单片机课设—数字频率计.doc

1 设计任务描述 1.1设计题目：简易信号源的设计 1.2 设计要求 1.2.1 设计目的 基于单片机的简易低频信号源的设计。用单片机设计出一个简易低频信号源。此多路数字电压表完成产生正弦波、三角波、矩形波功能。熟练使用Keil开发环境，具备编写单片机程序(汇编语言或C语言)的初步能力，通过完成本课题的软硬件设计，使同学们了解单片机实例的整个开发流程。 1.2.2 基本要求 设计一个简易低频信号源，该低频信号源基本功能：能输出0.1-50Hz的正弦波、三角波和方波信号，其中正弦波和三角波信号可以用按键选择输出，输出信号的频率可以在0.1-50Hz范围内任意调整。 由于要求的输出信号频率较低，因此考虑使用单片机作为控制器，用中断查表发完成波形数据的输出，再用D/A转换器输出规定的波形信号。方波信号直接由单片机的端口输出。 2 设计思路 低频信号发生器的实现主要有如下几种： 一：利用单片机与精密函数发生器构成的程控信号发生器。这种信号发生器能够克服常规信号发生器的缺陷，保证在某个信号的频带内正弦波的失真度小于0.5％。它的输出信号频率调整和幅值调整都由单片机完成。但是，由于数模转换器的非线性误差和函数发生器本身的非线性误差，这种信号发生器输出信号的频率与理论值会有一定的偏差。 二：利用DSP处理器，根据幅值，频率参数，计算产生高精度的信号所需数据表，经数模转换后输出，形成需要的信号波形。这种信号发生器可实现程控调幅，调频。但这种信号发生器输出频率不能连续可调，计算烦琐，控制也不便。 三：基于单片机，锁相环，可编程分频、相位累加、存储器波形存储以及D/A转换器等组成的数字式函数信号发生器。输出的频率的大小由锁相环和可编程计数器来控制，最终由地址发生器对存储器中的波形数据硬件扫描，单片机提供要输出的波形数据给存储器。这种方案电路简洁，不受单片机的时钟频率的限制，输出信号精度高，频率“连续”，稳定性好，可靠性高，功耗低，调频，调幅都很方便，而且可简化软件设计，实现模块化设计的要求。 四：考虑到输出信号的频率较低，使用单片机作为控制器使用单片机作为控制器，用中断查表法完成波形数据的输出，再用D/A转换器输出规定的波形信号。方波信号直接由单片机的端口输出。结合功能要求情况，使用80C51单片机作为控制器，用DAC0832作为D/A转换器。功能按键使用单片机的3个端口。能使输出频率有较好的稳定性，元器件比较常见，价格低廉，电路设计方便。 综合考虑，方案四各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，而且这些芯片及器件均为通用器件，在市场上较常见，价格也低廉，样品制作成功的可能性比较大，所以本设计采用方案四。其系统组成原理框图如图2.1所示。 图2.1 简易低频信号源系统结构框图 3 设计方框图 3.1 初始化子函数 初始化子函数的主要工作是设置定时器的工作模式、初值预置、开中断和打开定时器等。在这里，定时器T1工作于16位定时模式，单片机按定时时间重复地把波形数据送到DAC0832的寄存器。其程序流程图如图3.1所示： 3.1初始化子函数程序流程图 3.2 键扫描子函数 键扫描子函数的任务是检查3个按键中是否有键按下，若有键按下，则执行相应的功能。这里3个按键分别用于频率增加、频率减小和正弦波与三角波的选择功能。其程序流程图如图3.2所示： 图3.2 查键子函数程序流程图 3.3 波形数据产生子函数 波形数据产生函数是定时器T1的中断程序。当定时器计数益出时，发生一次中断。当发生中断时，单片机按次序将波形数据表中的波形数据一一送入DAC0832，DAC0832根据输入的数据大小输出对应电压。波形数据产生子函数程序流程图如图3.3所示： 图3.3 波形数据产生子函数程序流程图 3.4主函数 主函数的任务是进行上电初始化，并在程序运行中不断查询按键情况执行相应的功能。 4 参数计算及电路设计 4.1参数计算 4.1.1正弦波参数计算 由于单片机是12位电压输出数/模转换器，所以将其分为两部分，高四位用来调节幅度，低八位用来显示正弦波形，由Vi/VREF=VD/FF可知VD正弦变化则Vi正弦变化，令VD=FF/2*（sinx+1），一个正弦周期取181个点，最后加一个点129判断一个周期是否执行完，所以可得每点间隔为2×3.14/181≈0.04，所以可以算出正弦波数值表，如下： DB 80H,83H,85H,88H,8AH,8DH,8FH,92H DB 0A7H,0AAH,0ACH,0AEH,0B1H,0B3H,0B5H,0B7H DB 0B9H,0BBH,0BDH,0BFH,0C1H,0C3H,0C5H,0C7H DB 0C