信号发生器的设计与制作

毕业设计（论文）设计（说明书）题目信号发生器的设计与制作学院：电子与信息工程学院学生姓名：林烨淦专业班级：09应用电子(2)班学号：2009108206指导教师：葛建新2011年5月10日毕业设计（论文）2目录摘要4第1章方案与设计51.1设计和创作51.2多功能波形发生器的技术指标51.3操作设计5第2章硬件组成部分62.1单片机模块62.2键盘显示器接口电路72.3D/A电路72.4电源电路8第3章.软件结构93.1人机交互模块103.1.1LED显示子模块103.1.2键盘输入处理子模块113.2波形产生模块17第4章总结19致谢20参考文献21毕业设计（论文）3附录一总电路图22附录二PROTEUS仿真波形截图23附录三实物图25毕业设计（论文）4摘要波形发生器即简易函数信号发生器，是一种能够产生多种波形，如三角波、方波、正弦波等波形的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个恩能够变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。在工业生产和科研中利用函数信号发生器输出的信号，可以对元器件的性能及参数进行测量，还可以对电工和电子产品进行指数验证、参数调整及性能鉴定。波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本多功能波形发生器设计使用的AT89S51单片机和键盘电路作为核心控制，8255作为显示芯片，双DAC0832控制输出波形参考幅值构成的发生器可产生锯齿波、三角波、正弦波等多种波形。波形的频率、幅值根据内部程序设定的参考值，利用键盘控制输出相应的波形，具有线路简单、结构紧凑等优点。关键词：AT89C51DACO8328255毕业设计（论文）5第1章方案与设计方案一：采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。方案二：采用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器生成波形，由于是软件滤波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。它的特点是价格低、性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。经比较，方案二既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比高，所以采用该方案。1.1设计和创作1.以单片机（STC12C5A60S2）为控制核心；2.采用DAC0832作为数模转换电路元件；3.经过运放把完整的波形输出。1.2多功能波形发生器的技术指标1.波形类型：方型、正弦波、三角波、锯齿波；2.幅值电压：1V、2V、3V、4V、5V；3.频率值：10HZ、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ；4.输出极性：双极性1.3操作设计1.机器通电后，系统进行初始化，LED在面板上显示6个0，表示系统处于初始状态，等待用户输入设置命令，此时，无任何波形信号输出。2.用户按下“F”、“V”、“W”，可以分别进入频率，幅值波形设置，使系统进入设置状态，相应的数码管显示“一”，此时，按其它键，无效；3.在进入某一设置状态后，输入0~9等数字键，（数字键仅在设置状态时，有效）为欲输出的波形设置相应参数，LED将参数显示在面板上；4.如果在设置中，要改变已设定的参数，可按下“CL”键，清除所有已设定参数，系统恢复初始状态，LED显示6个0，等待重新输入命令；毕业设计（论文）6第2章硬件组成部分通过综合比较，决定选用获得广泛应用，性能价格高的常用芯片来构成硬件电路。单片机采用MCS-51系列的89C51（一块）,74LS244和74LS373（各一块）,反相驱动器ULN2803A（一块）,运算放大器LM324（一块）。波形发生器的硬件电路由单片机、键盘显示器接口电路、波形转换（D/A）电路和电源线路等四部分构成。图2-12.1单片机模块1.功能：（1）形成扫描码，键值识别，键功能处理，完成参数设置；（2）形成显示段码,向LED显示接口电路输出；（3）产生定时中断；（4）形成波形的数字编码,并输出到D/A接口电路；2.如图2-1所示：89C51的P0口和P2口作为扩展I/O口，与8255、0832、74LS373相连接，可寻址片外的寄存器。单片机寻址外设，采用存储器映像方式，外部接口芯片与内部存储器统一编址，89C51提供16根地址线P0（分时复用）和P2，P2口提供高8位地址线，P0口提供低8位地址线。P0口同时还要负责与8255，0832的数据传递。P2.7是8255的片选信号，P2.6是0832（1）的片选，P2.5是0832（2）的片选，低电平有效，P0.0、P0.1经过74LS373AT89C51LED显示键盘D/A运放键盘输入控制毕业设计（论文）7锁存后，送到8255的A1、A2作，片内A口，B口，C口，控制口等寄存器的字选。89C51的P1口的低4位连接4只发光三极管，作为波形类型指示灯，表示正在输出的波形是什么类型。3.单片机89C51内部有两个定时器/计数器，在波形发生器中使用T0作为中断源。不同的频率值对应不同的定时初值，定时器的溢出信号作为中断请求。控制定时器中断的特殊功能寄存器设置如下：定时控制寄存器TCON＝（00010000）工作方式选择寄存器（TMOD）＝（00000000）中断允许控制寄存器（IE）＝（10000010）2.2键盘显示器接口电路1.功能：（1）驱动6位数码管动态显示；（2）提供响应界面；（3）扫面键盘；（4）提供输入按键。2.由并口芯片8255，锁存器74LS273，74LS244，反向驱动器ULN2803A，6位共阴极数码管（LED）和4×4行列式键盘组成。8255的C口作为键盘的I/O接口，C口的低4位输出到扫描码，高4位作为输入行状态，按键的分布如图所示。8255的A口作为LED段码输出口，与74LS244相连接，B口作为LED的位选信号输出口，与ULN2803A相连接。8255内部的4个寄存器地址分配如下：控制口:7FFFH,A口:7FFFCH,B口:7FFDH,C口:7FFEH2.3D/A电路1.功能：将波形样值的数字编码转换成模拟值和完成单极性向双极性的波形输出；2.构成由两片0832和一块LM324运放组成。0832（1）是参考电压提供者，单片机向0832（1）内的锁存器送数字编码，不同的编码会产生不同的输出值，在本发生器中，可输出1V、2V、3V、4V、5V等五个模拟值，这些值作为0832毕业设计（论文）8（2）的参考电压，使0832（2）输出波形信号时，其幅度是可调的。0832（2）用于产生各种波形信号，单片机在波形产生程序的控制下，生成波形样值编码，并送到0832（2）中的锁存器，经过D/A转换，得到波形的模拟样值点，假如N个点就构成波形的一个周期，那么0832（2）输出N个样值点后，样值点形成运动轨迹，就是波形信号的一个周期。重复输出N个点后，由此成第二个周期，第三个周期……。这样0832（2）就能连续的输出周期变化的波形信号。运放A1是直流放大器，运放A2是单极性电压放大器，运放A3是双极性驱动放大器，使波形信号能带得起负载。地址分配：0832（1）：DFFFH，0832（2）：BFFFH2.4电源电路1.功能：为波形发生器提供直流能量；2.构成由变压器、整流硅堆，稳压块7805组成。220V的交流电，经过开关，保险管（1.5A/250V），到变压器降压，由220V降为10V，通过硅堆将交流电变成直流电，对于谐波，用4700μF的电解电容给予滤除。为保证直流电压稳定，使用7805进行稳压。最后，＋5V电源配送到各用电负载。毕业设计（论文）9第3章软件结构在波形产生器系统中，程序由人机交互模块和波形产生模块组成，人机交互模块又可分成键盘子模块和LED子模块。人机交互模块作为主程序，管理单片机系统，波形发生模块作为中断服务程序，实现系统的波形输出。图3-1如图3-1所示：(A)是波形发生器的主流图，由系统初始化和人机交互模块组成，其中LED显示子模块和键盘输入处理子模块占用单片机主要处理时间，单片机反复运行该模块程序人机交互模块相当于系统的监控程序；（B）是定时中断服务流程图，波形发生模块放置在定时中断服务程序中，系统每隔一定时间，产生一个定时中断，暂停主流程运行，转到定时中断服务程序起始处，执行波形发生模块，该模块输出一个样值后，结束此次中断服务，返回主流程断点处继续运行。反复多次定时中断服务，从而完成波形生成。片内RAM有128B的容量，30H~3FH定义为堆栈区，40H~45H定义为LED显示缓冲储存区，40H存放波形编号，41H~44H存放频率值，45H存放参考电压值，46H定义为设置标志区。主流程初始化LED显示键盘输入处理判断波形方波正弦波三角波锯齿波中断返回定时中断开始毕业设计（论文）103.1人机交互模块3.1.1LED显示子模块在单片机内部RAM中的40H~45H是LED显示器的显示缓冲区，40H的内容送到左边的第一只数码管显示，41H的内容送左边的第二只数码管……，45H的内容送左边的第六只数码管（最后一位）。显示缓冲区的内容如何形成可以显示的段码呢？在设计中，我们采用查表的方式来形成。编写程序前，根据共阴极LED显示器的工作原理，确定显示数字（1、2、3……8、9）的段码，将它们按大小顺序编制成显示码表，存于ROM中。在编程时，可以由显示缓冲区内的数字，通过查表的方法得到相应的段码。显示子模块的程序流程图如图3-2所示。图3-2子流程图LED显示初始化向8255的B口送位选信号形成下一次位选信号通过查表,将数字转换成显示段码送8255的A口延时形成下一位显示数字的地址显示6次吗?结束开始毕业设计（论文）113.1.2键盘输入处理子模块在具体实现时，键值识别部分作为主程序，键功能处理部分作为子程序，它们之间的关系是主程序调用子程序。键盘的工作过程：（1）扫描键盘，获得列扫描码和行状态码，从而确定被按下的按键的键值；（2）根据键值，通过散转表，跳转到相应的键功能处理部分；（3）进入键处理部分，完成键功能；(4)完成一次键输入工作。通过键盘对单片机系统进行设置，每按一次键，键盘都会有上述的处理过程，每次仅能完成一个键功能。在实际设置波形参数时，一个参数需要多个键功能来实现，那么相应的键盘也要多次完成键值识别，跳转键处理的工作过程。工作过程如图3-3和图3-4所示。图3-3散转表“0”键处理“1”键处理“9”键处理“En”键处理“CL”键处理“F”键处理“V”键处理“W”键处理返回键盘输入主程序“.”键处理开始毕业设计（论文）12图3-4键闭合查询闭合去抖动列扫描键盘行状态有零吗？获取列码和行码与键特征值比对找到键值吗？等待释放调用键功能处理退出形成下次列扫描码扫描4次吗？形成下个键值、形成下个特征比对16次吗？开始毕业设计（论文）13各功能键处理，设计如下：“F”键的处理，进入“KEY-F-PRO”子程序段，将设置标志区（ROM46H）设为01H，表示是频率参数设定；送42H到R5中，41H是频率值显示缓冲区首址；将ROM中41H、42H、43H等存储单元送#0AH，使LED显示“---0”，最后退回到键盘主程序，处理流程图3-5图3-5流程图“V”键处理：将设置标志区（ROM46H存储单元），设为02H，表示是参考电压设定；将ROM中46H存储单元置为#0AH，使相应位的LED显示“-”。处理流程图3-6。图3-6流程图将设置标志ROM46H设定为频率（01）RS设定为41H返回扫描程序开始46H＝02返回扫描程序开始毕业设计（论文）14“W”键处理，将设置标志区设为03H，表示是波形编号设定；将40H存储单元的内容置#0AH，使相应位的LED显示“-”。处理流程图3-7。图3-7流程图“0~9”键处理：首先查看设置标志区46H的内容，判断有无设置，若有设置，则判断是频率设置，还是参考电压设置，或者是波形