基于51单片机的函数信号发生器陈伟11017P

1南京信息职业技术学院毕业设计论文作者陈伟学号11017P20系部中认新能源技术学院专业电子信息工程技术（检测技术及应用）题目基于51单片机的函数信号发生器的设计指导教师李江雪评阅教师完成时间：2013年05月10日2毕业设计(论文)中文摘要(题目)：基于51单片机的函数信号发生器的设计摘要：此函数信号发生器是基于单片机AT89C51设计而成的，能够产生频率范围在0Hz—535Hz的锯齿波、正弦波、三角波、矩形波四种波形，并且能够通过液晶屏1602显示各自的波形类型以及频率数值。首先，单片机AT89C51经过程序设计的方法生成各种数字信号，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大。接着，通过按键来控制四种波形的类型选择、和频率数值选择，并由液晶屏1602显示其频率数值和波形类型。总的系统包括信号发生部分、数/模转换部分以及液晶显示部分三大部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。关键词：AT89C51DAC0832液晶屏16023Title:FunctionSignalGeneratorBasedon51single-chipdesignAbstract:ThisfunctionsignalgeneratorisbasedontheAT89C51microcontrollerdesign,capableofgeneratingfrequencyrange0Hz-535Hzsawtooth,sine,trianglewave,squarewave,fourtypesofwaveforms,andeachtypeofwaveformandfrequencycanbedisplayedbytheLCDscreen1602value.First,AT89C51microcontrollerprogrammingmethodtogenerateavarietyofdigitalsignalthroughtheD/AconverterDAC0832convertsthedigitalsignalintoananalogsignal,filteredandamplified.Then,thekeytocontrolthefourwaveformtypeselection,andfrequencyselectionofvalues,thevalueofitsfrequencyandwaveformtypeisdisplayedbytheLCDscreen1602.Thetotalsystemincludingasignalgeneratingpartofthedigital/analogconvertingsectionandaliquidcrystaldisplaysectionofthreeparts,whereininparticularforthedigital/analogconversionpartandthewaveformgeneratingandchangingpartdiscussesindetail.(空2行)keywords:AT89C51DAC0832LCDinscreen1602(小4号宋体)毕业设计(论文)外文摘要4目录1引言..............................................................52设计要求..........................................................53总体设计方案......................................................54硬件电路的实现....................................................64.1单片机最小系统的设计............................................64.1.1时钟电路......................................................74.1.2复位电路......................................................74.2D/A转换电路....................................................84.3放大滤波电路...................................................104.4键盘模块的设计.................................................104.5显示模块的设计..................................错误!未定义书签。5软件程序的的实现..................................错误!未定义书签。6测试仪器及测试说明...............................................14结论...............................................................14致谢................................................错误!未定义书签。参考文献...........................................................15附录A.............................................................15附录B.............................................................1651引言函数信号发生器是一种常用信号源。通常能够产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等多种波形，因其时间波形可用某种时间函数来描述而得名。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应用，密切地联系着工业、农业、生物医学等产业，并对它们的发展起到极大的促进作用。伴随着单片机技术的快速发展与普遍应用，函数信号发生器的性能和性价比将会有更大的提升空间。基于单片机的函数信号发生器将为智能化生活提供实质的帮助。本设计旨在通过查找文献资料提高自己独立学习、思考能力。提高把理论运用到实践当中的能力，提升认识水平。2设计要求1、利用AT89C51单片机设计的函数信号发生器产生正弦波、方波、三角波、锯齿波四种波形。2、四种波形输出类型可通过按键选择。3、波形频率可调（频率：0~535Hz）。4、需显示波形的频率。3总体设计方案该函数信号发生器采用单片机AT89C51作为数据处理及控制核心，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和变换。AT89C51单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各部分部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只要将AT89C51再配置键盘、6数模转换及波形输出、放大电路等部分，即可构成所需的函数信号发生器。首先，单片机AT89C51经过程序设计的方法生成各种数字信号，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大。接着，通过按键来控制四种波形的类型选择、和频率数值选择，并由液晶屏1602显示其频率数值。其信号发生器总体设计如图1所示。图1函数信号发生器总体设计4硬件电路实现4.1单片机最小系统的设计本次设计选用的单片机芯片是AT89C51单片机。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM)。图2单片机最小系统器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元。用AT80C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可。如图2所示。74.1.1时钟电路AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶休或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体(或陶瓷诺振器)及电容C1,C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。如图3所示。图3时钟电路4.1.2复位电路当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机开始复位。单片机复位电路是指单片机的初始化操作。图4复位电路单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并使这个状态开始工作。如图4所示。上电后，由于电容C1的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键sj1后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。如图4所示。84.2D/A转换电路D/AC0832是双列直插式8位D/A转换器。能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转换。DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。如图5所示。图5：DAC0832内部结构图D/ACA0832各引脚的功能如下：D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁器的数据会出错)；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；R2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1、WXFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。9IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；图6D/ACA0832引脚图Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；AGND：模拟信号地DGND：数字信号地通常DAC0832有三种不同的工作方式，主要依据对数据锁存器和DAC锁存器的控制方式划分：直通方式，单缓冲方式和双缓冲方式。图7单片机与D/AC0832直通连接方式本设计采用直通方式，当ILE接高电平，CS、WR1、WR2和XFER都接数字地时，DAC处于直通方式，8位数字量一旦到达DI7～DI0输入端，就立即加到8位D/A转换器，被转换成模拟量。如图7所示。104.3放大滤波电路如图8所示，LM324的5管脚与DAC0832的（IOUT2）12管脚相连，LM324的6管脚与DAC0832的（IOUT1）11管脚相连，LM324的7管脚与DAC0832的REF（9）管脚相连.第一级运算放大器的作用是将DAC0832输出的电流信号转化为电压信号V1，第二级运算放大器的作用是将V1通过反向放大电路-（R2/R1）倍。1234567891020191817161514131211P4DAC0832VCCCSDAWRD0VCC7562411LM32491083411LM32412V10KR25KR112V-12V-12V100