基于AT89C51单片机的多功能函数信号发生器设计大学论文

海南师范大学本科生毕业论文题目：基于AT89C51单片机的多功能函数信号发生器设计姓名：xx学号：xxx专业：电子信息科学与技术年级：2009级系别：电子系指导老师：xxx完成日期：2013年5月本科生毕业论文（设计）独创性声明本人声明所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中没有抄袭他人研究成果和伪造数据等行为。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。论文（设计）作者签名：日期：本科生毕业论文（设计）使用授权声明海南师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权海南师范大学可以将本毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复印手段保存、汇编毕业论文（设计）。论文（设计）作者签名：日期：指导教师签名：日期：/26目录1.引言…………………………………………………………21.1课题研究背景………………………………………………21.2波形介绍……………………………………………………22.系统设计……………………………………………………42.1方案选择……………………………………………………42.2框图设计……………………………………………………42.3单片机模块…………………………………………………52.3.1单片机最小系统…………………………………………52.4按键控制电路设计…………………………………………82.5D/A转换电路……………………………………………82.5.1D/A转换的必要性……………………………………82.5.2DAC0832的特性及应用………………………………82.6LED显示电路……………………………………………102.7运算放大器的特性及应用………………………………133.硬件设计……………………………………………………143.1整体的电路原理图………………………………………143.2元件清单……………………………………………………154.软件设计……………………………………………………164.1程序流程图…………………………………………………16I/264.2程序清单………………………………………………………175系统仿真及调试………………………………………………185.1系统仿真图……………………………………………………185.2系统调试………………………………………………………216总结……………………………………………………………217参考文献………………………………………………………23基于AT89C51单片机的多功能函数信号发生器设计作者：xx指导老师：xx（海南师范大学，电子系，海口，571158）摘要：信号发生器也叫做振荡器或是信号源，在现在的科技生产实践中有着广泛而重要的应用。现在的特殊波形发生器在价格上不够经济，有些昂贵。而基于AT89C51单片机的函数信号发生器可以满足此要求。根据傅里叶变换，各种波形均可以用三角函数的相关式子表示出来。函数信号发生器能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波、方波和正弦波。本文通过在单片机的外围加上键盘，控制波形的种类和输出频率的大小，加上LED显示出相应信息。单片机输出为数字信号，于是在输出端用DAC0832进行D/A转换，再通过两级运放对波形进行调整。最终在示波器上显示出来。关键词：信号发生器AT89C51D/A转换波形调整ThedesignofmultifunctionsignalgeneratorbasedonAT89C51Author：ZhangqinTutor：ProfessorLinji(DepartmentofElectronic,Hainannormaluniversity，Haikou,571158)Abstract：Signalgeneratorisalsocalledsourceoroscillator.Ithasbeenwidelyusedinproductionpracticeorthefieldofscienceandtechnology.Now,thepriceofthespecialwaveformgeneratorisnoteconomicandsomeexpensive.WhilethefunctionsignalgeneratorbasedonAT89C51cansatisfythisrequirement.Asweknow,itcanberepresentedwithtrigonometricfunctionequationforkindsofwaveformcurve.Theonecanproducevariouswaveform,suchastrianglewave,sawtoothwave,rectanglewave,squarewaveandsinewaveisoftencalledfunctionsignalgenerator.Functionsignalgeneratorisbroad-spectrumincircuitexperimentandtestequipment.Itcancontrolthetypeandtheoutputfrequencyofthewaveformwhenthemicrocontrollerareequippedwiththekeyboard.AlsowhenitcoupledwiththeLEDitcanbedisplayed.Itcanbesurethatitisdigitalsignalthatcomefromthemicrocontroller.SoweshouldaddtheDAC0832ontheoutputsideforD/Aconversion.Withthetwolevelsofop-ampwecanadjustwaveform.Finallydisplayontheoscilloscope.Keywords：signalgenerator，AT89C51，D/Aconversion，waveadjust-1-/261.引言1.1课题研究背景随着经济与科技不断发展，相应的测试仪器与手段也有了许多改善与提高，但是对之要求也不断提高。波形发生器的信号已知，使用者然后根据具体的要求，将其作为激励源，测得感兴趣的参数。信号源仿真各种测试信号，给待测电路，从而满足现实需求。信号发生器在仿真实验占有重要地位，对于测试仪器来说也同样不可缺少。因此对相关信号发生器的研究开发有着一定的意义。传统的信号发生器电路复杂，控制灵活度不够，成本也相对较高。虽然我国所研制的波形发生器在一定程度上已有了一些成果，但与国外技术确实还存在一定差距，因此很有必要提高相关方面的研究。利用单片机的控制灵活性，外设处理能力强等特点，实现频率与幅度可调的多种波形，这就克服了传统的缺点，具有良好的实用性。同时根据程序的易控制性，可以容易实现各种较复杂的调频调幅功能。1.2波形介绍·正弦波正弦信号可用如下形式表示f(t)=Asin(ωt+θ)（1）其中，A为振幅，ω是角频率，θ为初相位。正弦函数为一周期信号如下图1所示：图1正弦波·方波方波函数是我们常用且所熟知的简单波形函数，做脉冲等，其表示形式如下：-2-/26)2()20()(TtTTttf（2）方波波形如下：图2图形当方波下半段幅值为0时，就为矩形波，一个原理，所以不再赘述矩形波。·锯齿波锯齿波如图3所示：图3锯齿波图形·三角波三角波波形如下图所示：-3-/26图42.系统设计2.1方案选择方案一：利用单片的函数发生器的传统方式，比如8038就行。它可很容易地产生正弦波和方波等波形，而后用数/模转换器对电压进行调制，也可以用数字调控对频率实现改变，但这种方法产生频率不稳定。方案二：采用频率合成器，锁相环式的。对于所选择的频率，用VCO（压控振荡器）加以选定。这种方法较第一种性能上好，但是对于频率的输出范围难以达到。而且有一个特点，即电路较为复杂。方案三：可以利用单片机编程的方法来实现波形的输出。可选用AT89C51作为控制器，输出相应波形的数字信号，再用D/A转换器输出相应波形的模拟信号。用DAC0832作为D/A转换器，再经过两级放大后输出，最终在示波器上显示。可以使用按键扫描来实现波形的变化[3]。由于方案一的输出信号的频率不稳定还有二方案的电路较为复杂，频率可调范围难以达标等缺点，所以决定采用方案三的设计方法。方案三的设计用软件可以很方便的实现对硬件的控制，输出需要的波形。而且方案三中涉及的器件都是容易得到而且价格较为便宜的，所以价格上也有优势。2.2框图设计-4-/26基于AT89C51单片机的函数信号发生器由电源电路、单片机主控电路、信号输出电路和按键控制电路四部分组成，整体设计框图如图所示图5函数信号发生器系统图AT89C51单片机是整个函数信号发生器的主控部分，通过电脑对程序改写，可以产生不同波形，也可对同种波形的频率幅度进变换。当单片机输出数字信号经过转换电路后输出相应模拟信号。上图中输出电路包涵转换电路与整波电路。下图为函数信号发生器的原理图。图6信号发生器原理框图2.3单片机模块2.3.1单片机最小系统复位电路按键电路AT89C51主控电路输出电路电源电路89C51单片机接口电路D/A转换器滤波放大输出波形-5-/268051片内有4KB的ROM/EPROM，因此只需要外接晶振电路和复位电路就可以构成最小系统了，如图所示。12XTAL30pFC130pFC210uFC310KR1P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1P80C32UBPNU3SN74LS138NGNDGNDVCCS1P2.7S1S2S3S4图7单片机最小系统·该最小系统的特点如下：（1）由于片外没有扩展存储器和外设，P0、P1、P2、P3都可以作为用户I/O接口使用。（2）片内数据存储器有128B，地址空间为00H—7FH,片外没数据存储器。（3）片内有4KB的程序存储器，地址空间为0000H—0FFFH，没有偏外存储器，EA应接高电平。（4）可以使用两个定时/计数器T0和T1，一个全双工的串行通信接口，5个中断源[1]。·晶振电路工作原理及应用-6-/26单片机有18、19两引脚。分别为XTAL1和XTAL2。单片机采取内部振荡电路时，将这两引脚接石英晶体与微调电容。此设计采用的是12M晶振和两个30pF的电容。在芯片内部结构中，XTAL1和XTAL2引脚是一反相放大器的两个输入端，构成单片机内部振荡器。同样，根据需要的不同，也可采用外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式。如图所示。·单片机复位电路工作原理及应用计算机在启动运行时都需要复位，复位是使中央处理器CPU和内部其他部件处于一个确定的初始状态，从这个状态开始工作[1]。89C51单片机有一个复位引脚RST，高电频有效。在时钟电路工作以后，当外部电路使得RST端出现2个机器周期以上的高电平后系统就会内部复位[1]。我们采用按键复位方式。如图所示。图9按钮复位电路图8内部时钟方式XTAL1XTAL2VccRSTVssMCS-