基于51单片机的信号发生器.doc

单片机原理及接口技术 课程设计报告 设计题目： 基于51单片机的波形发生器 学 号： 姓 名： 指导教师： 信息与电气工程学院 二零一三年七月基于51单片机的波形发生器设计 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如方波、锯齿波、三角波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。在通信、广播、电视系统，工业、农业、生物医学领域内，函数信号发生器在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。 信号发生器是一种经常使用的设备，若按照传统的设计方法，由纯粹的物理器件构成，存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不方便、信号失真较大、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等要求。研究设计出一种具有频率稳定、准确，波形质量好，便携性好等特点的波形发生器来满足工业领域对信号源的要求，具有较好的市场前景。 本次设计的低频信号发生器，以AT89C51 单片机为核心，通过拨码开关输入控制类型和频率的的选择，采用8位D/A 转换芯片DAC0832输出相应的波形，同时以数码管实时显示信号相关信息。我们采用C 语言进行编程，可实现方波，三角波，锯齿波和正弦波四种波形的产生，且波形的频率可调。 经测试该设计方案不仅在理论和实践上都能满足要求，而且具有很强的可行性 结合实际情况，基于AT89C51单片机设计一个波形发生器系统。该系统应满足的功能要求为： (1)四种波形，方波、正弦波、锯齿波、三角波； (2)通过按键实现四种波形的切换； (3)通过按键进行频率选择； 主要硬件设备：AT89C51单片机、DAC0832数模转换芯片、UA741运算放大器、示波器、PC机一台 2. 整体方案设计 课设需要各个波形的基本输出，正弦波、锯齿波、方波、三角波，这些波形的实现的具体步骤： （1）正弦波：使用查表法。通过手动的方法计算出输出各点的电压值，然后在编写程序时以数组的方式给出。当需要时，只要按照顺序进行输出即可。这种方法比速度快且曲线的形状修改灵活。在本设计中将分为256个点，则每两个点之间的间隔为1.4度，然后计算出每个点电压对应的数字量。只要反复输出这组数据到DAC0832,就可以在系统输出端得到想要的正弦波。分为个点，反复输出数据到DAC0832,就可以在系统输出端得到想要的分为256个点，反复输出数据到DAC0832,就可以在系统输出端得到想要的分为256个点，反复输出数据到DAC0832,就可以在系统输出端得到想要的C 语言对单片机编程即可产生相应的正弦波，方波，三角波，锯齿波等波形信号。将所写程序装入单片机的程序存储器中，在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。并且可以通过数码管显示模块实现可视化，通过拨码开关进行各种功能的转换和信号频率的控制。该波形发生器系统的原理图如图2-1所示。 图2-1 基于单片机的波形发生器系统原理图 本系统硬件主要D/A转换电路、键盘接口电路、显示电路等几部分组成。各模块的主要功能如下： (1) D/A转换电路的功能是把数字量变换成模拟量的线性电路。单片机产生的数字信号通过DAC0832 转化成模拟信号，输出相应的电流值。 (2)显示电路的功能通过UA741集成运算放大器取出DAC0832输出的模拟量的电压值，最后利用示波器输出获得的信号的波形。 (3)按键电路的功能是通过拨码开关的不同状态实现四中信号波形的切换及信号频率的改变。 系统的整体设计方案设计图如图2-2所示。 系统的整体电路连接图如图2-3所示。 3系统硬件电路设计 3.1 时钟电路 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。在引脚XTAL1 和XTAL2 外接晶体振荡器，构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益的反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡，并产生振动时钟脉冲。晶振通常选用6MHZ、12MHZ、24MHZ。 本设计中时钟电路，我们选择了12MHZ的晶振分别接引脚XTAL1 和XTAL2，电容C1，C2 均选择为10pF，对振荡器的频率有稳定作用，当频率较大时，正弦波、方波、三角波及锯齿波中每一点的延时时间为几微妙，故延时时间还要加上指令时间才能获得较大的频率波形。 单片机时钟电路如图3-1所示 图2-2 系统的整体方案设计图 图2-3 系统的整体电路连接图 图3-1 单片机时钟电路 3.2 复位电路 复位引脚RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能