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1毕业设计(论文)设计(论文)题目: 基于单片机的数字信号发生器设计 电 气 工 程 学 院 2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 3DIGITAL 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 4目录绪论91. 波形发生器现状92. 单片机在波形发生器中的运用9第一章 系统设计101. 系统要求112. 系统方案选择与论证113. 系统设计原理与思路11第二章 硬件电路的设计121. AT89S51的介绍122. 资源分配153. 最小单片机系统的设计154. 各模块电路的设计175. ISP接口23第三章 软件设计241. 主程序的设计252. 锯齿波程序的设计253. 三角波程序的设计264. 正弦波程序的设计275. 方波程序的设计28第四章 测试仿真291. 软件仿真292. 仿真结论分析303. 硬件测试结论分析31第五章 其它31 51. 致谢及心得312. 参考文献32附录32附录一:Protel 原理图32附录二:PCB 图33附录三:Proteus 仿真图34附录四:系统源程序35附录五:元件清单43 6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。2. 单片机在波形发生器中的应用随着电子技术的飞快发展,单片机的应用不断的深入,基于单片机的智能仪器的设计技术不断成熟。单片机构成的仪器具有高可靠性,高性价比,单片机技术在智能仪表和自动化等诸多领域有了极为广泛的应用,并应用到各种家庭电器,单片机技术的广泛应用推动了社会的进步。一块单片机芯片就是一台计算机,单片机的这种特殊的结构形式,使得其在某些应用领域,它承担了大中型计算机和通用微机无法完成的一些工作。单片机有很多优点和特点,归纳有以下几个方面:(1) 具有优异的性价比单片机尽可能的把应用所需要的存储器,各种功能的 I/O 接口集成在一块芯片内,因而其性能优越,而价格性对低廉(2) 集成度搞,体积小,可靠性高单片机把各种功能部件集成在一块芯片上,因而集成度高,为大规模集成电路或超大规模集成电路,又内部采用总线结构,因而大大减少了芯片内部之 7间的连线,这大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力,同时,体积小,对于强磁场环境易于采用屏蔽措施,适合于在恶劣环境下工作。 (3) 低电压和低功耗单片机大量用于携带式产品和家用消费类产品,低电压和低功耗尤为重要。目前,许多单片机已可在 2.2V 电压下运行,有的已能在 1.2V 或 0.9V 下工作,功耗降至 A 级,一粒钮扣电池就可长期使用。利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号,其下限频率很低。具有线路相对简单,结 构紧凑,价格低廉,频率稳定度高,抗干扰能力强,用途广泛等优点,并且能够对波形进行细微调整,改良波形,使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改,调整程序,即可完成功能升级。这里介绍一种采用 AT89S51 单片机和一片 DAC0832 数模转换器做成的数字式低频信号发生器,它的特点是价格低、性能高,在低频范围稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等。信号发生器与其它相比还具有如下优点:较分立元件信号发生器而言,具有频率高,工作稳定,容易调试等特性;较专用 DDS 芯片的信号发生器而言,具有结构简单,成本低等特性。(4) 控制功能强单片机体积虽小,但“五脏俱全” ,它非常适用于专门的控制用途。为了满足工业控制要求,一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令,I/O 口的逻辑操作指令以及位操作指令。其逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。结论:利用单片机采用程序设计方法来产生波形,线路相对简单,结构紧凑,价格低廉,频率稳定度高,抗干扰能力强等优点,而且还能对波形进行细微的调整,改良波形,易于通过程序控制,只要对电路稍加修改,调整程序,就能实现功能的升级。一系统设计 81.系统设计要求(1) 采用 AT89S51 及 DAC0832 设计信号发生器(2) 输出信号为正弦波或三角波或阶梯波(3) 输出信号频率为 100Hz,幅度-5V+5V 可调(4)必须具有信号输出及外接电源、公共地线接口,程序在线下载接口2.总体方案选择与论证方案一:采用模拟分立元件或单片压控函数发生器(8038)可产生三角波,正弦波等。通过调整外部元件的参数实现频率,幅值,占空比的调整,但是由于元件太过分散,即使使用单片压控函数发生器,参数与外部条件有关。因而产生的波形稳定性差,精度低,抗干扰能力差,价格高,且灵活性差方案二:采用单片机(AT89S51)和数模转换芯片(DAC0832)实现波形的产生,波形的产生由程序控制,向 D/A 的输入端按一定的规律发送数据,经过 D/A 和 MC1458 产生100HZ 频率波形,通过查询键盘或中断控制不同波形的产生。此方案通过编程简化了外部电路,原理简单,容易实现。方案选择:经比较,方案二明显更容易实现课程设计题目的要求。通过编程实现不同波型的产生,并且可以通过按键实现波形的切换。该方案线路简单,结构紧凑,系统稳定,易控制,容易调试等优点,综上分析,选择方案二实现课题要求3.系统设计基本原理和思路(1)系统原理框图如图 1图 1 波形发生器系统框图键盘AT89S51波形指示电源A/D 转换基准电压电流/电压转换 输出 9(2)原理框图分析:该波形发生器主要由单片机(AT89S51) ,数模转换电路(DAC0832),电流/电压转换电路(MC1458) ,按键和波形指示灯电路,ISP 接口等组成。其工作原理为当按下四个按键当中的任何一个按键,就会产生相对应的波形,并且四个LED 灯作为不同波形的指示。二硬件电路的设计1AT89S51 的介绍(1) AT89S51 的介绍AT89C51 是美国
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