单片机课程设计波形发生器的设计.doc

单片机课程设计波形发生器的设计

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2020年4月19日
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课程设计报告

课程 单片机原理及应用课程设计
题目 波形发生器的设计
院系 电院
专业 自动化
班级
姓名
学号

第一章. 设计目的及意义

第二章. 功能要求及实验原理

第三章. 方案论证

第四章. 总体设计方案

第五章. 源代码

第六章. 运行结果

第七章. 实验总结

参考文献

一、设计目的及意义
1. 设计目的
（1）利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。
（2）我们这次的课程设计是以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波等）且频率、幅度可变的函数发生器。
（3）掌握各个接口芯片的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。
（4）课程设计十分有助于学生的知识系统的总结到一起。
（5）经过这几个波形进行组合形成了一个函数发生器，使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不但有助于大家找到自己感兴趣的题目，更能够锻炼大家微机知识的应用。

2．设计意义
波形发生器作为一种常见的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。
在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其它仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它能够产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。

第二章 功能要求及实验原理
1. 设计要求

设计一个能产生正弦波、方波、三角波、梯形波、锯齿波的波形发生器。

2. 实验原理
产生指定波形能够经过DAC来实现，不同波形产生实质上是对输出的二进制数字量进行相应改变来实现的。本题目中，方波信号是利用定时器中断产生的，每次中断时，将输出的信号按位反即可；三角波信号是将输出的二进制数字信号依次加1，达到0xff时依次减1，并实时将数字信号经D/A转换得到；锯齿波信号是将输出的二进制数字信号依次加1，达到0xff时置为0x00，并实时将数字信号经D/A转换得到的；
梯形波是将输出的二进制数字信号依次加1，达到0xff时保持一段时间，然后依次减1直至0x00，并实时将数字信号经D/A转换得到的；
正弦波是利用MATLAB将正弦曲线均匀取样后，得到等间隔时刻的y方向上的二进制数值，然后依次输出后经D/A转换得到。

第三章 方案论证

信号发生器的实现方法一般有以下几种：
方案一：用分立元件组成的函数发生器：一般是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。
方案二：能够由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。
方案三：利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。
方案四：采用AT89C52单片机和DAC0832芯片，直接连接键盘和显示。该种方案主要对AT89C52单片机的各个I/O口充分利用. P1口是连接键盘以及接显示电路,P2口连接DAC0832输出波形.这样总体来说,能对单片机各个接口都利用上,而不在多用其它芯片,从而减小了系统的成本.也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成.占用空间小,使用芯片少,低功耗。

第四章 总体设计方案

一. 原理图

二。CPU

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可重复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes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位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

PDIP封装的AT89C52引脚图

准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

三．显示模块

四.产生波形模块

Dac0832

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

五。控制模块

第五章 源代码

#include<reg52.h>
#include<absacc.h> //使用其中定义的宏来访问绝对地址
#define DAC0832 XBYTE[0x0fff] //DAC0832端口
int pinlv=256; //改变频率的时延自变量
sbit p20=P2^0; //方波
sbit p21=P2^1; //锯齿波
sbit p22=P2^2; //三角波
sbit p23=P2^3; //正弦波
sbit p24=P2^4; //梯形波
sbit RS = P3^0; //数据/命令选择
sbit RW= P3^1; //读写选择
sbit E = P3^4; //使能信号
int j=0; //全局变量
unsigned char code TAB[ ]="msTIME:" ;
unsigned char code TAB1[ ]="Zhengxianbo Fangbo Sanjiaobo Juchibo Tixingbo " ;
unsigned char table[4];
float code table2[]={ // 正弦波信号采点值
0x80,0x83,0x85,0x88,0x8A,0x8D,0x8F,0x92,
0x94,0x97,0x99,0x9B,0x9E,0xA0,0xA3,0xA5,
0xA7,0xAA,0xAC,0xAE,0xB1,0xB3,0xB5,0xB7,
0xB9,0xBB,0xBD,0xBF,0xC1,0xC3,0xC5,0xC7,
0xC9,0xCB,0xCC,0xCE,0xD0,0xD1,0xD3,0xD4,
0xD6,0xD7,0xD8,0xDA,0xDB,0xDC,0xDD,0xDE,
0xDF,0xE0,0xE1,0xE2,0xE3,0xE3,0xE4,0xE4,
0xE5,0xE5,0xE6,0xE6,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,
0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE6,0xE6,0xE5,0xE5,
0xE4,0xE4,0xE3,0xE3,0xE2,0xE1,0xE0,0xDF,
0xDE,0xDD,0xDC,0xDB,0xDA,0xD8,0xD7,0xD6,
0xD4,0xD3,0xD1,0xD0,0xCE,0xCC,0xCB,0xC9,
0xC7,0xC5,0xC3,0xC1,0xBF,0xBD,0xBB,0xB9,
0xB7,0xB5,0xB3,0xB1,0xAE,0xAC,0xAA,0xA7,
0xA5,0xA3,0xA0,0x9E,0x9B,0x99,0x97,0x94,
0x92,0x8F,0x8D,0x8A,0x88,0x85,0x83,0x80,
0x7D,0x7B,0x78,0x76,0x73,0x71,0x6E,0x6C,
0x69,0x67,0x65,0x62,0x60,0x5D,0x5B,0x59,
0x56,0x54,0x52,0x4F,0x4D,0x4B,0x49,0x47,
0x45,0x43,0x41,0x3F,0x3D,0x3B,0x39,0x37,
0x35,0x34,0x32,0x30,0x2F,0x2D,0x2C,0x2A,
0x29,0x28,0x26,0x25,0x24,0x23,0x22,0x21,
0x20,0x1F,0x1E,0x1D,0x1D,0x1C,0x1C,0x1B,
0x1B,0x1A,0x1A,0x1A,0x19,0x19,0x19,0x19,
0x19,0x19,0x19,0x19,0x1A,0x1A,0x1A,0x1B,
0x1B,0x1C,0x1C,0x1D,0x1D,0x1E,0x1F,0x20,
0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x28,0x29,
0x2A,0x2C,0x2D,0x2F,0x30,0x32,0x34,0x35,
0x37,0x39,0x3B,0x3D,0x3F,0x41,0x43,0x45,
0x47,0x49,0x4B,0x4D,0x4F,0x52,0x54,0x56,
0x59,0x5B,0x5D,0x60,0x62,0x65,0x67,0x69,
0x6C,0x6E,0x71,0x73,0x76,0x78,0x7B,0x7D};

void delay(unsigned char ms); //延时函数
void write_com(unsigned char com); //液晶写指令
void write_data(unsigned char dat); // 液晶写数据
void LCD1602_init(void) //液晶初始化
{
delay(15); //延时15ms
write_com(0x38); // 功能设置
delay(5); //延时5ms
write_com(0x38); //功能设置
delay(5); //延时5ms
write_com(0x08); //显示设置
write_com(0x01); //显示清屏
write_com(0x06); //显示光标移动设置
write_com(0x0c); //显示开即光标设置
}
void write_com(unsigned char com)
{
E = 0; //复位初始为高电平
RS = 0;
RW = 0;
P1 = com;
delay(1);
E = 1;
delay(1);
E = 0;
}
void write_data(unsigned char dat)
{
E = 0; //复位初始为高电平
RS = 1;
RW = 0;
P1 = dat;
delay(1);
E = 1;
delay(1);
E = 0;
}
void delay(unsigned char ms) // 晶振12MHz 延时0.01ms
{
unsigned char i;
while(ms--)
{
for(i=0;i<120;i++);
}
}
void fang() //方波
{
DAC0832=0;
delay(pinlv/2);
DAC0832=0xff;
delay(pinlv/2);
}
void jvchi() //锯齿波
{
unsigned char i;
for(i=0;i<255;i++)
{
DAC0832=i;
delay(pinlv/256);
}
}
void tran() //三角波
{
unsigned char i;
for(i=0;i<255;i++)
{
DAC0832=i;
delay(pinlv/512);
}
for(i=255;i>0;i--)
{
DAC0832=i;
delay(pinlv/512);
}
}
void sin() //正弦波
{
unsigned int i;
for(i=0;i<256;i++)
{
DAC0832=table2[i];
delay(pinlv/256);
}
}
void tx(void) //梯形波
{
unsigned char i;
for(i=0;i<255;i++)
{
DAC0832=i;
delay(pinlv/1024);
}
DAC0832=0xff;
delay(pinlv/2);
for(i=255;i>0;i--)
{
DAC0832=i;
delay(pinlv/1024);
}

}
void main(void) //主函数
{
IE=0x85; //中断允许控制，外部中断设定 改变频率
TCON=0x05; //中断请求标志 下降沿有效
LCD1602_init(); //初始化
table[0]=pinlv/1000; //计算周期作为输出千位
table[1]=pinlv%1000/100; // 百位
table[2]=pinlv%100/10; //十位
table[3]=pinlv%10; //个位
write_com(0x80+0x40); // 设置待写入数据的地址，写1602的第2行。写出做产生波形的周期
for(j=12;j<17;j++) //显示'TIME:'
{
write_data(TAB[ j ]);
delay(1);
}
for(j=0;j<4;j++) //显示周期
{
write_data(TAB[table[ j ]]);
delay(1);
}
write_data(TAB[10]); //在周期后面加上"MS"
write_data(TAB[11]);
while(1)
{
if(p20==0) //方波
{
write_com(0x80); //写1602的第1行，写明产生的波形
for(j=11;j<22;j++)
{
write_data(TAB1[j]);
}
while(p20==0)
fang();
}
if(p21==0){ //锯齿波
write_com(0x80); //写1602的第1行，写明产生的波形
for(j=33;j<44;j++)
{
write_data(TAB1[j]);
}
while(p21==0)
jvchi();
}
if(p22==0){ // 三角波
write_com(0x80); //写1602的第1行，写明产生的波形
for(j=22;j<33;j++)
{
write_data(TAB1[j]);
}
while(p22==0)
tran();
}
if(p23==0){ //正弦波
write_com(0x80); //写1602的第1行，写明产生的波形
for(j=0;j<11;j++)
{
write_data(TAB1[j]);
}
while(p23==0)
sin();
}
if(p24==0) { //梯形波
write_com(0x80); //写1602的第1行，写明产生的波形
for(j=44;j<55;j++)
{
write_data(TAB1[j]);
}
while(p24==0)
tx();
}

}
}
void int0(void) interrupt 0 //中断0 加频
{
pinlv=pinlv+10; //频率加十
table[0]=pinlv/1000;
table[1]=pinlv%1000/100;
table[2]=pinlv%100/10;
table[3]=pinlv%10;
write_com(0x80+0x40) ;//设置代写入数据的地址，写1602第2行。
for(j=12;j<17;j++)
{
write_data(TAB[ j ]);
delay(1);
}
for(j=0;j<4;j++)
{
write_data(TAB[table[ j ]]);
delay(1);
}
write_data(TAB[10]);
write_data(TAB[11]);
}

void int1(void) interrupt 2 //中断2 减频
{
pinlv=pinlv-10;//频率减十
table[0]=pinlv/1000;
table[1]=pinlv%1000/100;
table[2]=pinlv%100/10;
table[3]=pinlv%10;
write_com(0x80+0x40); //设置代写入数据的地址，写1602第2行。
for(j=12;j<17;j++)
{
write_data(TAB[ j ]);
delay(1);
}
for(j=0;j<4;j++)
{
write_data(TAB[table[ j ]]);
delay(1);
}
write_data(TAB[10]);
write_data(TAB[11]);
}

第六章 运行结果

1. 梯形波

2.矩形波

3.正弦波

4.锯齿波

5.三角波

第七章 实验总结

课程设计是我们理论联系实际最好的途径之一，让我们有机会把书本的知识云运用到实际生活中。这次单片机课程设计三让我们设计编程一个能产生正弦波、方波、三角波、梯形波、锯齿波的波形发生器，实验原理是方波信号是利用定时器中断产生的，每次中断时，将输出的信号按位反即可；三角波信号是将输出的二进制数字信号依次加1，达到0xff时依次减1，并实时将数字信号经D/A转换得到；锯齿波信号是将输出的二进制数字信号依次加1，达到0xff时置为0x00，并实时将数字信号经D/A转换得到的；梯形波是将输出的二进制数字信号依次加1，达到0xff时保持一段时间，然后依次减1直至0x00，并实时将数字信号经D/A转换得到的；正弦波是利用MATLAB将正弦曲线均匀取样后，得到等间隔时刻的y方向上的二进制数值，然后依次输出后经D/A转换得到。
经过这次课设增强了我编程能力，而且也加强了我自主学习的能力，让我将多学的单片机知识进行了一次总结和归纳，将课本知识运用到实际中对以后的工作学习也有很大帮助，还要感谢老师细心的自导，才得以完成此次课设。