單片機(jī)函數(shù)波形發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

1、東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)課程單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題目函數(shù)波形發(fā)牛器設(shè)計(jì)院 系電氣信息工程學(xué)院測(cè)控系專業(yè)班級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器 11 1學(xué)生姓名 任建偉學(xué)生學(xué)號(hào) 110601240123指導(dǎo)教師路敬祎張巖2014年7月8日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題目函數(shù)波形發(fā)生器設(shè)計(jì)專業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器姓名任建偉學(xué)號(hào)110601240123一、任務(wù)設(shè)計(jì)一款基于AT89C51單片機(jī)的函數(shù)波形發(fā)生器。二、設(shè)計(jì)要求要求：利用D/A芯片產(chǎn)生峰峰值為5V的鋸齒波、三角波、梯形波、正弦 波和方波?？刂乒δ埽菏褂?個(gè)撥動(dòng)開關(guān)進(jìn)行功能切換。當(dāng) K0接高電平時(shí)輸出鋸齒波；當(dāng)K1接高電平輸出梯形波；當(dāng)K2接高電平輸出三角波；

2、K3接高電平輸出正弦 波；K4接高電平輸出方波。使用的主要元器件：8031、6MHz的晶振、74LS373、74LS138、2764、DAC0832、LM324、撥動(dòng)開關(guān) K0、K1、K2、K3、K4 等。輸出波形的驗(yàn)證方法：使用示波器測(cè)量輸出波形。三、參考資料1 陳志旺，李亮。51單片機(jī)快速上手。機(jī)械工業(yè)出版社。2 薛定宇。控制系統(tǒng)計(jì)算及輔助設(shè)計(jì)一一 MATLAB語言與應(yīng)用（第2版）。清華 大學(xué)出版社。3 鄒虹。單片機(jī)波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)。重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào)。4 毅剛，彭喜元。單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)。電子工業(yè)出版社 楊素行模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第三版）M.北京：高等教育出版社,2006.Alti

3、um DeSigner 原理圖與PCB設(shè)計(jì)M.北京：電子工業(yè)出版社 2009.完成期限2014630 至 2014.7.9指導(dǎo)教師路敬祎 張巖專業(yè)負(fù)責(zé)人曹廣華2014 年 6 月 30 日目錄第一章緒論 11.1課題背景 11.2本系統(tǒng)研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀 31.3本文主要研究?jī)?nèi)容和工作 3第二章方案論證 42.1 方案一純硬件設(shè)計(jì)法 42.2方案二純軟件設(shè)計(jì)法 52.3方案三軟硬件結(jié)合法5第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 73.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述 73.2 P0P3 口結(jié)構(gòu)及功能 83.3時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 93.4系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)123.5 DAC0832的引腳及功能 123.6 74LS373的引腳及功能 1

4、33.7系統(tǒng)硬件原理 14第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 164.1主程序流程圖 164.2波形的產(chǎn)生 17第五章系統(tǒng)調(diào)試與仿真結(jié)果 195.1 系統(tǒng)調(diào)試 195.2 仿真結(jié)果 19結(jié)論 21參考文獻(xiàn) 22附錄一程序 23附錄二 仿真效果圖 31Word資料第一章緒論1.1課題背景波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶定義信號(hào)，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、 和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號(hào)，還可對(duì)頻率、幅值、相移、 波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)的控制，并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊，組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)， 因此被廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、震動(dòng)激勵(lì)、通訊和

5、儀器儀表領(lǐng)域。在70年代前，信號(hào)發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn) 波形，產(chǎn)生其它波形時(shí)需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。這個(gè)時(shí)期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、 功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形，則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。同時(shí)， 主要表現(xiàn)為兩個(gè)突出問題，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。在70年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、A/D和D/A ,硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜

6、的波形。這時(shí)期的波形發(fā)生器多以軟 件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì) DAC的程序控制，就可以得到各種簡(jiǎn)單波形。90年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價(jià)格的函數(shù)發(fā)生器、但是 HP公司推 出了型號(hào)為HP770S的信號(hào)模擬裝置系統(tǒng)，它由 HP8770A任意波形數(shù)字化和 HP1776A波形發(fā)生軟件組成。HP8770A實(shí)際上也只能產(chǎn)生8中波形，而且價(jià)格 昂貴。不久以后，Analogic公司推出了型號(hào)為Data-2020的多波形合成器,LeCrOy公司生產(chǎn)的型號(hào)為9100的任意波形發(fā)生器等。到了二一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過GHZ的DDS芯片，同時(shí)也推動(dòng)了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，200

7、3年，Agile nt的產(chǎn)品33220A能夠產(chǎn)生17種波形，最高頻率可達(dá)到20M，2005年的產(chǎn)品N6030A能夠產(chǎn)生高達(dá)500MHZ的頻率，采樣的頻率可達(dá) 1.25GHZ。由上面的 產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快近幾年來，國際上波形發(fā)生器技術(shù)發(fā)展 主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1) 過去由于頻率很低應(yīng)用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應(yīng)用于越來越廣的領(lǐng)域。波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得 更加方便和容易。波形發(fā)生器通常允許用一系列的點(diǎn)、直線和固定的函數(shù)段把波 形數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。同時(shí)可以利用一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)方程輸入方式，復(fù)雜的波形 可以由幾個(gè)比較簡(jiǎn)單的公式復(fù)合成

8、 v=f (t)形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生。從 而促進(jìn)了函數(shù)波形發(fā)生器向任意波形發(fā)生器的發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)語言的飛速發(fā)展也對(duì)任意波形發(fā)生器軟件技術(shù)起到了推動(dòng)作用。目前可以利用可視化編程語言(如ViSUaI BaSiC ,Visual C等等)編寫任意波形發(fā)生器的軟面板這樣允許從計(jì)算 機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來實(shí)現(xiàn)波形的輸入。(2) 與VXl資源結(jié)合。目前，波形發(fā)生器由獨(dú)立的臺(tái)式儀器和適用于個(gè)人計(jì)算機(jī) 的插卡以及新近開發(fā)的VXI模塊。由于VXI總線的逐漸成熟和對(duì)測(cè)量?jī)x器的高要 求，在很多領(lǐng)域需要使用VXI系統(tǒng)測(cè)量產(chǎn)生復(fù)雜的波形，VXI的系統(tǒng)資源提供了 明顯的優(yōu)越性，但由于開發(fā)VXI模塊的周期長

9、，而且需要專門的VXI機(jī)箱的配套 使用，使得波形發(fā)生器VXI模塊僅限于航空、軍事及國防等大型領(lǐng)域。在民用方 面，VXl模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺(tái)式儀器更為方便。(3) 隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺(tái)式儀器在走了一段下坡路之后，又重新繁榮起來。 不過現(xiàn)在新的臺(tái)式儀器的形態(tài)，和幾年前的己有很大的不同。這些新一代臺(tái)式儀 器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。而且外形尺寸與價(jià)格，都比過去的類似產(chǎn) 品減少了 一半。1.2本系統(tǒng)研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀早在1978年，由美國 WaVetek公司和日本東亞電波工業(yè)公司公布了最高 取樣頻率為5MHz，可以形成256點(diǎn)(存儲(chǔ)長度)波形數(shù)據(jù)，垂直分辨率為8bit， 主要用于振動(dòng)、醫(yī)療、材料等領(lǐng)

10、域的第一代高性能信號(hào)源，經(jīng)過將近30年的發(fā)展，伴隨著電子元器件、電路、及生產(chǎn)設(shè)備的高速化、高集成化，波形發(fā)生器的 性能有了飛速的提高，變得操作越來越簡(jiǎn)單而輸出波形的能力越來越強(qiáng)。波形操 作方法的好壞，是由波形發(fā)生器控制軟件質(zhì)量保證的， 編輯功能增加得越多，波 形形成的操作性越好。1.3本文主要研究?jī)?nèi)容和工作近年來，波形發(fā)生器在各種領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)主要通過研究51單片機(jī)的功能，外加D/A轉(zhuǎn)換器等其它器件，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件編程， 完成鋸齒波、梯形波、三角波、方波和正弦波共五種波形的形成。波形頻率的變 化由程序來控制，即通過改變定時(shí)器的初值來改變輸出波形相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間 隔，從而

11、實(shí)現(xiàn)波形頻率的改變。第二章方案論證2.1方案一純硬件設(shè)計(jì)法波形發(fā)生器設(shè)計(jì)的純硬件法早期，波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)主要是采用運(yùn)算放大器 加分立元件來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的波形比較單一，主要為正弦波、方波和三角波。工作 原理嗍也相對(duì)簡(jiǎn)單：首先是產(chǎn)生正弦波，然后通過波形變換（正弦波通過比較器產(chǎn)生方波，方波經(jīng)過積分器變?yōu)槿遣ǎ?shí)現(xiàn)方波和三角波。在各種波形后加上 一級(jí)放大電路，可以使輸出波形的幅度達(dá)到要求，通過開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)不同輸出波 形的切換，改變電路的具體參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)頻率、 幅度和占空比的改變。通過對(duì)電 路結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及所用元器件的嚴(yán)格選取可以提高電路的頻率穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。純硬件法中，正弦波的設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)方法也比較

12、多，電路形式一般有LC、RC和石英晶體振蕩器三類。LC振蕩器適宜于產(chǎn)生幾HZ至幾百M(fèi)HZ的高頻信號(hào)； 石英晶體振蕩器能產(chǎn)生幾百kHz至幾十MHZ的高頻信號(hào)且穩(wěn)定度高；對(duì)于頻率 低于幾MHZ ,特別是在幾百HZ時(shí)，常采用RC振蕩電路。RC振蕩電路又分為文 氏橋振蕩電路、雙T網(wǎng)絡(luò)式和移相式振蕩電路等類型。其中，以文氏橋振蕩電路 最為常用。目前，實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器最簡(jiǎn)單的方法是采用單片集成的函數(shù)信號(hào)發(fā)生 器。它是將產(chǎn)生各種波形的功能電路集成優(yōu)化到一個(gè)集成電路芯片里，外加少量的電阻、電容元件來實(shí)現(xiàn)。采用這種方法的突出優(yōu)勢(shì)是電路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，精 度高，性能優(yōu)越；缺點(diǎn)是功能較全的集成芯片價(jià)格較貴。實(shí)際中應(yīng)用

13、較多的單片 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器有 MAX038（最高頻率可達(dá) 40MHZ）和ICL8038（最高頻率為30OkHZ）。2.2方案二純軟件設(shè)計(jì)法波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)還可以采用純軟件的方法來實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器鞠使傳統(tǒng)儀器 發(fā)生了革命性的變化，是21世紀(jì)測(cè)試儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要方向。它以計(jì)算 機(jī)為基礎(chǔ)，軟件為核心，沒有傳統(tǒng)儀器那樣具體的物理結(jié)構(gòu) 在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)儀 器的虛擬面板，通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和改變儀器的功能。例如用圖形化編程工具 LabVIEW 來實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器的功能：在 LabVIEW 軟件的前面板通過拖放 控件，設(shè)計(jì)儀器的功能面板（如波形顯示窗口，波形選擇按鍵，波形存儲(chǔ)回放等 工作界面），在軟件的后

14、面板直接拖放相應(yīng)的波形函數(shù)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或直接調(diào) 用編程函數(shù)來設(shè)計(jì)任意波形以實(shí)現(xiàn)波形產(chǎn)生功能；完成的軟件打包后，可脫離編程環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器的功能。采用純軟件的虛擬儀器設(shè)計(jì)思路 可以使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、高效，僅改變軟件程序就可以輕松實(shí)現(xiàn)波形功能的改變或升級(jí)。 從長遠(yuǎn)角度來看，純軟件法成本較低。軟件法的缺點(diǎn)是波形的響應(yīng)速度和精度遜 色于硬件法。2.3方案三 軟硬件結(jié)合法軟硬件結(jié)合的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方法同時(shí)兼具軟硬件設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)：既具有純硬件設(shè)計(jì)的快速、高性能，同時(shí)又具有軟件控制的靈活性、智能性。如以單片機(jī)和 單片集成函數(shù)發(fā)生器為核心。輔以鍵盤控制、液晶顯示等電路，設(shè)計(jì)出智能型函 數(shù)波形發(fā)生器，

15、采用軟硬件結(jié)合的方法可以實(shí)現(xiàn)功能較全、性能更優(yōu)的波形發(fā)生 器，同時(shí)還可以擴(kuò)展波形發(fā)生器的功能，比如通過軟件編程控制實(shí)現(xiàn)波形的存儲(chǔ)、 運(yùn)算、打印等功能，采用 USB接口設(shè)計(jì)。使波形發(fā)生器具有遠(yuǎn)程通信功能等。 目前，實(shí)驗(yàn)、科研和工業(yè)生產(chǎn)中使用的信號(hào)源大多采用此方法來實(shí)現(xiàn)。純硬件設(shè)計(jì)法功能較單一，波形改變困難、控制的靈活性不夠，不具備智能 性，其中由運(yùn)算放大器加分立元件組成的波形發(fā)生器，除在學(xué)生實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練中使用 外?；静槐徊捎?。純軟件設(shè)計(jì)法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，程序改變及功能升級(jí)靈活，但實(shí)現(xiàn) 的波形精度及響應(yīng)速度不如硬件法高。純軟件法主要適用于對(duì)波形精度、響應(yīng)速 度要求不是很高的場(chǎng)合。相比之下，軟硬件結(jié)合的方法

16、可以設(shè)計(jì)出性能最優(yōu)、 功 能擴(kuò)展靈活、控制智能化的新一代的波形發(fā)生器，可以滿足教學(xué)、科研、工業(yè)生 產(chǎn)等各方面對(duì)波形發(fā)生器性能有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。綜合以上幾種設(shè)計(jì)方案， 本設(shè)計(jì)采用方案三的方法一軟硬件設(shè)計(jì)法。 其方案能夠產(chǎn)生很好的波形，也易實(shí) 現(xiàn)。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述典型的MCS-51單片機(jī)芯片集成了以下幾個(gè)基本組成部分：1）一個(gè)8位的CPU ；2）128B或256B單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；3）4KB或8KB片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM或EPRoM）；4）4個(gè)8位并行I/O 接口 P0P3 ；5）兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6）5個(gè)中斷源的中端管理控制系統(tǒng)；7）一個(gè)全雙工串行I/O 口 U

17、ART （通用異步接收、發(fā)送器）；8）一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。-UIIaRSTHU.UXAUJPO. 1/ADIPO.2AC2PC,3r,APGPC.AO4PO.AD5 PC.At PO.7/AD722_PiDzFSENALE EAP2.OB0P2.1S P2.2A10 Ft2.JA11 P2.4A12 吃.5A13 P2.0/A1 斗 P2 715Pw PIlP13P13Pl ,4PjI 5PlBP17P.(FRADP3.1D F3.2W F33NT-1P3.WJ pg.5>-P3.6/WRF'3 £F； D33373&355433321S2.252S2

18、7281'IT1213141516ITj5AT88C51圖3-1單片機(jī)引腳圖3.2 P0P3 口結(jié)構(gòu)及功能3.2.1 PQ 口結(jié)構(gòu)及功能PQ 口由一個(gè)輸出鎖存器、一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān) MUX、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器、輸出 驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)與門及一個(gè)反相器組成。PQ 口具有兩種功能：第一， PQ 口可以用作通用I/O接口；第二，PQ 口 可以用作地址/數(shù)據(jù)總線。3.2.2 P1 口結(jié)構(gòu)及功能P1 口是由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)電路組成，驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部設(shè)有上拉電阻。3.2.3 P2 口結(jié)構(gòu)及功能P2 口由一個(gè)輸出鎖存器、一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān) MUX、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器、輸出 驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)反相

19、器組成。P2 口共有兩個(gè)功能：第一個(gè)功能與上述兩組引腳的第一功能相同，即可用 作通用I/O 口；它的第二功能與Po 口引腳的第二功能相配合，作為地址總線用 于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位。324 P3 口結(jié)構(gòu)及功能P3 口由一個(gè)輸出鎖存器、三個(gè)三態(tài)輸入緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)與非 門組成。P3 口有兩個(gè)功能：第一個(gè)功能與其余三個(gè)端口的第一功能相同；第二功能 做控制用，每個(gè)引腳的功能不同：P3.0 RXD ：串行口接收數(shù)據(jù)輸入端P3.1 TXD：串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端P3.2INTO：外部中斷申請(qǐng)輸入端 0P3.3 INTI:外部中斷申請(qǐng)輸入端1P3.4 T0:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端0P3.5 T1:外部

20、計(jì)數(shù)脈沖輸入端1P3.6 WR:寫外設(shè)控制信號(hào)輸出端P3.7 RD:讀外設(shè)控制信號(hào)輸出端3.3時(shí)鐘電路和復(fù)位電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)；復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行331時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式。 一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式；另一種是外部時(shí)鐘方式。HCS-SIMCS-51C a內(nèi)8W方式Cb）外部時(shí)銖武圖3-2時(shí)鐘方式圖內(nèi)部時(shí)鐘方式只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接晶振就構(gòu)成了自激振蕩器，并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘 信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，已使各

21、單片機(jī)同步。單片機(jī)的時(shí)序單位：晶振周期為時(shí)鐘脈沖頻率的倒數(shù)，為最小的時(shí)序單位， 也稱T狀態(tài)；時(shí)鐘周期包含兩個(gè)晶振周期，也稱 S狀態(tài)；完成一個(gè)基本操作所需 要的時(shí)間稱為機(jī)器周期，由6個(gè)時(shí)鐘周期組成，即12個(gè)晶振周期；指令的執(zhí)行 時(shí)間稱為指令周期，通常含有14個(gè)機(jī)器周期。3.3.2單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)當(dāng)MCS-51系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST全稱RESET出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上 的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循 環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式： 上電復(fù)位和手動(dòng) 復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位是當(dāng)單片機(jī)已在 運(yùn)行當(dāng)中

22、時(shí)，按下復(fù)位鍵 K后松開，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí) 現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器 PC = OoooH ,這表明程序從OoooH地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng)后，片內(nèi) RAM 為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個(gè)特殊功能寄 存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值。3.4系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)波形的產(chǎn)生是通過51單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生器程序，向D/A轉(zhuǎn)換器的輸 入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在 D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波 形。圖3-3總體設(shè)計(jì)圖3.5 DAC0832的引腳及功能DAC0832是雙列直插式8位D

23、/A轉(zhuǎn)換器，完成數(shù)字量輸入到模擬量輸出的轉(zhuǎn)換3457810CsVCC2DWWRlILE(BYlyBY2)WGNDWR 217DI3XFER-TTDI2DI415DIIDI514DloDI613VREFDI712RFBIOJT211GMDIOJTlDACoe32圖3-4DAC0832 引腳圖DAC0832結(jié)構(gòu)：DOD7 : 8位的數(shù)據(jù)輸入端，D7為最高位，TTL電平,有效時(shí)間應(yīng)大于90ns （否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò)）；ILE:數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；CS:片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1:數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ms）有效。由ILE、C

24、S、WR1的邏輯組合產(chǎn)生，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù) 據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ms） 有效。WR2: DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ms ）有效。由 WR1、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨 寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC寄存器并 開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1 :模擬電流輸出端1 ,當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時(shí)，輸出電流最 大，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時(shí)，輸出電流為0。IOUT2:模擬電流輸出端2，

25、IOUT2與IOUT1的和為一個(gè)常數(shù)。Rfb :反饋信號(hào)輸入線，改變 Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度。VCC :電源輸入端，范圍為 （+5+ 15）V。VREF:基準(zhǔn)電壓輸入線，范圍為 （-10+10）V ; AGND :模擬信號(hào)地。DGND :數(shù)字信號(hào)地。3.6 74LS373的引腳及功能74LS373是常用的地址鎖存器芯片，它實(shí)質(zhì)是一個(gè)帶三態(tài)緩沖輸出的 8D觸 發(fā)器。D0D7 :數(shù)據(jù)輸入端；Q0Q7 :數(shù)據(jù)輸出端；OE:三態(tài)允許控制端，低電平有效；當(dāng) OE為低電平時(shí)，Q0Q7為正常 邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線；當(dāng) OE為高電平時(shí)，Q0Q7呈高阻態(tài)， 既不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)

26、載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。LE:鎖存允許端。當(dāng)鎖存允許端 LE為高電平時(shí)，Q隨數(shù)據(jù)D而變；當(dāng)LE 為低電平時(shí)，Q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。Hl17TBD1mCGD4csceD7OELEmG 1c2Q3dG5ubG7工-Jy圖3-5 74LS373引腳圖3.7系統(tǒng)硬件原理51單片機(jī)的最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)由振蕩電路、電源電路、復(fù)位電路、EA及應(yīng)用程序組成。它有三種聯(lián)接方式。一種是兩級(jí)緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級(jí)緩 沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級(jí)緩沖器后，送入D/A轉(zhuǎn)換電路。第二種是單級(jí)緩沖型，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)輸入寄存器直接送入DAC寄存器，然后送D/A轉(zhuǎn)換電路。第三種是兩個(gè)緩沖器直通，輸入數(shù)據(jù)直接送D

27、/A轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。3.7.1系統(tǒng)原理圖C'*m; r.w *0*fl?P331KFUltfiW4P0JW fjrJK F.TfX74LEP".的 R3-IlaZfA1E3 Mj F2.E F2aU Fa7C-A1. F.7tM MJ,1 MSj1.FaJrWr P3zj F3W i.F-i÷Jq3-310" MqF17A.TDC0I. WJ . a .-.Ir- , 1TP. L * * * 卷* L -P T SHlro bB-T-T 一J-g.D 1 3 3 + 5 S ?Q M QQBOO圖3-6系統(tǒng)原理圖第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件由主程序和產(chǎn)

28、生波形的子程序組成， 軟件設(shè)計(jì)主要是產(chǎn)生各種波形 的子程序的編程。通過編程可得到各種波形。頻率的改變可采用插入延時(shí)子程序 的方法來實(shí)現(xiàn)。4.1主程序流程圖開始初始化讀取波形選擇開關(guān)波形判別調(diào)波形發(fā)生子程序結(jié)束圖4-1主程序流程圖4.2波形的產(chǎn)生4.2.1設(shè)計(jì)思路利用中斷，當(dāng)5個(gè)開關(guān)中有任意一個(gè)閉合時(shí)，跳轉(zhuǎn)至中斷程序，在中斷程序 中判斷是哪一個(gè)按鍵閉合，跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的程序，執(zhí)行輸出波形的操作，每輸出一 個(gè)點(diǎn)之后，判斷按鍵是否斷開，如果依舊閉合，貝U繼續(xù)輸出，如果已經(jīng)斷開，貝U 結(jié)束中斷程序。圖4-2主程序流程圖4.2.2鋸齒波的產(chǎn)生鋸齒波的實(shí)現(xiàn)過程是首先定義一個(gè)初值然后進(jìn)行加法操作， 加的步數(shù)的多

29、少 則根據(jù)要求的頻率來進(jìn)行。然后加到某個(gè)數(shù)之后就再重新設(shè)置為初值，再重復(fù)執(zhí) 行剛剛的操作，如此循環(huán)下去。4.2.3梯形波的產(chǎn)生梯形波的實(shí)現(xiàn)是設(shè)置一個(gè)初值，然后進(jìn)行加一，當(dāng)加到某個(gè)數(shù)時(shí)延時(shí)，之后減一，減到初值時(shí)在返回到之前的操作，繼續(xù)加一、延時(shí)、減一。424三角波的產(chǎn)生三角波的實(shí)現(xiàn)是設(shè)置一個(gè)初值，當(dāng)加到某個(gè)值的時(shí)候，執(zhí)行減一操作，減到 初值時(shí)，再加一。425方波的產(chǎn)生方波的實(shí)現(xiàn)只需開始的時(shí)候設(shè)置一個(gè)初值然后直接輸出這個(gè)值就行了， 輸出 一段時(shí)間后，然后再重新置一個(gè)數(shù)據(jù)，然后再輸出這個(gè)數(shù)據(jù)一段時(shí)間，但是此時(shí) 的時(shí)間一定要等于前面那段時(shí)間。426正弦波的產(chǎn)生正弦波的實(shí)現(xiàn)需要查表，每查一次表，輸出一個(gè)

30、數(shù)值，之后查下一個(gè)數(shù)值繼 續(xù)輸出，當(dāng)一個(gè)波形的256個(gè)數(shù)值全部輸出之后，從頭開始繼續(xù)輸出。第五章系統(tǒng)調(diào)試與仿真結(jié)果5.1系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：仿真電路調(diào)試，程序調(diào) 試和程序和仿真電路聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對(duì)各電 路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試。5.1.1仿真電路調(diào)試對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實(shí)現(xiàn)指定的功能。 調(diào)試結(jié) 果表明，各模塊能夠?qū)崿F(xiàn)其預(yù)期功能。5.1.2程序調(diào)試軟件調(diào)試采用keil C軟件，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試，主要是檢查語法錯(cuò)誤。 在此過程中，發(fā)現(xiàn)了好多錯(cuò)誤。要耐心調(diào)試。5.1.3聯(lián)調(diào)將調(diào)試好的仿真電路和程序進(jìn)行聯(lián)調(diào)，主

31、要調(diào)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能。只要程 序調(diào)試完成，線路連好，本步?jīng)]有困難。5.2 仿真結(jié)果在PrOteUS軟件中運(yùn)行仿真。按下Ko鍵時(shí)，示波器輸出鋸齒波；按下 K1鍵時(shí)輸出梯形波；按下K2鍵時(shí)輸出三角波；按下K3鍵時(shí)輸出方波；按下K4鍵 時(shí)輸出正弦波。具體波形見附錄二。結(jié)論本次的設(shè)計(jì)中利用AT89C51和DAC0832以及放大器完成電路的設(shè)計(jì)，用 開關(guān)來控制各種波形的發(fā)生及轉(zhuǎn)換，用單片機(jī)輸出后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成波形， 最終可以通過示波器觀察。在這次的軟件設(shè)計(jì)中，程序設(shè)計(jì)采用的是匯編語言。 匯編語言具有速度快，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作的優(yōu)點(diǎn)，它可以極好的發(fā)揮硬件 的功能。但是匯編語言也存在編寫的代碼非常

32、難懂，不好維護(hù)，很容易產(chǎn)生bug， 難于調(diào)試的缺點(diǎn)。因此，在大型程序的設(shè)計(jì)中，多采用C語言進(jìn)行程序編譯。C語言簡(jiǎn)潔高效，是最貼近硬件的高級(jí)編程語言，經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在已 成熟為專業(yè)水平的高級(jí)語言。而且，現(xiàn)在單片機(jī)產(chǎn)品推出時(shí)紛紛配套了C語言編譯器，應(yīng)用廣泛。不過就本次課程設(shè)計(jì)來說，匯編語言還是適用的。由于此次 是第一次進(jìn)行課設(shè)，有些軟件以及芯片以前從未接觸過，因此還不是很得心應(yīng)手， 所以在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題及難點(diǎn)。比如： PrOteuS軟件以及wave6000的 使用；D/A轉(zhuǎn)換器和鎖存器的結(jié)構(gòu)、功能等等，這些都需要自己去查找資料了 解這些。通過此次的課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步了解了波形發(fā)生器的原理

33、， 在實(shí)際動(dòng)手 操作過程中，使我接觸了許多我以前沒接觸過的元件，提高了自己的動(dòng)手能力。 而且在編程時(shí)重新溫習(xí)了剛學(xué)不久的 51單片機(jī)以及MATLAB語言，不僅讓我學(xué) 習(xí)了一些新的知識(shí)，而且對(duì)以前所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了鞏固，讓我懂得理論知識(shí)的重要 性，沒有理論的指導(dǎo)一切實(shí)際行動(dòng)都是盲目的， 且實(shí)際操作是所學(xué)的理論知識(shí)得 到驗(yàn)證，更能加深對(duì)理論知識(shí)的理解，讓我受益匪淺。參考文獻(xiàn)1 陳志旺，李亮。51單片機(jī)快速上手。機(jī)械工業(yè)出版社。2 薛定宇?？刂葡到y(tǒng)計(jì)算及輔助設(shè)計(jì)一一 MATLAB語言與應(yīng)用（第2版）。清華 大學(xué)出版社。3 鄒虹。單片機(jī)波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)。重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào)。4 毅剛，彭喜元。單片機(jī)原理與應(yīng)用

34、設(shè)計(jì)。電子工業(yè)出版社。楊素行模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第三版）M.北京：高等教育出版社， 2006.Altium DeSigner 原理圖與PCB設(shè)計(jì)M.北京：電子工業(yè)出版社 2009.7 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第2版）M.北京：清華大學(xué)出版社1999.8 陳明義.電子技術(shù)教程設(shè)計(jì)實(shí)用教程（第 3版）M.長沙：中南大學(xué)，2009.9 馬曉.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)D.河南2012.10 李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M.11 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.12 閻石.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.附錄程序ORG OoooHLJMP MAlNORG OOO3H外部中斷OLJMP INTOOORG OO

35、4OHMAIN :MOV SP,6OH;更改堆棧指針，避免堆棧與工作寄存器區(qū)發(fā)生沖突SETB ITO;外部中斷請(qǐng)求O為下降沿觸發(fā)方式SETB EA;中斷允許總開關(guān)打開SETB EXO;允許外部中斷O中斷INTOO:CLR EA ;關(guān)中斷PUSH PSW;現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)PUSH ACCSETB EA;開中斷JNB P1.O,IRO;如果KO鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IRO輸出鋸齒波JNB P1.1,IR1;如果K1鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR1輸出梯形波JNB P1.2,IR2;如果K2鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR2輸出三角波JNB P1.3,IR3;如果K3鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)至IR3輸出方波JNB P1.4,IR4;如果K4鍵閉

36、合，則跳轉(zhuǎn)至IR4輸出正弦波設(shè)置端口地址寫入如果k0鍵已經(jīng)斷開，則返回A加一循環(huán)返回設(shè)置端口地址INTIRCLR EA;關(guān)中斷POP Acc;現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)POP PSWSETB EA ; 開中斷RETI鋸齒波發(fā)生子程序如下:IR0：MoV RO,#OFEHMoV A,#00HLOOP :MOVX R0,A ;JB P1.0,INTIR;INC A ;SJMP LOOP;LJMP INTIR;梯形波發(fā)生子程序如下:IR1：MOV R0,#0FEH;MOV A,#00HUP：MOVX R0,A;寫入JB P1.1,INTIR;如果k1鍵已經(jīng)斷開，則返回INC A;A加一JNZ UP ;循環(huán)DEC A;

37、如果已經(jīng)溢出，則減一，減一之后 A的值為255LCALL DELAY;延時(shí)JB P1.1,INTIR;如果k1鍵已經(jīng)斷開，則返回DoWN :DEC A;MOVX R0,A;寫入JB P1.1,INTIR;如果k1鍵已經(jīng)斷開，則返回JNZ DOWN ;循環(huán)SJMP UP;如果減到0,則跳轉(zhuǎn)至UP，繼續(xù)執(zhí)行加一操作LJMP INTIR;返回DELAY:MOV R7,#100;延時(shí)子程序DELAYI:MOV R6,#10NOPDELAY2:DJNZ R6,DELAY2DJNZ R7,DELAY1RET三角波發(fā)生子程序如下:IR2: MOV R0,#0FEH;設(shè)置端口地址MoV A,#OoHUP2:M

38、OVX R0,A;寫入JB P1.2,INTIR;如果k2鍵已經(jīng)斷開，則返回INC A;A加一JNZ UP2;循環(huán)DOWN2 :DEC A;A減一MOVX R0,A;寫入JB P1.2,INTIR;如果k2鍵已經(jīng)斷開，則返回JNZ DOWN2;循環(huán)SJMP UP2;如果減到0 ,則跳轉(zhuǎn)至UP2,繼續(xù)加一操作LJMP INTIR;返回方波發(fā)生子程序如下:IR3:MOV R0,#0FEH;設(shè)置端口地址POSI:MOV A,#00H;給A賦值0x00MOVX R0,A;寫入LCALL DELAY ;延時(shí)JB P1.3,INTIR;如果k3鍵已經(jīng)斷開，則返回NEGA :MOV A,#OFFH ;給A賦

39、值0xFFMOVX R0,A;寫入LCALL DELAY;延時(shí)JB P1.3,INTIR;如果k3鍵已經(jīng)斷開，則返回SJMP POSI;跳轉(zhuǎn)至POSI,繼續(xù)下一個(gè)波形的輸出LJMP INTIR;返回正弦波發(fā)生子程序如下:IR4:MOV R0,#0FEH;設(shè)置端口地址MoV R1,#OoHXX:MOV A,R1LCALL HANSHU;調(diào)用查表函數(shù)MOVX R0,A;寫入JB P1.4,INTIR;如果k4鍵已經(jīng)斷開，則返回INC R1SJMP XX;繼續(xù)查表LJMP INTIR ;返回HANSHU:MoV DPTR,#TAB1MoVC A,A+DPTRRETTAB1: db080h,083h,

40、086h,089h,08ch,090h,093h,096h,099h,09ch,09fh,0a2h,0a5h,0a8h,0abh,0aehdb0b1h,0b3h,0b6h,0b9h,0bch,0bfh,0c1h,0c4h,0c7h,0c9h,0cch,0ceh,0d1h,0d3h,0d5h,0d8hdb0dah,0dch,0deh,0e0h,0e2h,0e4h,0e6h,0e8h,0eah,0ebh,0edh,0efh,0f0h,0f1h,0f3h, 0f4hdb0f5h,0f6h,0f8h,0f9h,0fah,0fah,0fbh,0fch,0fdh,0fdh,0feh,0feh,0feh,0ffh,0ffh,0ffhdb0ffh,0f