基于单片机的函数信号发生器课程设计(毕业设计)完整版.doc
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基于单片机的函数信号发生器设计1引言函数信号发生器是一种用于生成常用函数信号的仪器仪表,主要用于电子测试、数据采集和计算机仿真系统中。
由于仪器价格昂贵、操作复杂、生成信号精度一般,因此基于单片机来设计函数信号发生器就显得尤为重要和实用。
本文介绍以单片机(MCU)作为控制核心设计函数信号发生器的原理及其实现过程。
2相关技术使用单片机作为函数信号发生器的核心控制,就需要按照以下步骤实现:(1)主控芯片的选择:单片机有着多种型号,用来实现函数信号发生器时,应选择具有较丰富的资源和功能特性的以太网芯片,以保证其对复杂信号系统的支持。
(2)信号频率的控制:信号频率的控制是函数信号发生器的重要功能,主要利用单片机的定时中断和PWM模块实现,单片机的定时中断功能可以实现对定义频率的准确控制;PWM模块可以进行频率的精确控制,并能实现调频的模拟信号输出。
(3)信号特征的定义:函数信号发生器可以制定正弦、方波、三角波或矩形波等信号,其信号形式定义很精确,且可以任意调节信号幅度、频率、波形等特性,这就要求用单片机控制信号特征,实现对波形信号的可调控,进而实现任意设置周期内任意特征信号。
(4)模数转换:单片机通过AD转换模块,实现对外部信号的采样和转换,并将转换后的数据存入内部影象存储器,然后根据采样参数的设置改变信号,实现信号发生。
3系统设计根据以上技术步骤,确定了基于单片机的函数信号发生器的设计模式,并根据主控芯片的性能参数和功能要求,确定了STM32系列芯片作为控制主模块,由它完成函数信号发生器的主控制功能,具体实现步骤如下:(1)MCU主模块的选择:STM32系列芯片主要以ARM Cortex-M内核为核心,内部集成了DMA、多种定时器、CAN、USB、IIC、ADC/DAC 等功能,因此选用该系列的芯片即可大大提高系统结构的灵活性和效率。
(2)信号函数参数的确定:正弦波、三角波、矩形波和方波等信号波形参数可以根据信号源参数进行确定,可以分析出正弦波、三角波、矩形波和方波的频率,幅值和偏移量等参数。
基于单片机的波形发生器叶光显----2005.8.5一设计目标设计一台基于单片机的函数信号发生器,能实现以下基本功能:1、波形:方波、正弦波、三角波、锯齿波2、幅值电压:0V到5V3、频率:0K到10K4、输出极性:双极型。
使用操作如下:1、上电,系统初始化,数码管显示6个0,等待输入设置命令。
2、按“F”、“V”、“W”键,分别进入频率、幅值、波形设置,数码管显示“-”。
输入相应的参数,显示参数值,按“CL”键,清除所有已设定参数,参数设定完毕按“EN”键,数码管显示波形的编号、频率、电压幅值等。
3、波形发生器输出信号时,按下任意键可停止信号输出,等待重新设置参数。
4、要停止使用波形发生器,可按复位按键,将系统复位,然后关闭电源。
二方案选择1、MCU方案目前市场上的单片机种类繁多,各有长短。
其中51系列单片机技术成熟,价格低廉,是应用最广泛的单片机系列。
AT89C51单片机是51系列当中的一种,它是美国A TMEL 公司的8位Flash单片机,以MCS-51为内核,其内部具有4K FEPROM,可以满足一般的小应用系统的程序存储要求。
为了缩小硬件电路空间,这里可以选择20dip封装的AT89C2051单片机,这个CPU除了没有P0口、P2口及其它4个控制管脚外其他功能与AT89C51完全一样。
2、人机交互电路方案人机交互主要分为用户输入和系统输出两个部分(这里只讨论对用户输入数据的回显总分,波形的输出总分在后面讨论)。
最常用的用户输入工具是键盘,键盘和显示往往是紧密地联系在一起,成对出现的,市场上因此也就有多种键盘显示控制器。
人们通常的键盘选择方案有以下几种:1)用通用可编程并行接口芯片8255构成一个键盘显示控制器,这是一种常用的方案,因为8255使用简单,货源充足,尤其适用于简单的系统中。
2)专用可编程键盘显示控制器8279也是一种常用的键盘显示选择方案,8279与MCU的接口是通过并行数据口相联的,可以同时控制8位数码管显示和8×8键盘矩阵,由于数据的输入输出口都是并行数据口,因此线路连接比较复杂。
目录1 绪论 (5)1.1 选题背景及意义 (5)1.1.1 本课题的研究现状 (5)1.1.2 选题目的及意义 (6)1.2 设计任务及要求 (6)1.2.1 设计的基本要求 (7)1.2.2 本文结构安排 (7)2 函数发生器系统设计 (8)2.1 设计方案的比较 (8)2.2 系统模块设计 (9)2.2.1 控制模块: (9)2.2.2 按键及其显示模块: (9)2.2.3 波形产生模块 (9)2.2.4 D/A转换 (10)2.3 系统总体框图 (12)2.4 理论分析 (12)2.4.1 电路的理论计算 (12)2.4.2 波形产生相关理论 (15)2.5 单片机软件开发系统 (15)3 系统硬件电路的设计 (17)3.1 单片机最小系统 (17)3.2 单片机的接口电路 (18)3.3 幅度控制模块 (23)3.3.1 单片机与DAC0832的接口 (23)3.3. 2DAC0832与运放的连接 (23)4 系统软件设计 (26)4.1 系统软件设计方案 (26)4.2 系统软件流程图 (26)4.3 信号产生程序 (27)4.3.1 正弦波产生 (28)4.3.2 三角波产生 (28)4.3.2 方波产生 (29)4.3.4 锯齿波的产生 (30)5 系统调试与测试 (32)5.1 调试 (32)5.2 测试 (35)6 结论与展望 (38)6.1 结论 (38)6.2 展望 (38)致谢 (39)参考文献 (51)附录 (40)附录一系统软件部分源程序 (40)附录二系统原理图 (49)附录三系统PCB图 (50)基于单片机的波形发生器的设计学生:李利刚指导老师:李敏(黄冈职业技术学院)摘要:函数发生器是一种用于产生标准信号的电子仪器,它广泛用于工业生产、科研和国防等各个领域中,所以论文选题具有一定的实用意义。
本文介在绍了函数发生器的基本概念及原理的基础上,采用AT89C51单片机为核心,完成了简易的DDS函数发生器的硬件设计和软件编程,并通过调试实现了其功能和主要技术指标。
毕业论文设计题目名称: 基于单片机的多功能函数信号发生器设计题目类型: 毕业设计院 (系): 电子信息学院专业班级:学生姓名:指导教师:辅导教师:时间:2013年3月至2013年6月目录长江大学毕业设计论文任务书I毕业设计(论文)开题报告III长江大学毕业论文设计指导教师评审意见X长江大学毕业论文设计评阅教师评语XI长江大学毕业论文设计答辩记录及成绩评定XII中文摘要XIII英文摘要XIV1 绪论11.1单片机概述 11.2函数发生器的分类 11.3 研究内容 22 方案的设计与选择3 2.1 方案的比较 32.2 设计原理 32.3 设计思想 42.4 设计功能 43 主要器件介绍 63.1 AT89C51简介 63.2 8255简介 83.3 DAC0832简介83.4 数码管显示原理9 4硬件设计114.1 硬件原理框图 114.2 主控电路114.3 数/模转换电路12 4.4 按键接口电路 134.5 时钟电路144.6 显示电路155 软件设计165.1 设计构思165.2 程序流程图165.3 波形图226 结论25参考文献27附录1 电路原理图28附录2 源程序 29附录3 器件清单40长江大学毕业设计论文任务书学院(系)电子信息学院专业电气工程及其自动化班级学生姓名指导教师/职称1.毕业设计论文题目:基于单片机的多功能函数信号发生器设计2.毕业设计论文起止时间:2013年3月11日~2013年6月10日3.毕业设计论文所需资料及原始数据(指导教师选定部分)1 王世虎,刘明杰,李晓峰.基于C8051F单片机信号发生器设计与应用[J].中国科技信息,20092 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计[M].电子工业出版社,20053 张洪涛,万红,杨述斌,数字信号处理[M].华中科技大学出版社,20064 徐爱钧.8051单片机实践教程[M].电子工业出版社,20055 CNKI中国知网上关于利用单片机设计信号发生器的期刊论文,硕士论文等4.毕业设计论文应完成的主要内容 (1)熟悉单片机开发方法,熟练掌握汇编语言; (3)探讨单片机产生方波,正弦波,三角波的方法;(3)研究产生任意波形的方法;(4)设计单片机和DA转换器的连接方法;(5)设计单片机驱动DA转换器的汇编语言程序,并调试5.毕业设计论文的目标及具体要求要求熟练掌握单片机的开发流程。
基于单片机的函数信号发生器设计所用元器件:基于单片机的函数信号发生器1.设计目的1.学习使用keil编程,使用Altium Designer绘制原理图;2.使用单片机产生正弦波、方波、三角波、锯齿波并可通过按键对波形切换、幅值和频率的调整;3.学习使用示波器显示波形;2.设计原理基于单片机的函数发生器原理以STC89C51为整个函数发生器的核心部分,通过编写程序和执行程序,运用示波器显示出四种波形,分别是正弦波、三角波、方波和锯齿波。
本设计拥有五个按键,分别实现波形的切换,改变波形的频率和幅值的大小。
芯片DAC0832将数字信号转换成模拟信号输出并通过外接运算放大器OP07实现电流向电压的转换,最后通过示波器显示出波形。
3.设计内容基本设计内容本次设计的主要内容是设计一个基于单片的函数信号发生器实现正弦波、三角波、方波和锯齿波。
利用单片机设计程序,使其能够通过按键有效切换四种波形,并且实现波形幅值和频率的调整满足本设计的要求,进行硬件系统和软件系统的设计,最后调试完成本次设计。
LCD1602液晶显示波形种类、幅值以及频率。
频率的可调范围在1—10HZ,幅值可调范围在1—5V。
显示屏上显示参数,第一行显示波形。
第二行左边显示波形频率,右边显示波形幅值。
本设计由五个功能按键,分别进行波形切换,加减幅值和加减频率。
电压在示波器上显示,硬件原理示意图,如图1.1所示。
图1.1 硬件原理设计图模块设计单片机最小系统模块本设计STC89C51为整个函数发生器的核心部分,单片机、时钟电路和复位电路构成单片机的最小系统,如图2.1所示。
图单片机最小系统模块原理图晶体谐振器是时钟电路的重要组成部分,将晶体谐振器放入电路,上电后它会产生机械振荡,单片机凭借晶体谐振器的频率运行所设计出来的频率,所以说晶体谐振器的频率是单片机操作时间规律,保证单片机平稳的工作。
晶体谐振器是控制CPU的时钟频率的。
频率控制运行速度。
晶体谐振器虽然是振荡电路的一部分,但是它自身不会产生震荡,它会有一个固定的频率,然后与外围电路发生谐振。
本科毕业设计题目基于单片机的函数信号发生器学院工学院专业农业电气化及自动化毕业届别二〇一一届姓名指导老师杨职称讲师北京农业大学教务处制二〇一一年六月目录第一章绪论 (4)1.1设计背景及意义 (4)第二章整体设计 (6)2.1设计思路 (6)2.2系统硬件设计 (7)第三章单片机AT89S51介绍 (8)3.1 单片机的选择 (8)3.2 AT89S51主要性能 (8)3.3 AT89S51主要特点 (9)第四章硬件设计 (10)4.1信号发生部分 (10)4.2频率计数器部分 (12)4.2.1利用AT89S51计数 (12)4.3放大电路 (13)4.4 LED显示器 (14)4.4.1 数码管的选择 (14)4.4.2数码管段驱动芯片74LS573 (14)4.4.3 键盘电路设计 (15)第五章程序设计 (17)5.1信号频率数据采集程序 (17)5.1.1程序设计的语言 (17)5.2 程序设计 (18)5.3 正弦波的产生 (18)5.4 方波的产生 (19)5.4.1 方波流程图 (19)5.4.2 程序设计 (19)5.5 锯齿波的产生 (20)5.5.1 锯齿波产生的流程图 (21)5.5.2 锯齿波程序设计 (21)5.6 键盘程序设计 (22)5.6.1 键盘扫描程序 (22)5.6.2 键盘处理程序设计 (23)5.7 数码管程序设计 (25)设计总结 (25)参考文献 (26)致谢........................................................ 错误!未定义书签。
基于单片机的函数信号发生器谁谁谁(北京农业大学工学院 2007级农业电气化与自动化)摘要:函数(波形)信号发生器能产生某些特定的周期性时间函数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等)信号。
它在军事方面,如航天飞机的飞行控制、卫星陀螺仪的控制以及导弹发射架的起降控制等。
源程序:ORG 0000HAJM MAINORG 000BHLJMP TC0ORG 0030HMAIN:MOV DPTR,#9FFFH 指向DAC0832(1)MOV A,70HMOVX @DPTR,A DAC0832(1)输出MOV DPTR,#7F00H 指向8155命令字端口地址MOV A,#06H 设置A口为输入,B口、C口为输出MOVX @DPTR,A 送命令字MOV DPTR,#7F01H 指向A口地址MOVX A,@DPTR 读入A口的开关数据JNB ACC.4,K10H 判断是否“4”号键,若是则转输出10Hz信号JNB ACC.5,K100H 判断是否“5”号键,若是则转输出100Hz信号JNB ACC.6,K500H 判断是否“6”号键,若是则转输出500Hz信号JNB ACC.7,K1K 判断是否“7”号键,若是则转输出1KHz信号AJMP MAINLED1:MOV R3,#06H 设置6个LED显示MOV R2,#01H 选通第一位LED数据MOV R1,#30H 送显示缓冲区首址GN1:MOV DPTR,#7F03H 指向C口地址MOV A,R2 位选通数据送AMOVX @DPTR,A 位选通数据送C口RL A 选通下一位MOV R2,A 位选通数据送R2中保存MOV A,@R1 取键值MOV DPTR,#TAB 送LED显示软件译码表首址MOVC A,@A+DPTR 查表求出键值显示的段码MOV DPTR,#7F02H 指向B口地址MOV @DPTR,A 段码送显示LCALL LOOP1 调延时子程序INC R1 指向下一位显示缓冲区地址DJNZ R3,GN1 循环显示6个LEDRETLOOP1:MOV R4,#08H 延时子程序LOOP:MOV R5,#0A0HDJNZ R5,$DJNZ R4,LOOPRETK10H:MOV 30H,#00H 显示10HzMOV 31H,#00HMOV 32H,#00HMOV 33H,#00HMOV 34H,#01HMOV 35H,#00HLCALL LED1 调显示子程序MOV TMOD,#00HMOV TL0,#15HMOV TH0,#9EHAJMP PDK100H:MOV 30H,#00H 显示100HzMOV 31H,#00HMOV 32H,#00HMOV 33H,#01HMOV 34H,#00HMOV 35H,#00HLCALL LED1 调显示子程序MOV TMOD,#00HMOV TL0,#08HMOV TH0,#0F6HAJMP PDK500H:MOV 30H,#00H 显示500HzMOV 31H,#00HMOV 32H,#00HMOV 33H,#05HMOV 34H,#00HMOV 35H,#00HLCALL LED1 调显示子程序MOV TMOD,#00HMOV TL0,#01HMOV TH0,#0FEHAJMP PDK1K:MOV 30H,#00H 显示1KHzMOV 31H,#00HMOV 32H,#01HMOV 33H,#00HMOV 34H,#00HMOV 35H,#00HLCALL LED1 调显示子程序MOV TMOD,#00HMOV TL0,#01HMOV TH0,#0FFHPD:JNB ACC.0,KE0 判断是否“0”号键按下,若是则转方波输出JNB ACC.1,KE1 判断是否“1”号键按下,若是则转正弦方波输出JNB ACC.2,KE2 判断是否“2”号键按下,若是则转三角波输出JNB ACC.3,KE3 判断是否“3”号键按下,若是则转锯齿波输出LJMP PDKE0:MOV R7,#00HLCALL LED1 调显示子程序MOV R6,#00HAJMP GNKE1:MOV R7,#02HLCALL LED1 调显示子程序MOV R6,#00HAJMP GNKE2:MOV R7,#02HLCALL LED1 调显示子程序MOV R6,#00HAJMP GNKE3:MOV R7,#02HLCALL LED1 调显示子程序MOV R6,#00HGN:SETB TR0SETB ET0SETB EALOP1:JNB ACC.4,K10H 判断是否“4”号键,若是则转输出10Hz信号JNB ACC.5,K100H 判断是否“5”号键,若是则转输出100Hz信号JNB ACC.6,K500H 判断是否“6”号键,若是则转输出500Hz信号JNB ACC.7,K1K 判断是否“7”号键,若是则转输出1KHz信号AJMP LOP1TC0:CJNE R7,#00H,TC1 发送方波程序MOV DPTR,#TAB1 送方波数据表首址MOV A,R6 发送数据寄存器MOVC A,@A+DPTRMOV DPTR,#0AFFFH 指向DAC0832(2)MOVX @DPTR,A DAC0832(2)输出MOV A,R6INC ACJNE A,#32,QL1MOV R6,#00HAJMP QL1TC1:CJNE R7,#01H,TC2 发送正弦波程序MOV DPTR,#TAB2 送正弦波数据表首址MOV A,R6MOVC A,@A+DPTRMOV DPTR,#0AFFFH 指向DAC0832(2)MOVX @DPTR,A DAC0832(2)输出MOV A,R6INC AMOV R6,ACJNE A,#32,QL1MOV R6,#00HAJMP QL1TC2:CJNE R7,#02H,QL1 发送三角波程序MOV DPTR,#TAB3 送三角波数据表首址MOV A,R6MOVC A,@A+DPTRMOV DPTR,#0AFFFH 指向DAC0832(2)MOVX @DPTR,A DAC0832(2)输出MOV A,R6INC AMOV R6,ACJNE A,#32,QL1MOV R6,#00HAJMP QL1TC3::CJNE R7,#03H,QL1 发送锯齿波程序MOV DPTR,#TAB4 送锯齿波数据表首址MOVC A,@A+DPTRMOV DPTR,#0AFFFH 指向DAC0832(2)MOVX @DPTR,A DAC0832(2)输出MOV A,R6INC AMOV R6,ACJNE A,#32,QL1MOV R6,#00HQL1:RETITAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,82H,0F8H,80HTAB1:DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB 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基于AT89S51单片机的数字信号发生器【摘要】智能仪器的出现,极大地扩充了传统仪器的应用范围。
智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势,迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。
本系统是基于AT89S51单片机设计的数字式波形发生器。
采用AT89S51作为系统的控制核心,外围电路采用数字/模拟转换电路(DAC0832),运放电路(MC1458),按键,ISP接口等。
通过按键控制切换产生正弦波,锯齿波,三角波,方波,各类型信号的频率统一为100HZ,而幅值在-5V~+5V范围内可调。
本设计电路原理简单,性能较好,具有一定的实用性和参考价值。
【关键词】单片机 ,波形发生器,D/A电路DIGITAL SIGNAL GENERATOR DESIGN BASED ON AT89S51【ABSTRACT】The emergence of intelligent machines, which greatly expanded the scope of application of traditional instruments. Intelligent instrument, with its small size, powerful, low-power advantages of home appliances quickly, research institutes and industrial enterprises has been widely used.The system is a digital waveform generator based on single chip computer. AT89S51 is used as a control core. The system is composed by digital/analog conversion (DAC0832),imply circuit (MC1458),button ISP inferface and LED lights. It can generate square triangle and sine wave,with LED display .The frequency of various types of signal unity of 100HZ, but the amplitude in the-5V ~ +5 V range adjustable. The circuit design is simple, better performance, has some practical and reference value.【KEY WORDS】the single chip computer , the signal generator , D/A conversion目录绪论 (9)1. 波形发生器现状 (9)2. 单片机在波形发生器中的运用 (9)第一章系统设计 (10)1. 系统要求 (11)2. 系统方案选择与论证 (11)3. 系统设计原理与思路 (11)第二章硬件电路的设计 (12)1. AT89S51的介绍 (12)2. 资源分配 (15)3. 最小单片机系统的设计 (15)4. 各模块电路的设计 (17)5. ISP接口 (23)第三章软件设计 (24)1. 主程序的设计 (25)2. 锯齿波程序的设计 (25)3. 三角波程序的设计 (26)4. 正弦波程序的设计 (27)5. 方波程序的设计 (28)第四章测试仿真 (29)1. 软件仿真 (29)2. 仿真结论分析 (30)3. 硬件测试结论分析 (31)绪论1.波形发生器现状波形发生器作为一种常用的应用电子仪器设备,传统的波形发生器可以完全用硬件电路搭建,如应用555振荡电路可以产生正弦波,三角波,方波等波形,传统的波形发生器多采用这种方式设计,这种方式不应用单片机,但是这种方式存在波形质量差,控制难,可调范围小,电路复杂和体积大等缺点,在科学研究和生产实践中,如工业过程控制,生物医学,地震模拟震动等领域往往需要低频信号源,而由硬件搭建的波形发生器效果往往达不到好的效果,而且低频信号源所需要的RC很大,大电阻,大电容在制作上有困难,参数的精度也难以保证,而且体积大,漏电,体积大是该类波形发生器的显著缺点。
综合实验课程报告课题名称基于单片机的函数信号发生器摘要本文介绍一种用AT89C51单片机构成的波形发生器,可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等多种波形,波形的周期可用程序改变,并可根据需要选择单极性输出或双极性输出,具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。
文章给出了源代码,通过仿真测试,其性能指标达到了设计要求。
关键词:单片机;DAC ;信号发生器目录摘要 ............................................................... 目录 ...............................................................第一章绪论 ..........................................................1.1单片机概述 ......................................................1.2信号发生器的分类 ................................................1.3研究内容 ........................................................第二章方案的设计与选择 ..............................................2.1方案的比较 ......................................................2.2设计原理 ........................................................2.3设计思想 ........................................................2.4设计功能 ........................................................第三章硬件设计 ......................................................3.1硬件原理框图 ....................................................3.2主控电路 ........................................................3.3数、模转换电路 ..................................................3.4按键接口电路 ....................................................3.5时钟电路 ........................................................3.6显示电路 ........................................................第四章软件设计 ......................................................4.1程序流程图 ......................................................第五章总结与展望 .................................................... 致谢 ............................................................... 参考文献 ............................................................. 附录1电路原理图 ..................................................... 附录2 源程序 . ........................................................ 附录 3 器件清单......................................................第一章绪论1.1单片机概述随着大规模集成电路技术的发展,中央处理器(CPU、随机存取存储器(RAM、只读存储器(ROM、(I/O接口、定时器/计数器和串行通信接口,以及其他一些计算机外围电路等均可集成在一块芯片上构成单片微型计算机,简称为单片机。