51单片机实现波形发生器

摘要这个系统是基于AT89C51单片机的波形信号发生器。使用AT89C51单片机作为控制核心，该系统由数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（OP07）、按键电路和6位数码管等组成。通过按键可控制方波、三角波、正弦波的产生，并且用数码管显示其对应的频率和波形的类型。这个设计方法简单、性能良好，这个系统可在多种需要低频信号的场所使用，它具有良好的实用性。关键词：AT89C51数模转换电路数码管信号发生器目录1总体方案设计...........................................................................................................21.1方案论证..........................................................................................................11.2系统描述..........................................................................................................22单元模块设计...........................................................................................................22.1AT89C51功能介绍..........................................................................................32.2时钟电路..........................................................................................................42.3复位电路..........................................................................................................42.4键盘控制电路..................................................................................................42.5LED显示电路..................................................................................................52.5.1数码管功能介绍...................................................................................52.5.2LED动态显示原理及电路....................................................................62.6D/A转换及放大电路.......................................................................................72.6.1DAC0832功能介绍...............................................................................72.6.2D/A转换电路.........................................................................................83系统调试...................................................................................................................93.1软件调试..........................................................................................................93.1.1三角波产生...........................................................................................93.1.2方波产生.............................................................................................103.1.3正弦波产生.........................................................................................113.1.4键盘控制.............................................................................................123.1.5LED显示..............................................................................................123.2硬件调试........................................................................................................134系统功能介绍.........................................................................................................145设计总结.................................................................................................................15参考文献.....................................................................................................................16附录.............................................................................................................................1711总体方案设计本次设计的任务是设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。示意图如下：基本要求如下：（1）具有产生正弦波、方波周期性波形的功能；（2）输出波形的频率范围为100Hz～20kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz；（3）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整；（4）具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。1.1方案论证方案一：采用单片函数发生器可产生正弦波、方波等，操作简单易行，用D/A转换器的输出来改变调节电压，可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。方案二：利用芯片组成的电路输出波形，MAX038是MAXIM公司生产的一个只需要很少外部元件的精密高频波形产生器，它能产生准确的高频正弦波、三角波、方波。输出频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别地控制。所需的输出波形可由在A0和A1输入端设置适当的代码来选择，且具有输出频率范围宽、波形稳定、失真小、使用方便等特点。方案三：采用Atmel公司的AT89C51单片机编程方法实现，该方案可以通过编程的方法控制信号波形的频率和幅度，而在硬件电路不便的情况下，通过程序实现2频率的变化和输出波形的选择，并同时在显示器显示相应的结果。方案一输出信号频率不够稳定；方案二成本高，程序复杂度高；方案三软硬件结合，硬件成本低，软件起点低，用汇编语言即可完成，优化型相对比较好，容易实现，且满足设计要求。综合考虑，我们采用了方案三，用AT89C51单片机设计多功能信号发生器，能够满足信号的频率稳定性和精度的准确性。1.2系统描述本方案以AT89C51为控制核心，主要模块包括复位电路、时钟信号发生电路、键盘控制电路、D/A转化及LED显示电路，其原理框图如下：图1系统原理框图2单元模块设计2.1AT89C51功能介绍AT89C51引脚图如下：XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51图2AT89C51引脚图31.主电源引脚Vcc和GNDGND:接地。Vcc:主电源+5V。2.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1、XTAL2为内部振荡器电路(反相放大器)的输入端和输出端，外接晶振电路。3.控制引脚RST、ALE、PSEN、EARST:复位引脚输入高电平使89C51复位，返回低电平退出复位。ALE:访问片外存储器时，ALE做锁存扩展地址低位字节的控制信号。PSEN:外部程序存储器的读选通信号,低电平有效。EA:程序存储器选择信号，当该端口输入高电平时，CPU执行片内程序存储器程序，当输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。4.输入/输出引脚P0—P3是4个寄存器，是单片机与外界联系的4个8位双向并行I/O口，其中P3口还具有第二功能。2.2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。本设计中时钟电路图如下图所示，我们选择24MHZ晶振分别接引脚XTAL1和XTAL2，电容C1、C2均选择为30pF，对振荡器的频率有稳定作用。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P