1、單片機與接口技術 課程設計（論文）多功能信號發生器設計 院（系）名稱電子與信息工程學院 專業班級通信122 學號120 學生姓名 指導教師起 止 時 間： 2015.7.42015.7.13課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院 教研室：通信工程學 號學生姓名專業班級通信122課程設計（論文）題目多功能信號發生器設計課程設計（論文）任務完成多功能信號發生器的硬件和軟件設計。任務包括：1、系統硬件框圖設計說明2、采用單片機和D/A轉換器設計多種信號發生器，可輸出鋸齒波、三角波、方波；3、輸出信號電壓范圍為05V，分辨率為0.02V，頻率101KHz；4、可按鍵設置輸出波形、頻率；

2、同時具有信號參數顯示功能。5、在keil中完成程序的編輯和調試；6、通過keil和proteus進行聯合仿真。指導教師評語及成績平時成績： 答辯成績： 論文成績： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：平時成績占20%，答辯成績占40%，論文成績占40%。本科生課程設計（論文）摘 要信號發生器是一種常用的信號源，廣泛地應用于電子電路、自動控制系統和教學實驗等領域。目前使用的信號發生器大部分是函數信號發生器，且特殊波形發生器的價格昂貴。所以本設計使用的是AT89c51單片機構成的發生器，可產生三角波、方波、鋸齒波等多種特殊波形和任意波形，波形的頻率可用程序控制改變。在單片機上加外圍器件直接式鍵

3、盤，通過鍵盤控制波形頻率的增減以及波形的選擇。在單片機的輸出端口接DAC0832進行D/A轉換，再通過運放進行波形調整，最后輸出波形接在示波器上顯示。本設計具有線路簡單、結構緊湊、價格低廉、性能優越等優點。關鍵詞：信號發生器；單片機；波形調整目 錄第1章 概論11.1 課題背景11.2 課題意義1第2章 信號發生器的設計22.1 設計原理22.2 設計思路22.3 功能原理框圖2第3章 信號發生器電路及仿真43.1 D/A轉換電路43.2 鍵盤顯示模塊設計43.3 信號發生器總電路圖5第4章 Proteus仿真結果7第5章 總結9參考文獻10附錄I 原理圖11附錄II 源程序12附錄III 元

4、件清單17I第1章 概論1.1課題背景隨著電子測量及其他部門對各類信號發生器的廣泛需求及電子技術的迅速發展，促使信號發生器種類增多，性能提高。尤其隨著70年代微處理器的出現，更促使信號發生器向著自動化、智能化方向發展。現在，許多信號發生器帶有微處理器，因而具備了自校、自檢、自動故障診斷和自動波形形成和修正等功能，可以和控制計算機及其他測量儀器一起方便的構成自動測試系統。當前信號發生器總的趨勢是向著寬頻率覆蓋、低功耗、高頻率精度、多功能、自動化和智能化方向發展。在科學研究、工程教育及生產實踐中，如工業過程控制、教學實驗、機械振動試驗、動態分析、材料試驗、生物醫學等領域，常常需要用到低頻信號發生器

5、。而在我們日常生活中，以及一些科學研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號是常用的基本測試信號。譬如在示波器、電視機等儀器中，為了使電子按照一定規律運動，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產生器作為時基電路。信號發生器作為一種通用的電子儀器，在生產、科研、測控、通訊等領域都得到了廣泛的應用。加之各類功能的半導體集成芯片的快速生產，都使我們研制一種低功耗、寬頻帶，能產生多種波形并具有程控等低頻的信號發生器成為可能。1.2課題意義 便攜式和智能化越來越成為儀器的基本要求，對傳統儀器的數字化，智能化，集成化也就明顯得尤為重要。平時常用信號源產生正弦波，方波，三角波等常見波形作為待測系統的輸入，測試系統的性

6、能。單在某些場合，我們需要特殊波形對系統進行測試，這是傳統的模擬信號發生器和數字信號發生器很難勝任的。利用單片機的強大功能，設計合適的人機交互界面，使用戶能夠通過手動的設定，設置所需波形。 該設計課題的研究和制作全面說明對低頻信號發生系統要有一個全面的解、對低頻信號的發生原理要理解掌握，以及低頻信號發生器工作流程：波形的設定，D/A轉換，單片機（51單片機，顯示電路，鍵盤控制），顯示和各模塊的連接通信等各個部分要熟練聯接調試，能夠正確的了解常規芯片的使用方法、掌握簡單信號發生器應用系統軟硬件的設計方法，進一步鍛煉了我們在信號處理方面的實際工作能力。1第2章 信號發生器的設計2.1設計原理數字信

7、號可以通過數/模轉換器轉換成模擬信號，因此可通過產生數字信號再轉換成模擬信號的方法來獲得所需要的波形。89C51單片機本身就是一個完整的微型計算機，具有組成微型計算機的各部分部件：中央處理器CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時器/計數器以及串行通訊接口等，只要將89C51再配置鍵盤及、數模轉換及波形輸出、放大電路等部分，即可構成所需的波形發生器。 89C51是整個波形發生器的核心部分，通過程序的編寫和執行，產生各種各樣的信號，并從鍵盤接收數據，進行各種功能的轉換和信號幅度的調節。當數字信號電路到達轉換電路，將其轉換成模擬信號也就是所需要的輸出波形。采用AT89S

8、52單片機和DAC0832芯片，直接連接鍵盤和顯示。該種方案主要對AT89S52單片機的各個I/O口充分利用。P1口是連接鍵盤, P0口接顯示電路，P2口連接DAC0832輸出波形。這樣總體來說，能對單片機各個接口都利用上，而不在多用其它芯片，從而減小了系統的成本。也對按照系統便攜式低頻信號發生器的要求所完成。占用空間小，使用芯片少，低功耗。2.2設計思路 課設需要各個波形的基本輸出。如輸出正弦波、方波、鋸齒波、三角波。這些波形的實現的具體步驟：（1）方波：按照設定的周期值將輸出的電壓改變即可。（2）鋸齒波：也使用查表法。將三角波的一個周期（360度）分為256個點，相鄰點等差，生成數組。反復

9、輸出前128個數據到DAC0832,就可以在系統輸出端得到想要的鋸齒波。（3）三角波：將（2）中的數組256個數據全部輸出到DAC0832,循環，就可以在系統輸出端得到想要的三角波。通過P1口和輕觸開關S1-S4相連接來切換波形輸出。用P0口控制數碼管靜態顯示波形代號。用P2口向DAC0832發送數據，經DAC0832轉換后，再把信號放大，最后接到示波器上顯示。2.3 功能原理框圖 波形輸出P1P2P0AT89S52鍵盤控制數碼管顯示DAC0832運放圖2.1電路總框圖 如框圖2.1，其中單片機通過P2口與數模轉換部分DAC0832的數據端口D0-D7相連，作為數字輸出。通過鍵盤控制來改變波形

10、，調節幅值和頻率大小。第3章 信號發生器電路與仿真3.1 D/A轉換電路圖3.1 電路原理圖 如圖3-1所示，待轉換的8位數字量由芯片的8位數據輸入線D10D17輸入，經DAC0832轉換后，通過2個電流輸出端IOUT1和IOUT2輸出，IOUT1是邏輯電平為1的各位輸出電流之和，IOUT2是邏輯電平為0的各位輸出電流之和。DAC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉換電路組成。輸入寄存器和DAC寄存器作為雙緩沖，因為在CPU數據線直接接到DAC0832的輸入端時，數據在輸入端保持的時間僅僅是在CPU執行輸出指令的瞬間內，輸入寄存器可用于保存此瞬間出現的數據。有時，微機控制系

11、統要求同時輸出多個模擬量參數，此時對應于每一種參數需要一片DAC0832，每片DAC0832的轉換時間相同，就可采用DAC寄存器對CPU分時輸入到輸入寄存器的各參數在同一時刻開始鎖存，進而同時產生各模擬信號。 DAC0832的數據輸出方式在微機應用系統中,通常使用的是電壓信號,而DAC0832輸出的是電流信號，這就需要由運算放大器組成的電路實現轉換。其中有輸出電壓各自極性固定的單位性輸出和在隨動系統中輸出電壓有正負極性的雙極性輸出兩種輸出方式。DAC0832同CPU的連接。微處理器與DAC0832之間可以不加鎖存器，而是利用DAC0832內部鎖存器，將CPU通過數據總線直接向DAC0832輸出

12、的停留時間很短的數據保存，直至轉換結束。3.2 鍵盤顯示模塊的設計 由于本系統所用按鍵少，所以采用獨立鍵盤，其連接電路圖如圖3.2：圖 3.2鍵盤顯示電路圖中獨立鍵盤引出的四根線分別接單片機的P1.1、P1.2、P1.3、P1.7、P1.8，另一端接地。各開關的功能如下，接P1.2：控制顯示矩形波；接P1.3：控制顯示鋸齒波；接P1.4：控制顯示三角波；接P1.7：增大頻率；接P1.8：減小頻率。3.3 信號發生器總電路圖P1口是連接鍵盤, P0口接顯示電路，P2口連接DAC0832輸出波形。這樣總體來說，能對單片機各個接口都利用上，而不在多用其它芯片，從而減小了系統的成本。也對按照系統便攜式

13、低頻信號發生器的要求所完成。占用空間小，使用芯片少，低功耗。如圖3.3所示：圖3.3 實驗總電路第4章 Proteus仿真結果 當按下接P1.1口開關時，顯示矩形波，如圖4.1所示；圖 4.1 矩形波當按下接P1.2口開關時，顯示鋸齒波，如圖4.2所示；圖 4.2 鋸齒波當按下接P1.3口開關時，顯示三角波，如圖4.3所示；圖 4.3 三角波 調節接P1.7,P1.8口開關，可控制波形頻率。調節開關，可得到較為清晰的波形圖：三角波，矩形波，鋸齒波，與實驗要求基本一致，如圖4.1，圖4.2，圖4.3。本仿真成功。 第5章 總結本次的設計中利用AT89C51和DAC0832以及放大器完成電路的設計

14、，用開關來控制各種波形的轉換和波形頻率、占空比的調節，用單片機輸出后，經過數模轉換器生成波形，最終可以通過示波器觀察。在這次的軟件設計中，程序設計采用的是C語言。C語言簡潔高效，是最貼近硬件的高級編程語言，經過多年的發展，現在已成熟為專業水平的高級語言。因此，在大型程序的設計中，多采用C語言進行程序編譯。而且，現在單片機產品推出時紛紛配套了C語言編譯器，應用廣泛。由于真正意義上的程序設計還不多，因此還不是很得心應手，所以在設計中遇到一些問題和一些難點。比如：在程序設計中如何實現程序結構的最優化，以達到較高的質量。這是以后設計中要注意的問題。 通過這次課程設計，我進一步了解了波形發生器的原理，在

15、實際動手操作過程中，使我接觸了許多我以前沒接觸過的元件，而且重新溫習了剛學不久的C語言，使我學得了許多知識，使我獲益匪淺。這次課程設計，使我的動手能力得到了很大的提高，更使我們懂得理論知識的重要性，沒有理論的指導一切實際行動都是盲目的，且實際操作是我們得到的理論知識得到驗證，更能增加對理論知識的理解。 本人簽字：參考文獻1何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計.北京：北京航空航天大學出版社，20102韓全立，王建明.單片機控制技術及應用.北京：電子工業出版社，20043徐仁貴. 微型計算機借口技術及應用.北京：機械工業出版社，20054房小翠，王金鳳.單片機使用系統設計技術.北京：國防工業

16、出版社，20095張毅坤.單片微型計算機原理及應用：西安電子科技大學出版社，20086任為民. 電子技術基礎課程設計.北京：中央廣播電視大學出版社，2011附 錄 I 信號發生器原理圖 附 錄 II源程序#include #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit s1=P11;sbit s2=P12;sbit s3=P13;sbit s7=P16;sbit s8=P17;uint d1,d2;uint s,p;uint n;uchar code jctab128=0x00,0x02,0x04,0x06,0x

17、08,0x0a,0x0c,0x0e,0x10,0x12,0x14,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x24,0x26,0x28,0x2a,0x2c,0x2e,0x30,0x32,0x34,0x36,0x38,0x3a,0x3c,0x3e,0x40,0x42,0x44,0x46,0x48,0x4a,0x4c,0x4e,0x50,0x52,0x54,0x56,0x58,0x5a,0x5c,0x5e,0x60,0x62,0x64,0x66,0x68,0x6a,0x6c,0x6e,0x70,0x72,0x74,0x76,0x78,0x7a,0x7c,0x7e,0x

18、80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c,0x8e,0x90,0x92,0x94,0x96,0x98,0x9a,0x9c,0x9e,0xa0,0xa2,0xa4,0xa6,0xa8,0xaa,0xac,0xae,0xb0,0xb2,0xb4,0xb6,0xb8,0xba,0xbc,0xbe,0xc0,0xc2,0xc4,0xc6,0xc8,0xca,0xcc,0xce,0xd0,0xd2,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdc,0xde,0xe0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe8,0xea,0xec,0xee,0xf0,0xf2,0xf4,0xf6,0x

19、f8,0xfa,0xfc,0xfe;uchar code sjtab256=0x00,0x02,0x04,0x06,0x08,0x0a,0x0c,0x0e,0x10,0x12,0x14,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x24,0x26,0x28,0x2a,0x2c,0x2e,0x30,0x32,0x34,0x36,0x38,0x3a,0x3c,0x3e,0x40,0x42,0x44,0x46,0x48,0x4a,0x4c,0x4e,0x50,0x52,0x54,0x56,0x58,0x5a,0x5c,0x5e,0x60,0x62,0x64,0x66,0x

20、68,0x6a,0x6c,0x6e,0x70,0x72,0x74,0x76,0x78,0x7a,0x7c,0x7e,0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c,0x8e,0x90,0x92,0x94,0x96,0x98,0x9a,0x9c,0x9e,0xa0,0xa2,0xa4,0xa6,0xa8,0xaa,0xac,0xae,0xb0,0xb2,0xb4,0xb6,0xb8,0xba,0xbc,0xbe,0xc0,0xc2,0xc4,0xc6,0xc8,0xca,0xcc,0xce,0xd0,0xd2,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdc,0xde,0x

21、e0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe8,0xea,0xec,0xee,0xf0,0xf2,0xf4,0xf6,0xf8,0xfa,0xfc,0xfe,0xfe,0xfc,0xfa,0xf8,0xf6,0xf4,0xf2,0xf0,0xee,0xec,0xea,0xe8,0xe6,0xe4,0xe2,0xe0,0xde,0xdc,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd2,0xd0,0xce,0xcc,0xca,0xc8,0xc6,0xc4,0xc2,0xc0,0xbe,0xbc,0xba,0xb8,0xb6,0xb4,0xb2,0xb0,0xae,0xac,0xaa,0xa8,0x

22、a6,0xa4,0xa2,0xa0,0x9e,0x9c,0x9a,0x98,0x96,0x94,0x92,0x90,0x8e,0x8c,0x8a,0x88,0x86,0x84,0x82,0x80,0x7e,0x7c,0x7a,0x78,0x76,0x74,0x72,0x70,0x6e,0x6c,0x6a,0x68,0x66,0x64,0x62,0x60,0x5e,0x5c,0x5a,0x58,0x56,0x54,0x52,0x50,0x4e,0x4c,0x4a,0x48,0x46,0x44,0x42,0x40,0x3e,0x3c,0x3a,0x38,0x36,0x34,0x32,0x30,0x

23、2e,0x2c,0x2a,0x28,0x26,0x24,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x14,0x12,0x10,0x0e,0x0c,0x0a,0x08,0x06,0x04,0x02,0x00;void delay (uchar k) uchar j; while(k-)!=0) for(j=0;j=256)n=0;void fangbo() P2=0xff;/方波 delay(d1-p); P2=0; delay(d2-p);void juchi() P2=jctabn; n=n+p; if(n=127)n=0;void sanjiao() P2=sjtabn; n=n+p; if(n=255)n=0;void boxingkey() if(s1=0) P0=0xF9; s=1; n=0;p=4; else if(s2=0) P0=