，P2。7及D/A转换器的片选端CS相连接进行片选；P1口的低四位及开关选择电路连接，进行不同波形的选择，同时，P3。6及D/A转换器的WR端相连接。
（4） 数码管及示波器显示电路
＆。数码管显示电路:在开关选择电路的基础上，当查询到P1口的某一端口为低电平时，即可调用相应的子程序，并点亮相应的数码管段，正确的显示数字，即1是三角波,2是锯齿波，3是方波，4是正弦波.由于使用的是共阳极数码管，故数码管应用三极管做驱动，此时三极管的基极接相应的P2并行口，发射极接数码管相应的段选端，集电极均接高电平。数码管显示电路如图3所示：

图3
＆.示波器显示电路：如图4所示为示波器及运算放大器构成的电路：

图4
当开关选择电路查询到P1口的低四位的某一端口为低电平时，随即转向相应的产生波形的子程序,显示出相应的波形，即可直观的观察到波形的变化并进行相应的调整。
（5） DAC0832转换电路
如下图所示为DAC0832芯片，DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器。DAC0832芯片具备双缓冲，单缓冲和直通三种输入方式，以便适应于各种电路的需要。因为系统只要求一路D/A转换，故我们采用的是单缓冲方式。DAC0832输出的是电流，而在该电路中要求输出电压,所以应先将输出电流转换成电压，再将其输出，此时可经过一个外接的运算放大器将电流转换成电压，再将转化后的电压输出。连线时其片选端CS及P2。7相连，WR1及P3。6相连接,ILE和VCC接高电平，GND,WR2和XFER均接地,输出口IOUT1和IOUT2接运算放大电路的输入端。

(6）运放转换电路
如图4所示为运放的转换电路,可将输入电流转化为输出电压.在该部分中，运算放大器的反相输入端接DAC0832的IOUT1端,正相输入端接DAC0832的IOUT2端，并接地,同时其出端口接示波器的B输入端。
5.2. 软件部分
1。 主程序流程图

如上图所示为主函数流程图
2。 程序设计
（1) 主程序的设计
在main中，先将temp定义为无符号数，在使用while 循环，再调用keyscan子函数，并将返回值赋给temp,在使用switch语句进行判断，若为case 0xfe，则调用triangle子函数，显示三角波；若为case 0xfd，则调用rectangle子函数，显示方波；若为case 0xfb，则调用juchi子函数,显示锯齿波；若为case 0xf7，则调用sine子函数，显示正弦波；
（2）显示波形的子函数
由于要显示波形编号,在子函数中还应有显示波形序号的功能.若为1号波,则数码管的高两段亮,以此类推。在triangle，juchi,sine子函数中,均使用for循环，若循环次数小于255，则调用DAconvert子函数产生相应的波形，而在rectangle子函数中,调用DAconvert子函数和delay延时子函数，产生方波。在调用一个对应的子函数后，再返回主函数中继续判断，由此便可实现波形的相互转化。需要注意的是，在产生正弦波时，由于正弦波是非线性变化的，所以只能提前写好正弦波的各个点的值，并存放在dat[]中，之后才能正确调用.
（3)延时子函数
在产生方波时要有一定的延时才能显示波形,所以要调用延时子函数。在延时子函数中，使用for循环进行实现。
3. 源程序
＃include〈reg52.h〉
#include〈absacc.h>
#define uchar unsigned char
＃define uint unsigned int
#define DOUT XBYTE［0x7fff]
uchar key；
char code dat［]={0x80，0x83，0x86,0x89，0x8d，0x90,0x93，0x96,0x99,0x9c,0x9f，0xa2,0xa5,0xa8
，0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7，0xbc，0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc，0xcf，0xd1,
0xd4，0xd6,0xd8，0xda,0xdd,0xdf，0xe1,0xe3，0xe5，0xe7,0xe9，0xea，0xec，0xee,0xf1，
0xf2，0xf4，0xf5，0xf6，0xf7，0xf8,0xf9,0xfa,0xfa,0xfb，0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,
0xff，0xff，0xff,0xff,0xff,0xff，0xff，0xff,0xff,0xff，0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,
0xfd,0xfd,0xfc，0xfb,0xfa，0xf9,0xf8，0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf3，0xf2,0xf1，0xef，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，0x89，0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79，0x76，0x72，0x6f,0x6c,0x69,0x66,
0x63，0x60,0x5d，0x5d,0x5a，0x57，0x55,0x51，0x4e,0x4c，0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,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，0x80｝;
delay(uint x)
｛
uint y；
for（y=x；y〉0;y——);
} //延时函数
uchar keyscan（)
｛
// uchar key; 注：若将key没有设为全局变量，则每次扫描都会给key赋0！!
if (P1!=0xff）
｛
delay（500）; //软件防抖
if （P1！=0xff)
{
key=P1;
｝
}
while(P1!=0xff）;
return key； //key若不是全局变量,key的返回值在松手的时候还原
}
DAconvert(uchar k)
{
DOUT=k；
delay（15);
｝
triangle（) //产生三角波函数
{
uchar a;
for（a=0;a〈255；a++）
DAconvert(a）;
for( ；a〉0;a--）
DAconvert(a)；
}
rectangle（) //产生方波子函数
｛
DAconvert(0x00）;
delay(100）;
DAconvert(0xff）;
delay(100）；
}
juchi() //产生锯齿波子函数
{
uchar b;
for(b=0；b〈255；b++)
DAconvert（b);
}
sine() //产生正弦波子函数
{
uchar c;
for(c=0;c<255；c++)
DAconvert（dat[c］）；
}

main（)
｛
uchar temp;
while(1)
{
temp=keyscan();
switch(temp)
{
case 0xfe:
｛
while（keyscan（)==0xfe）
{
triangle（)；
P2=0x06；
｝ break;
}
case 0xfd:
{
while（keyscan()==0xfd)
｛
rectangle（）；
P2=0x75；
} break;
｝
case 0xfb：
{
while(keyscan()==0xfb)
{
juchi（）;
P2=0x67;
｝ break;
｝
case 0xf7：
｛
while(keyscan（）==0xf7)
｛
sine()；
P2=0x4E;
} break；
}
default：break；
｝
｝
}
六．仿真结果
经过系统仿真，可以正确的得到三角波，方波，锯齿波和正弦波，如下图所示，数码管显示1时，示波器产生的是三角波

七．系统调试及问题分析
1．在连接好电路之后开始进行系统调试，在仿真的过程中，当按下开关时，发现数码管显示的数字和预期的波形编号不一样，由此可见是AT89C51单片机输出的高低电平不对，可以确定是程序出现了问题,即向P2口写的数据错误,改正之后再继续仿真。此时应注意，该电路中所采用的是共阳极数码管，高电平有效。
2．在D/A转换电路中,连线时应将DAC0832的XFER和WR2端均接地，而WR1端和AT89C51的WR端相连，在接线时应注意.同时，在该电路中用AT89C51单片机的P2。7口作为片选端.
八．设计总结
通过为期一周的单片机课程设计，我从中学到了很多知识，并且掌握了重要的实践经验，虽然在课程设计的过程中，遇到了各种各样的问题,但在老师的悉心指导下和同学的协力合作之下，最终成功的完成了此次课程设计的任务，并且,通过本次设计的学习，使我对单片机以及汇编语言有了更深层次的理解,这对以后的学习和工作奠定了良好的基础.
本次课程设计使我认识到：
（1） 设计思路是一切设计进行的基础,一个良好的设计思路,是电路实现的灵魂，如果没有一个正确的设计思路,那么后面的工作将只能是浪费时间,没有效果.所以,在着手进行电路设计之前，一定要仔细斟酌，确保设计思路的正确性，这对以后工作的进行奠定了扎实的基础.
（2） 在进行设计的过程中，学会将理论及实际相结合，活学活用，书本上的只是永远是基础,而基础正是你想高层次迈进的扎实阶梯，如果没有这个基础，就无法实现技术上的提高和跨越，只有拥有扎实的基础,才有可能做到灵活运用，才能更好的将理论知识运用到实践中去。
九．参考文献
单片机课程设计任务书
单片机课程设计指导书
《单片机原理及应用》
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