简易正弦波发生器

沈阳航空航天大学电子信息工程学院电子设计应用软件训练总结报告学生姓名：专业：通信工程班级：学号：指导教师：房启志训练时间：2015年7月13日至2015年7月17日电子信息工程学院电子设计应用软件训练任务【训练任务】1、熟练掌握Proteus软件的使用；2、按照设计要求绘制电路原理图；3、能够按要求对所设计的电路进行仿真；【基本要求及说明】1、按照设计要求自行定义电路图纸尺寸；2、设计任务如下：设计一个简易波形发生器。要求1）能够输出50Hz正弦波波形；2）正弦波峰峰值5V。3、按照设计任务在Proteus中绘制电路原理图；4、根据设计任务的要求编写程序，画出程序流程图，并在Proteus下进行仿真，实现相应功能。【按照要求撰写总结报告】成绩：＿＿＿＿＿电子设计应用软件训练总结报告1一、任务说明本次课程设计试一次综合性的实验，即用到了我们本学期学过的单片机的知识还考察我们对proteus软件的使用。既巩固了我们学过的知识，还锻炼了我们的动手能力。本次课程设计的设计内容为：设计一个简易波形发生器。要求1）能够输出50Hz正弦波波形；2）正弦波峰峰值5V。本设计中，选择单片机与D/A转换芯片结合的方法实现本设计。使用的基本元器件有：AT89C52单片机、DAC0832数模转换芯片、OP77AP运算放大器、电阻和电容等。二、原理图绘制说明总体而言，一个完善的系统最重要的是稳定，精确，设计简单，修护容易，成本低，体积小。满足以上条件的系统我们都可以说是完善的系统。因此，我在设计中选用了一些比较成熟的器件，这些器件都经过时间的考验，能稳定的工作，同时，价格也相对便宜。下面对本次所用器件进行简单介绍。1.AT89C52简介AT89C52单片机，是一种低功耗、高性能的、片内含有4KBFlashROM的8位CMOS单片机，工作电压范围为2.7～6V(实际使用+5V供电)，8位数据总线。它有—个可编程的全双工串行通信接口，能同时进行串行发送和接收。AT89C52具有4K并行可编程的非易失性FLASH程序存储器，可实现对器件串行在系统编程ISP和在应用中编程(IAP)。在系统编程ISP（In-SystemProgramming）当MCU安装在用户板上时允许用户下载新的代码在应用中编程。IAP（In-ApplicationProgramming）MCU可以在系统中获取新代码并对自己重新编程，这种方法允许通过调制解调器连接进行远程编程。片内ROM中固化的默认的串行加载程序BootLoader允许ISP通过UART将程序代码装入Flash存储器，而Flash代码中则不需要加载程序对于IAP用户程序通过使用片内ROM中的标准程序对Flash存储器进行擦除和重新编程。AT89C52管脚图如图1所示：电子设计应用软件训练总结报告2图1AT89C52管脚图2.DAC0832简介DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成,其管脚如图2所示：图2DAC0832管脚图根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。本设计采用直通方式，即CS，XFER，WR1，WR2均接地，ILE接高电平。使用时通过另加I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A转换。电子设计应用软件训练总结报告33.OP77AP简介OP77AP芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP77AP具有非常低的输入失调电压，所以OP77AP在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP77AP同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP77AP特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。OP77AP管脚如图3所示：图3OP77AP管脚图其中1脚和8脚是调零端，2脚是反相输入端，3脚是同相输入端，4脚是负电源端，7脚是正电源端，6脚是输出端，5脚是闲置管脚。三、原理图绘制3.1本设计运用rpoteus7.8绘制原理图，打开软件，点击“文件”-“新建设计”,接着出现如图4所示对话框，根据需要选择纸张大小及方向，在这里选择横向A4的尺寸大小就能满足设计需求。图4新建设计电子设计应用软件训练总结报告43.2新建设计建好后方可在元件库中查找设计所使用的器件，查找方法如图5所示，输入单片机型号“AT89C52”，窗口右上角显示的即为单片机的管脚图，点击右下角“确定”，然后在设计图纸中放置该器件。图5元件查找3.3振荡电路模块。不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和一定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡。或者说，能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。单片机芯片内部设有一个反向放大器所构成的振荡器，18脚和19脚分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟由内部电路产生，定时器件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路，电容C1，C2的取值在10-40pf。图6为振荡电路模块。图6振荡电路电子设计应用软件训练总结报告53.4复位电路模块。单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。单片机的复位模块见如图7所示：图7单片机复位电路复位引脚通过RST通过一个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需的信号。上图所示的上电复位电路通过外部复位电路的电容充电。3.5本设计中DAC0832与单片机接口电路采用直通方式，即CS、XFER、WR1和WR2均接地，ILE接高电平。DAC0832的数据输入端D10-D17与AT89C52单片机的P1口相连,单片机将正弦波数据表的数据直接送入DAC0832，由DAC0832将数字量转换成相应的模拟量并输出。连接口如图8所示。图8DAC0832与AT89C52连接图3.6DAC0832为电流输出型转换器，要获得模拟电压输出，就必须外接转换电路。本设计中要求输出的正弦波峰峰什为5V，所以需要用双极性电压输出。如图9所示，电子设计应用软件训练总结报告6U3和U4均为运算放大器OP77AP，用两级运算放大器组成的模拟电压输出电路，Vout2通过15K电阻反馈到运算放大器U4输入端。G点为虚拟地，由基尔霍夫定律例方程组，并解得128V128)-(DREFoutVV式中，；001167222267ddddD为一常数256/REFV。由上式可知，在选用+VREF时，若输入数字量最高位d7为“1”，则输出模拟电压Vout2为正；若输入数字量最高位为“0”，则输出模拟电压Vout2为负。在选用-VREF时，Vout2输出正好和选+VREF相反。为满足设计要求，参考电压VREF应为+2.5V，则点Vout1输出电压为0～-2.5V，点Vout2输出电压为±2.5V，即峰峰值为5V。OP77AP与DAC0832的连接如图9所示。图9OP77AP与DAC0832连接图四、程序设计4.1设计任务要求正弦波频率f=50Hz，则周期T=0.02s。用单片机的定时器，选择可行的工作方式并计算出初值，通过软件编程可实现0.02s的定时。最主要的是DAC0832数模转换时需要建立一个正弦波数据表为D/A转换作准备。计算方法，对一电子设计应用软件训练总结报告7个周期（2π）取样256次，也就是说第0个取样点的弧度是0，那么第一个取样点的弧度值就是x1=π/128,第二个取样点的弧度为x2=(π/128)*2,依次类推，所以有f(x)=sin(x)*128+128。或者直接运用软件生成数据表。本设计中利用单片机定时器中断，每产生一次中断都取正弦数据表中的一个数据送给D/A转换器，通过程序编写实现将正弦数据表在所需周期内逐个转换，最终形成正弦波。程序流程图如图10所示：图10程序流程图开始定时器、中断初始化定时器中断？flag==1?i255?NYYN定时器重装初值flag=1flag=0i=0Yi=i+1，DAC0832(sin(i));电子设计应用软件训练总结报告84.2程序设计使用的软件为keil3，该软件集成了丰富的芯片资源，而且能够与proteus7.8联合调试，既可以用C语言编程也可用汇编编程。打开软件，新建一个工程，填写文件名并点击保存，则出现选择CPU对话框，如图11所示。选择Atmel的AT89C52，点击确定。图11CPU选择4.3新建工程结束后需要新建一个文件，该文件用来输入程序代码，文件格式可为“.C或.ASM”，保存好后将文件添加到源代码组中，若不添加会导致proteus无法仿真，即使程序与原理图没有出错。程序编写完成，编译没有错误，设置输出HEX文件，如图12所示。图12输出HEX文件电子设计应用软件训练总结报告9五、原理图仿真及结果双击单片机，将经过keil3编译输出的HEX文件添加到单片机中，如图13所示。接着即可开始进行功能仿真，仿真结果如图14所示。图13添加HEX文件图14仿真波形从图14仿真波形中我们只知道输出的是正弦波，至于是否满足设计要求图中并未体现，因此有必要获取示波器网格中每个小格所表示的数量单位。如图14所示：电子设计应用软件训练总结报告10图15示波器网格数据由图15知，网格的水平方向每小格代表10ms，即正弦波的周期为20ms，频率Hzf50；纵向每小格代表1V，即峰峰值为5V，与理论值相符。因此，仿真的结果符合设计任务要求。六、总结虽然这次课程设计只有短暂的1周时间，但我感觉到这些天我的所学胜过我这一学期所学，这次任务原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩固和应用。课程设计是培训学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实际问题的重要教学环节，是对所学知识的复习和巩固。同样，也促使了同学们的相互探讨，相互学习。因此，我们必须认真、谨慎、踏实、一步一步的完成设计。总之，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。最真挚的感谢我们的辅导老师，在设计过程中，老师精心的辅导和不厌其烦地的态度才使得我们以顺利的完成这次设计，他那无私的奉献的精神照耀着我们对学习的热爱，同时也增加我们对知识的追求和欲望度。七、参考文献[1]林立、张俊亮.单片机原理及应用.第2版，[M]出版地：电子工业出版社，2013年.[2]艾运阶.MCS-51单片机项目教程，[M]出版地：北京理工大学出版社，2012年.[3]阎石.数字电子技术基础(第五版)，[M]出版地：高等教育出版社，2006年.[4]陈海晏.51单片机原理及应用，[M]出版地：北京航空航天大学出版社，2010年.[5]张毅刚、刘杰.单片机原理及应用.第3版，[M]出版地：哈尔滨工业大学出版社，2010年.电子设计应用软件训练总结报告11附录Ⅰ原理图电子设计应用软件训练总结报告12附录Ⅱ源程序#includereg52.hbitflag;unsignedchari;unsignedcharsin(unsignedcharx)//正弦波{unsignedcharcodesin_tab[]={0x7F,0x82,0x85,0x88,0x8B,0x8F,0x92,0x95,0x98,0x9B,0x9E,0xA1,0xA4,0xA7,0xAA,0xAD，0xB0,0xB3,0xB6,0xB8,0xBB,0xBE,0xC1,0xC3,0xC6,0xC8,0xCB,0xCD,0xD0,0xD2,0xD5,0xD7，0xD9,0xDB,0xDD,0xE0,0xE2,0xE4,0xE5,0xE7,0xE9,0xEB,0xEC,0xEE,0xEF,0xF1,0xF2,0xF4，0xF5,0xF6,0xF7,0xF8,0xF9,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,0xFD,0xFD,0xFE,0xFE,0xF