基于单片机的波形发生器(C语言)
单片机原理及接口技术
课程设计报告
设计题目：波形发生器
学号：1202601**
姓名：**
指导教师：孙**
信息与电气工程学院
二零一五年六月
波形发生器设计
波形发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。
在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。
本系统利用单片机AT89C51采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、三角波三种波形，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，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，并通过LED显示其各自的周期。
本次关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，而且具有很强的可行性。该信号源的特点是：体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。
1. 设计任务
结合实际情况，基于AT89C51单片机设计一个波形发生器。该系统应满足的功能要求为：
(1) 产生三种波形（三角波、锯齿波、正弦波）；
(2) 按键选择波形，加减键选择频率；
(3) 在示波器中显示三种波形；
(4) 在六位数码管上显示周期；
主要硬件设备：单片机实验开发系统、AT89C51单片机、DAC数模转换芯电路、六位数码管（LED）、矩阵键盘、8155芯片、示波器。
2. 整体方案设计
波形发生器系统以AT89C51单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的接口功能，构成整个波形发生器系统。
利用 AT89S52 单片机构造多功能信号发生器，可产生正弦波，方波，三角波，锯齿波四种波形，通过 C 语言对单片机的编程即可产生相应的波形信号，并可以通过键盘进行各种功能的转换和信号频率的控制，当输出的数字信号通过
数模转换成模拟信号也就得到所需要的信号波形，通过运算放大器的放大输出波形，同时让显示器显示输出的波形信息。
（1）三角波产生思路
首先，根据按键设定的波形频率，选择一个周期内合适的点数，根据点数和峰值计算相邻2个点的幅度的步进值，根据点数和频率设定相邻2点的时间值，计算出定时器的初值，然后，设置一个变量每进一次定时中断DA数据就加幅值步进，当等于总点数的一半时，每进一次定时中断就把DA数据减幅值步进直到DA数据为0，计数变量清零。每进一次定时中断输出刷新DA的数据就可以产生一定频率和幅值的三角波。
（2）锯齿波产生思路
首先，根据按键设定的波形频率，选择一个周期内合适的点数，根据点数和峰值计算相邻2个点的幅度的步进值，根据点数和频率设定相邻2点的时间值，计算出定时器的初值，然后，定时输出刷新DA的数据就可以产生一定频率和幅值的波形。
（3）正弦波产生思路
首先，写一个表格，然后根据按键设定的波形频率，选择一个周期内合适的点数，根据点数和峰值计算相邻2个点的幅度的步进值，根据点数和频率设定相邻2点的时间值，计算出定时器的初值，然后，设置一个变量每进一次定时中断DA数据就加幅值步进，当等于总点数的一半时，每进一次定时中断就查表把DA数据减幅值步进直到DA数据为0，计数变量清零。每进一次定时中断查表输出刷新DA的数据就可以产生一定频率和幅值的正弦波。
图2-1 系统的整体方案设计图
本系统硬件主要由D/A转换器、显示系统、矩阵键盘等几部分组成。各模块的主要功能如下：
(1) D/A转换器的功能是把单片机输出的数字信号转换成0-5V的模拟信号。
(2) 显示系统中六位数码管显示波形频率，示波器显示波形。
(3) 矩阵键盘选择波形，增加减少频率。
3. 系统硬件电路设计
3.1 时钟电路
单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。在引脚XTAL1 和 XTAL2 外接晶体振荡器，构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益的反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡，并产生振动时钟脉冲。晶振通常选用 6MHZ、12MHZ、24MHZ。本设计中时钟电路图如图3-1，我们选择了12MHZ和晶振分别接引脚XTAL1和XTAL2，电容 C1，C2 均选择为30pF，对振荡器的频率有稳定作用，当频率较大时，正弦波、三角波、锯齿波中每一点的延时时间为几微妙，故延时时间还要加上指令时间才能获得较大的频率波形。
单片机的时序单位
振荡周期:晶振的振荡周期，又称时钟周期，为最小的时序单位。
机器周期:1个机器周期由12个振荡周期组成，是计算机执行一种基本操作的时间单位。
指令周期:执行一条指令所需的时间。一个指令周期由1-4个机器周期组成，依据指令不同而不同.
图3-1 时钟电路
3.2 复位电路
复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 S5P2，斯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要的信号。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。本设计选择了按键复位如图3-2,在系统运行时，按一下按键，就在 RST 断出现一段高电平，使器件复位。此时 ALE、PSEN、P0、图3-2时钟电路图P1、P2、P4 输出高电平，RST 上输入返回低电平以后，变退出复位状态开始工作。
图3-2 复位电路
单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC＝0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM 为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。51单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，至于内部RAM内部的数据则不变。
3.3 数模转换电路
DAC0832是8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。
DAC0832的主要特性参数如下：
1）分辨率为8位；
2）电流稳定时间1us；
3）可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；
4）只需在满量程下调整其线性度；
5）单一电源供电（+5V～+15V）；
6）低功耗，200mW。
DAC0832的工作原理：利用8位D/A转换器DAC0808,可以将8位数字量转换成模拟量输出。数字量输入的范围为0~255，对应的模拟量输出的范围在VREF-到VREF+之间。根据这一特性，可以利用单片机的并行口输出的数字量，产生常用的波形。
DAC0832电路与单片机的接口电路如图3-3所示。
图3-3 DAC0832与单片机的接口电路
3.4 运算放大电路
图3-4 运算放大电路
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。
题目要求输出的电压在0-5V可调，而V1的电压大约是5V，所以R1选择5K的电阻，R2选择10K的电位器，这样最大的输出电压为5*（10/2）=10，最小电压为0，可以实现题目要求的0-5V。
3.5 矩阵键盘电路
图3-5 矩阵键盘电路
图中键盘独立键盘行引出的四根线接8155芯片的PC口，六根列线接8155芯片的PA口，采用线反转法扫描键盘，确定键位。如图按键K1为频率加、K2
为频率减，按键K4切换三角波，按键K5切换锯齿波，按键K6切换正弦波。
3.6 六位数码管（
LED ）显示电路
图3-6 LED 显示电路
本设计选择了6位共阴极数码管如图3-6，它的6个发光二极管的阴极（二极管正端）连接在一起，通常公共阴极接低电平电平，其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
显示电路用于显示信号的频率，并且使系统能根据按键实时显示先关信息。该系统中添加一个74LS241 锁存器，用于驱动数码显示管，使其更易于控制，增加显示的准确性。数码管第三位用来显示波形信号的频率，频率是以100HZ 步进显示。
要使显示管显示不同的数字或者字符，需要使端口输出相应的字型码，显
4. 系统程序设计
4.1 主程序流程图
图4-1 主流程图
主程序首先将需要初始化的部分进行初始化，然后负责循环执行按键扫描，数码管显示、DA数据输出和示波器显示。
这些过程都是以模块化的程序实现的，程序中有，按键扫描程序、数码管扫描显示程序、定时器定时计算程序、查表程序和DA数据输出程序，通过调用这些程序完成波形的产生，幅值和频率的改变。
4.2 按键处理子程序流程图
程序位于函数Scan-Key()和Shao-Key()中，函数位于主循环中，每循环一次调用一次，检测键盘是否按下，如果按下去延时抖动，然后检测到底是哪个按键按下，针对不同的按键按下采取不同的动作。
因为按键采用的是扫描法，故需要注意消抖的处理，在此用软件法去抖动即可。软件法去抖动的实质是软件延时，即检测到某一键状态变化后延时一段时间，再检测该按键的状态是否保持着，如是则作为按键处理，否则，视为抖动，不予理睬。去抖动的延时时间一般参考资料多描述为20ms左右，在实际应用中应大于20ms。否则，会导致按一次多处理，影响程序正常执行。
图4-2 键盘控制程序流程图
4.3 数码管输出子程序流程图
图4-3 数码管子程序流程图
数码管输出程序是送段选码和位选码的程序，位于主程序中。轮流点亮6个数码管，每大约5ms变换一次，由于轮换的次数太快，由于视觉暂留效应，看上去是6个数码管看上去好像一直点亮。
5.系统调试
5.1 Proteus软件仿真调试（1）键K4按下，示波器显示三角波
（2）键K5按下，示波器显示锯齿波
（3）键K6按下，示波器显示正弦波
5.2 Proteus仿真原理图
图5- Proteus仿真原理图
5.2 硬件调试
在单片机实验开发系统中，将AT89C51的P1口用8排位线接到DAC0832的Dl口，DAC0832的CS5和WR端口接地，VOUT接示波器输入端。打开示波器，调节水平与垂直方向，屏幕上出现一条水平亮线即可。
按下按键K4，示波器输出三角波形，再连续按下键K1，波形周期随之增大，六位数码管显示的数字亦随之增加。
按下键K6，示波器则输出正弦波，再连续按下键K2，波形周期随之减小，六位数码管显示的数字亦随之减小。
按下键K5，示波器输出锯齿波，连续按下K1或K2，示波器显示的波形的周期随之增大或减小，六位数码管上显示的周期数也随之增大减小。
6. 程序清单
#include
#include
#include
#include
#include
#define PA8155 XBYTE[0XFF21]
#define PB8155 XBYTE[0XFF22]
#define PC8155 XBYTE[0XFF23]
#define PP8155 XBYTE[0XFF20]
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uint j,i;
uint XSSJ,num,SS;
uchar Xi=0,Xl=0xfe;
uint KeyY,KeyNum,NUMM=3;
uint numbsj=0,numbjc=0,numbsin=0;
uchar stable[16]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07, 0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71 };/* 0~f十六个数的代码 */ uchar Xtable[6]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
unsigned char code Tab[]={ /* 正弦波一周期内采样256次，把幅值按比例放大*/
//输出电压从0到最大值（正弦波1/4部分）
0x80,0x83,0x86,0x89,0x8D,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9C,0x9F,0xA2 ,0xA5,0xA8,0xAB,0xAE,
0xB1,0xB4,0xB7,0xBA,0xBC,0xBF,0xC2,0xC5,0xC7,0xCA,0xCC,0xCF ,0xD1,0xD4,0xD6,0xD8,
0xDA,0xDD,0xDF,0xE1,0xE3,0xE5,0xE7,0xE9,0xEA,0xEC,0xEE,0xEF ,0xF1,0xF2,0xF4,0xF5,
0xF6,0xF7,0xF8,0xF9,0xFA,0xFB,0xFC,0xFD,0xFD,0xFE,0xFF,0xFF ,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,
//输出电压从最大值到0（正弦波1/4部分）
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xFD,0xFD,0xFC,0xFB,0xFA ,0xF9,0xF8,0xF7,0xF6,
0xF5,0xF4,0xF2,0xF1,0xEF,0xEE,0xEC,0xEA,0xE9,0xE7,0xE5,0xE3 ,0xE1,0xDF,0xDD,0xDA,
0xD8,0xD6,0xD4,0xD1,0xCF,0xCC,0xCA,0xC7,0xC5,0xC2,0xBF,0xBC ,0xBA,0xB7,0xB4,0xB1,
0xAE,0xAB,0xA8,0xA5,0xA2,0x9F,0x9C,0x99,0x96,0x93,0x90,0x8D ,0x89,0x86,0x83,0x80,
//输出电压从0到最小值（正弦波1/4部分）
0x80,0x7C,0x79,0x76,0x72,0x6F,0x6C,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5D ,0x5A,0x57,0x55,0x51,
0x4E,0x4C,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3D,0x3A,0x38,0x35,0x33,0x30 ,0x2E,0x2B,0x29,0x27,
0x25,0x22,0x20,0x1E,0x1C,0x1A,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10 ,0x0E,0x0D,0x0B,0x0A,
0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00 ,0x00,0x00,0x00,0x00,
//输出电压从最小值到0（正弦波1/4部分）
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05 ,0x06,0x07,0x08,0x09,
0x0A,0x0B,0x0D,0x0E,0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1A,0x1C ,0x1E,0x20,0x22,0x25,
0x27,0x29,0x2B,0x2E,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3A,0x3D,0x40,0x43 ,0x45,0x48,0x4C,0x4E,
0x51,0x55,0x57,0x5A,0x5D,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6C,0x6F,0x72 ,0x76,0x79,0x7C,0x80};
void Scan_Key(void) ;
void Shao_Key(void) ;
void delay(unsigned int x);
void XianShiSJ(void);
void Sanjiaobo(void) ;
void Juchibo(void) ;
void Zhengxianbo(void);
uint WW,WWW,W;
void Sanjiaobo(void)/*产生三角波*/ {
WWW=0XFF;
for(WW=0;WW<120;WW++)
{
P1=WWW;/*三角波最大值*/
WWW--;
for(SS=0;SS _nop_; } } for(W=0;W<120;W++) { P1=WWW; WWW++; for(SS=0;SS _nop_; } } } uint QQ,QQQ; void Juchibo(void)/*产生锯齿波*/ { QQQ=0XFF ; for(QQ=0;QQ<120;QQ++) { P1=QQQ;/*锯齿波最大值*/ QQQ--; for(SS=0;SS { _nop_; _nop_; } } } uint AA; void Zhengxianbo(void)/*产生正弦波*/ { for(AA=0;AA<255;AA++) { P1=Tab[AA];/* 查表 */ for(SS=0;SS { _nop_; _nop_; } } } void XianShiSJ(void)/*数码管显示信号周期*/ { Xtable[0]=stable[0]; Xtable[1]=stable[((XSSJ)%10)];//个位 Xtable[2]=stable[((XSSJ)%100)/10];//十位 Xtable[3]=stable[((XSSJ)%1000)/100];//百位 Xtable[4]=stable[0]; Xtable[5]=stable[0]; } void T0_time() interrupt 1 //50ms { TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; num++; if(num==5) //250ms { num=0; Scan_Key(); delay(10); Scan_Key(); if(KeyY==1) //有键按才会执行 { KeyY=0; Shao_Key(); //求键盘号 switch(KeyNum) //键盘01的次数{ case 0: numbjc=numbjc+1; numbsj=numbsj+1; numbsin=numbsin+1; break; case 1: numbjc=numbjc-1; numbsj=numbsj-1; numbsin=numbsin-1; break; default: NUMM=KeyNum;break; //不变 } switch(NUMM) { case 3: {XSSJ=5*numbjc+10; break; } case 4: {XSSJ=10*numbsj+20; break;} case 5: {XSSJ=10*numbsin+23; break;} default: { break;} } XianShiSJ(); } } } void main() { int q; for(q=0;q<=15;q++) { stable[q]=~stable[q]; } XSSJ=10; XianShiSJ(); //求显示数据 IP=0X08; PP8155=0x43 ; EA=1; ET0=1; ET1=1; TMOD=0X11; TH0=(65536-50000)/256; // 高八位 TL0=(65536-50000)%256; TH1=(65536-1000)/256; // 高八位 TL1=(65536-1000)%256; TR0=1; TR1=1; while(1) { while(NUMM==3) { Juchibo(); } while(NUMM==4) { Sanjiaobo(); } while(NUMM==5) { Zhengxianbo() ;} } } void delay(unsigned int x) { for(j=0;j { for(i=0;i<120;i++) { ； } 内蒙古工业大学本科生毕业设计(论文)开题报告 注：表格根据所填内容可进行调整，可多页。 一、设计总体方案 利用AT89S52 单片机采用程序设计方法产生锯齿波，正弦波，矩形波，方波四种波形，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，最终由示波器显示出来，通过键盘来控四种波形的类型，频率变化，最终输出显示其各自的类型及数值 图4.1 硬件原理框图 二．硬件各单元电路方案设计与选择 1、单片机的选择 方案一：AT89S52芯片中只有一路模拟输出或几路模拟信号非同步输出，这种情况下CPU对DAC0832 执行一次写操作，则把一个数据直接写入DAC寄存器，DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。输出波形稳定，精度高，滤波好，抗干扰效果好，连接简单，性价比高。 方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准8052的数字外设部件，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，而且执行速度快。但其价格较贵 方案三：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。 以上两种方案综合考虑，选择方案一 2.键盘设计方案比较 方案一：矩阵式键盘。矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处。当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。 方案二：独立式键盘。独立式键盘具有硬件与软件相对简单的特点，其缺点是按键数量较多时，要占用大量口线。 以上两种方案综合考虑，选择方案二。 3、D/A转换部分 目录 1 引言 (1) 1.1 题目要求及分析 (1) 1.1.1 示意图 (1) 1.2 设计要求 (1) 2 波形发生器系统设计方案 (2) 2.1 方案的设计思路 (2) 2.2 设计框图及系统介绍 (2) 2.3 选择合适的设计方案 (2) 3 主要硬件电路及器件介绍 (4) 3.1 80C51单片机 (4) 3.2 DAC0832 (5) 3.3 数码显示管 (6) 4 系统的硬件设计 (8) 4.1 硬件原理框图 (8) 4.2 89C51系统设计 (8) 4.3 时钟电路 (9) 4.4 复位电路 (9) 4.5 键盘接口电路 (10) 4.7 数模转换器 (11) 5 系统软件设计 (12) 5.1 流程图： (12) 5.2 产生波形图 (12) 5.2.1 正弦波 (12) 5.2.2 三角波 (13) 5.2.3 方波 (14) 6 结论 (16) 主要参考文献 (17) 致谢...................................................... 错误！未定义书签。 1引言 1.1题目要求及分析 题目：基于51单片机的波形发生器设计，即由51单片机控制产生正弦波、方波、三角波等的多种波形。 1.1.1示意图 图1：系统流程示意图 1.2设计要求 (1) 系统具有产生正弦波、三角波、方波三种周期性波形的功能。 (2) 用键盘控制上述三种波形（同周期）的生成，以及由基波和它的谐波（5次以下）线性组合的波形。 (3) 系统具有存储波形功能。 (4) 系统输出波形的频率范围为1Hz～1MHz，重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz，非正弦波的频率按照10次谐波来计算。 (5) 系统输出波形幅度范围0～5V。 (6) 系统具有显示输出波形的类型、重复频率和幅度的功能。 龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/3c11637533.html, 基于51单片机的函数信号发生器的设计 作者：朱兆旭 来源：《数字技术与应用》2017年第02期 摘要：本文所设计的系统是采用AT89C51单片机和D/A转换器件DAC0832产生所需不 同信号的低频信号源，AT89C51 单片机作为主体，采用D/A转换电路、运放电路、按键和LCD液晶显示电路等，按下按键控制生成方波、三角波、正弦波，同时用LCD显示相应的波形，输出波形的周期可以用程序改变，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。 关键词：51单片机；模数转换器；信号发生器 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0011-01 1 前言 波形发生器，是一种作为测试用的信号源，是当下很多电子设计要用到的仪器。现如今是科学技术和设备高速智能化发展的科技信息社会，集成电路发展迅猛，集成电路能简单地生成各式各样的波形发生器，将其他信号波形发生器于用集成电路实现的信号波形发生器进行对比，波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，集成电路实现的信号波形发生器都胜过一筹，随着单片机应用技术的不断成长和完善，导致传统控制与检测技术更加快捷方便。 2 系统设计思路 文章基于单片机信号发生器设计，产生正弦波、方波、三角波，连接示波器，将生成的波形显示在示波器上。按照对作品的设计研究，编写程序，来实现各种波形的频率和幅值数值与要求相匹配，然后把该程序导入到程序存储器里面。 当程序运行时，一旦收到外界发出的指令，要求设备输出相应的波形时，设备会调用对应波形发生程序以及中断服务子程序，D/A转换器和运放器随之处理信号，然后设备的端口输出该信号。其中，KEY0为复位键，KEY1的作用是选择频率的步进值，KEY2的作用是增加频 率或增加频率的步进值，KEY3的作用是减小频率或减小频率的步进值，KEY4的作用是选择三种波形。103为可调电阻，用于幅值的调节。自锁开关起到电源开关的作用。启动电源，程序运行的时候，选择正弦波，红色LED灯亮起；选择方波，黄色LED灯亮起；选择三角波，绿色LED灯亮起。函数信号发生器频率最高可达到100Hz，最低可达到10Hz，步进值0.1- 10Hz，幅值最高可到3.5V。系统框图如图1所示。 3 软件设计 基于CPLD和单片机的任意波形发生器设计 在电子工程设计与测试中，常常需要一些复杂的、具有特殊要求的信号，要求其波形可任意产生，频率方便可调。通常的信号产生器难以满足要求，市场上出售的任意信号产生器价格昂贵。结合实际需要，我们设计了一种任意波形发生器。电路设计中充分利用MATLAB的仿真功能，将希望得到的波形信号在MATLAB中完成信号的产生、抽样和模数转换，并将得到的数字波形数据存放在数据存储器中，通过单片机和CPLD控制，将波形数据读出，送入后向通道进行A/D转换和放大处理后得到所需的模拟信号波形。利用上述方法设计的任意波形发生器，信号产生灵活方便、功能扩展灵活、信号参数可调，实现了硬件电路的软件化设计。具有电路结构简单、实用性强、成本低廉等优点。 任意波形发生器的设计思想，是利用MATLAB的强大仿真功能，方便、快捷的生成给定频率、周期、脉宽的任意波形数据；并将数据预存在数据存储器中。在单片机控制下，利用CPLD电路产生地址读出数据，送入D/A转换电路，得到所需的任意波形信号。系统结构框图如图1；图中分频电路和地址发生器由CPLD实现。 图1 系统框图 单片机采用AT89C52芯片，通过软件编程产生所要求的控制信号。主要的控制参数包括：信号周期、脉宽；分频电路的开始信号、地址发生器的复位信号；E2PROM的选通信号；D/A转换电路的选通信号。在具体电路中，端口P1.0控制分频电路的启动、P1.1控制地址发生器的清零，P2.0控制 28C256和AD7545的选通信号。单片机工作在定时器0方式，软件设计利用C语言实现。流程图如图2所示。 图2 软件流程图 MATLAB作为一款优秀的数学工具软件，具有强大的运算功能；可以方便的产生各种信号波形，在软件中实现波形信号的产生、抽样和模数转换。设计的任意波形发生器，数据存储器选用28C256芯片，信号波形通过MATLAB仿真产生；得到的波形数据存放在数据存储器28C256中。具体设计中，我们要求产生周期为200ms，脉宽为5ms的单/调频混合信号，其中单频信号的脉宽为4ms，频率为 30KHz；调频信号的脉宽为1ms，频率为30KHz_35KHz。在MATLAB中设定抽样率为500KHz,得到了 单片机课程设计报告 题目波形发生器 专业电子信息科学与技术 班级 2008级1班 学生姓名 ***** 学号 3080422*** 指导老师 ***** 2011年 7 月 8 日 目录 一、设计目的……………………………………………………错误！未定义书签。 二、设计的主要内容和要求……………………………………错误！未定义书签。 2.1基本内容和要求…………………………………………………………错误！未定义书签。 2.2创新部分…………………………………………………………………错误！未定义书签。 三、整体设计思路………………………………………………错误！未定义书签。 3.1设计思路…………………………………………………………………错误！未定义书签。 3.2元件选型…………………………………………………………………错误！未定义书签。 3.3功能原理图………………………………………………………………错误！未定义书签。 四、方案论证…………………………………………………… - 3 - 五、硬件电路设计……………………………………………… - 4 - 5.1硬件连线图………………………………………………………………错误！未定义书签。 5.2主要芯片介绍……………………………………………………………错误！未定义书签。 六、软件设计………………………………………………………错误！未定义书签。 6.1正弦波的产生过程………………………………………………………错误！未定义书签。 6.2方波产生过程……………………………………………………………错误！未 定义书签。 6.3锯齿波的产生过程……………………………………………………错误！未定义书签。 6.4三角波的产生过程……………………………………………………错误！未定义书签。 6.5通过开关实现波形切换和调频…………………………………………错误！未定义书签。 6.7附程序代码………………………………………………………………错误！未定义书签。 七、调试与仿真……………………………………………………错误！未定义书签。 八、总结……………………………………………………………错误！未定义书签。 九、参考文献……………………………………………………错误！未定义书签。 波形发生器 一、设计目的 （1）利用所学单片机机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。 （2）我们这次的课程设计是以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波等）且频率、幅度可变的波形发生器。 （3）掌握各个接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的单片机应用系统功能器件。 （4）在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的练习大家也都是分散的对各个章节的内容进行练习。因此，缺乏一种系统的设计锻炼。在课程所学结束以后，这样的课程设计十分有助于学生的知识系统的总结到一起。 （5）通过这几个波形进行组合形成了一个波形发生器，使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以 基于51单片机的信号发生器设计报告 二零一四年十二月十一日 摘要 根据题目要求以及结合实际情况，本文采用一种以AT89C51单片机为核心所构成的波形发生器，可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等多种波形，波形的频率可用程序改变，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。本设计经过测试，性能和各项指标基本满足题目要求。 关键词：信号发生器 DAC0832芯片 LM358运放 89C51芯片 目录 摘要...................................................................... 目录...................................................................... 第一章绪论................................................................. 1.1单片机概述........................................................... 1.2信号发生器的概述和分类.............................................. 1.3问题重述及要求....................................................... 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实际功能 ............................................................. 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........................................................... 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...................................................... 电子与信息工程学院综合实验课程报告 实验名称：基于单片机的信号发生器的设计与实现班级：10电工2班 学号：20101851046 姓名：李俊 指导教师： 时间： 摘要 本文以STC89C51单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器。信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如 正弦波、方波、三角波、三角波、梯形波及其他任意波形，波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。波形和频率的改变通过软件控制，幅度的改变通过硬件实现。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的设计原理。本系统可以产生最高频率798.6HZ的波形。该信号发生器具有体积小、价格低、性能稳定、功能齐全的优点。 关键词:低频信号发生器;单片机;D /A转换; 1设计选题及任务 设计题目：基于单片机的信号发生器的设计与实现 任务与要求： 设计一个由单片机控制的信号发生器。运用单片机系统控制产生多种波形，这些波形包括方波、三角波、锯齿波、正弦波等。信号发生器所产生的波形的频率、幅度均可调节。并可通过软件任意改变信号的波形。 基本要求： 1. 产生三种以上波形。如正弦波、三角波、矩形波等。 2.最大频率不低于500Hz。并且频率可按一定规律调节，如周期按1T,2T,3T,4T 或1T，2T，4T，8T变化。 3.幅度可调，峰峰值在0——5V之间变化。 扩展要求：产生更多的频率和波形。 2系统概述 2.1方案论证和比较 2．1．1总体方案： 方案一：采用模拟电路搭建函数信号发生器，它可以同时产生方波、三角波、正弦波。但是这种模块产生的不能产生任意的波形（例如梯形波），并且频率调节很不方便。 方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。 通信专业技能实训报告 题目基于Proteus的波形发生器设计 学院信息科学与工程学院 专业通信工程 班级 学生 学号 指导教师魏长智 二〇一九年一月五日 济南大学通信专业技能实训报告 目录 1 前言 ...................................................................................................................... - 1 - 2 硬件设计 .............................................................................................................. - 2 - 2.1 启动方式选择 ........................................................................................... - 2 - 2.2 框图设计 ................................................................................................... - 2 - 2.3 电路图设计 ............................................................................................... - 3 - 3 DAC0832性能与特征....................................................................................... - 4 - 3.1 D/A转换器与单片机接口探究 ............................................................. - 4 - 3.1.1 数据线连接 .................................................................................... - 4 - 3.1.2 地址线连接 .................................................................................... - 4 - 3.1.3 控制线连接 .................................................................................... - 4 - 3.2 DAC0832的认识.................................................................................... - 5 - 3.2.1 DAC0832的结构......................................................................... - 5 - 3.2.2 DAC0832的引脚......................................................................... - 6 - 3.2.3 DAC0832的启动控制方式......................................................... - 7 - 4 程序设计 .............................................................................................................. - 8 - 4.1 程序流程图 ............................................................................................... - 8 - 4.1.1 程序设计思路 ................................................................................ - 8 - 4.1.2流程图 ............................................................................................. - 8 - 4.2 用C语言实现 ........................................................................................ - 10 - 5 Proteus仿真及结果 ......................................................................................... - 13 - 5.1方波： ...................................................................................................... - 13 - 5.2正弦波： .................................................................................................. - 14 - 5.3三角波： .................................................................................................. - 15 - 5.4梯形波： .................................................................................................. - 16 - 5.5锯齿波： .................................................................................................. - 17 -实训结语： ............................................................................................................ - 18 -参考文献 ................................................................................................................ - 19 - 单片机原理及接口技术 课程设计报告 设计题目：波形发生器 学号：1202601** 姓名：** 指导教师：孙** 信息与电气工程学院 二零一五年六月 波形发生器设计 波形发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。 在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。 本系统利用单片机AT89C51采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、三角波三种波形，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，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，并通过LED显示其各自的周期。 本次关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，而且具有很强的可行性。该信号源的特点是：体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。 1. 设计任务 结合实际情况，基于AT89C51单片机设计一个波形发生器。该系统应满足的功能要求为： (1) 产生三种波形（三角波、锯齿波、正弦波）； (2) 按键选择波形，加减键选择频率； (3) 在示波器中显示三种波形； (4) 在六位数码管上显示周期； 主要硬件设备：单片机实验开发系统、AT89C51单片机、DAC数模转换芯电路、六位数码管（LED）、矩阵键盘、8155芯片、示波器。 2. 整体方案设计 波形发生器系统以AT89C51单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的接口功能，构成整个波形发生器系统。 利用 AT89S52 单片机构造多功能信号发生器，可产生正弦波，方波，三角波，锯齿波四种波形，通过 C 语言对单片机的编程即可产生相应的波形信号，并可以通过键盘进行各种功能的转换和信号频率的控制，当输出的数字信号通过 课程设计(论文)任务书 电气学院电力系统及其自动化专业12（1 ）班 一、课程设计(论文)题目：简易信号发生器设计 二、课程设计(论文)工作自 2015年1 月12 日起至2015 年 1月16 日止。 三、课程设计(论文) 地点:电气学院机房 10-303 四、课程设计(论文)内容要求： 1．课程设计的目的 （1）综合运用单片机原理及应用相关课程的理论知识和实际应用知识，进行单片机应用系统电路及程序设计，从而使这些知识得到进一步的巩固，加深和发展；（2）熟悉和掌握单片机控制系统的设计方法，汇编语言程序设计及proteus 软件的使用； （3）通过查阅图书资料、以及书写课程设计报告可提高综合应用设计能力，培养独立分析问题和解决问题的能力。 2．课程设计的内容及任务 （1）可产生频率可调的正弦波（64个点）、方波、锯齿波或三角波。 （2）显示出仿真波形。 （3）通过按键选择输出波形的种类。 （4）在此基础上使输出波形的幅值可控。 3.课程设计说明书编写要求 （1）设计说明书用A4纸统一规格，论述清晰，字迹端正，应用资料应说明出处。（2）说明书内容应包括（装订次序）：题目、目录、正文、设计总结、参考文献等。应阐述整个设计内容，要重点突出，图文并茂，文字通畅。 （3）报告内容应包括方案分析;方案对比;整体设计论述;硬件设计（电路接线，元器件说明，硬件资源分配）;软件设计（软件流程，编程思想，程序注释，） 调试结果;收获与体会;附录（设计代码放在附录部分，必须加上合理的注释）（4） 学生签名： 2015年1月16 日 课程设计(论文)评审意见 （1）总体方案的选择是否正确；正确（）、较正确（）、基本正确（）（2）程序仿真能满足基本要求；满足（）、较满足（）、基本满足（）（3）设计功能是否完善；完善（）、较完善（）、基本完善（）（4）元器件选择是否合理；合理（）、较合理（）、基本合理（）（5）动手实践能力；强（）、较强（）、一般（）（6）学习态度；好（）、良好（）、一般（）（7）基础知识掌握程度；好（）、良好（）、一般（）（8）回答问题是否正确；正确（）、较正确（）、基本正确（）、不正确（） （9）程序代码是否具有创新性；全部（）、部分（）、无（） （10）书写整洁、条理清楚、格式规范；规范（）、较规范（）、一般（）总评成绩优（）、良（）、中（）、及格（）、不及格（） 评阅人： 基于51单片机波形发生器的设计与实现开题报告合肥师范学院本科生毕业论文(设计)开题报告 (学生用表) 课题基于51单片机波形发生器的设计与实现 系部电子信息工程学院专业电子信息工程学科工学 学生屠宝轩指导教师吴剑威一、课题的来源、背景及意义 (1)来源:科研/生产 (2)背景:单片机是再20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯 片，是由中央处理器(CPU), ROM、RAM芯片及I/O接口和一些外围电路等通过印刷版总线连接在一起的一个完整的讣算机系统。信号发生器是一种作为激励源或者信号源的电子设备，它能够产生各种各样的波形和频率，其在教学实验，生产装实践和科技领域有着广泛的应用，是最普遍使用的电子仪器之一。对于电子类专 业的学生，除了学习理论知识外，还必须将所学的理论知识付诸实践，在实践中订应用理论知识，提高动手能力，从而提高发现，解决问题的能力，所以试验是必 不可少的环节，而信号波形发生器是实验过程最普遍，最基本，也是应用最广泛线的电子设备之一，本研究不是针对高端的信号发生器开发，而是从降低经 济成本， 操作方便简单，输出波形实用角度出发，研究一套设备。 (3)意义:传统的正弦信号源根据实际需要一般价格昂贵，低频输出时性能不好且不便于自动调节，丄程实用性较差。现在利用单片机的优越性，制作一种体积小，实用性强，使用方便的低频信号发生器，以AT85C51单片机为核心，结合低俗D/A转换器，通过设计与编程实现了正弦波、方波、锯齿波的产生及其自山切换以及频率、相位的可调与多相波的同时输出。 二、国内外发展现状 信号波形发生器历史非常的久远，它产生于上个世纪20年代，那会，电子设备刚刚诞生，随后，雷达发展了起来，通信技术也在不断地发展，到了40年代，标准信号发生器开始出现，它的出现主要是为了进行各种接收机的测试，使信号发生器诞生之初主要是用来做定性分析的，随着使用的要求不断提升，慢慢发展成为了定量分析的测量仪器，还是在这个时期，脉冲信号发生器也出现了，这个主要是用于脉冲方面的测量的，上面说的这些信号波形发生器都是早期的一些产品，复杂的机械结构，比较 [1]大的功率，比较简单的电路，速度发展总体是比较慢的。这种发展速度一直持续到1964年，笫一台全电子晶体管做的信号发生器出现。 从60年代以后，信号波形发生器的发展速度就开始加快了，有个代表产品，那就是函数信号发生器，但是模拟的电子方面的技术在这段时期是占主要的，组成的部分一般都是分立元件，或者是采用模拟的集成方面的电路，电路结构相比于60年代以前，要复杂了，产生的波形就多了一些，比如有方波、正弦波、三角波，还有了锯齿波，但是波形还是比较简单的，加上模拟电路会产生较大的漂移，输出波形的稳定性还是比较差的，70年代乂是一个转折点，出现了微控制器，这个时候信号波形发生器的功能就开始强大了起来，波形的产生也比较复杂了。对信号波形发生器而言，软件成为这个时期的主要特征，通过程序用微控制器进行相应的处理就能方便灵活的获得一些简单的信号波形，当然这种方式也是有缺陷的，那就是波形输出的频率不会很 摘要 本系统是基于AT89C51单片机的数字式低频信号发生器。采用A T89C51单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC083 2）、运放电路（LM324）、按键和8位数码管等。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波等，同时用数码管指示其对应的频率。其设计简单、性能优好，可用于多种需要低频信号的场所，具有一定的实用性。 各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分必要的。 本文介绍的是利用AT89C51单片机和数模转换器件DAC0832产生所需不同信号的低频信号源，其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，AT89C51的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。文中着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。信号频率幅度也按要求可调。 本次关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，而且具有很强的可行性。该信号源的特点是：体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。 关键词：AT89C51DAC0832 LM324 8位数码管显示 Abstract Waveform The system is a digital signal generator based on single chip computer.At89c51 is used as a control microcontroller core.The system is composed by digital/analog comversion(DAC0832), imply circuit,button and nixie tube.It can generate the square, triangle and sine wave,with nixie tube.The system can be used for a signal soure in the low-frequency signal soure.It is very practical. Various signals are an important part of correspondent area. In this area, sine wave, triangle wave and square wave are common signals. In science research and teaching experiment, we often need the occurrence equipment of these signals. In order to make the experiment and research easier, to develop a suitable, full functional and easily used signals source is essential. This paper introduces the low frequency sources of different signals that are produced by AT89C51 SCM and DAC0832. Its signal range and frequency can be controlled by requirement. This paper briefly introduces the structure principle and usage of DAC0832, the basic theory of AT89C51 and various chips which relevant to design circuit. this paper emphasized how to use SCM to control the hardware circuit and software program of the signals above which produced by DAC0832. The signal frequency range also can be adjusted by requirement. This signal source design plan concerns on producing different low frequency signals, not only meet the request of experiment in theory and in practice, but also have strong feasibility. The trait of this signal source is: small volume, low price, stable function, easily achievable, and full function. Keywords:AT89C51, DA0832, LM324, 8 nixie tube display 基于单片机的信号发生器设计 基于单片机的信号发生器 设计 摘要 在介绍MAX038 芯片特性的基础上,论述了采用MAX038 芯片设计数字函数信号发生器的原理以及整机的结构设计。对其振荡频率控制、信号输出幅度控制以及频率和幅度数显的实现作了较详细的论述。该函数信号发生器可输出三角波,方波和正弦波。 本文重点论述了整机通过D/A转换电路控制MAX038的实现过程，D/A转换电路采用了8位4通道的MAX505来实现。在幅度的控制上采用数字电位器AD5171，该芯片是I2C总线方式控制，文中给出了I2C总线的读写控制程序。系统支持按键操作和上位机操作两种模式。 关键词:函数信号；D/A ；单片机控制 Design of Signal Generator System Based on SCM Zisu zhou (College of Zhangjiajie, Jishou University, Jishou,Hunan 416000) Abstract Based on the introduction of MAX038 , we discussed the principle and the whole frame of the digital function signal generator. We described the control of the oscillatory frequent , amplitude and the digital display in detail. Thegenerator can output three kinds of waves : sine wave , square wave , triangle wave. This text has exposition the mirco-computer controls the D/A electric circuit of conversion realize the process. In D/A changing electric circuit adopt the 8 bit 4 channel come to realize. Porentiometer AD5171 is adopted in the control of length. This chip is that I2C bus control way. This system supports key-control or computer-control modes. Key words : function signal ；D/A ；single - chip microprocessor control ； 毕业设计（论文）题目：基于单片机的波形发生器 英文题目：Waveform generator based on MCU 专业：电子信息工程 二零一二年六月 摘要 随着电子测量技术与计算机技术的精密结合一种新的信号发生器便产生了，即任意波形发生器应运而生，所谓任意波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器，因而它具有广阔的应用前景。 这种基于单片机的波形发生器是以AT89S52单片机为控制核心，利用内部自带的计数器/定时器产生方波，并由用户通过小键盘选择波形周期。与8位数模转换器DAC0832将数字量转化为模拟电压信号，通过运放进行波形调整得到三角波、正弦波等各种波形信号，波形保证了它的精度和平滑，最后通过LCD显示波形代号。 波形频率的改变可通过键盘输入，通过不同键盘的操作来改变其波形频率的改变以及不同波形之间的切换。 该波形发生器产生的信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便，成本低，非常适合于物理实验室教学与实验使用。 关键词：AT89S52单片机； DAC0832； LCD ABSTRACT With electronic measurement technology and the sophisticated computer technology, a new signal generator creates, Arbitrary waveform generator that emerged, The so-called arbitrary waveform generator will be able to produce a large number of standard and user-defined signal, and to ensure high-accuracy, high-stability, repeatability and easy to operate electronic devices, thus it has broad application prospects. On the subject of a microcontroller based on the waveform generator, AT89S52 to control the core, Taking advantage of its internal built-in counter/timer produce square. By the user through small keyboard choice waveform cycle, Microprocessor compatible with the eight DAC0832 Digital to Analog conversion to digital simulation for the current signal the conversion circuit to be sawtooth and sinusoidal signal waveform ensure by LCD it is accuracy and smoothness. The frequency waveform can be changed by keyboard input. Through different keyboard to change it's operating frequency of the waveform change and to switch between the different waveforms. The waveform generator small signal interference, output stability, high reliability, in particular operation simple and convenient, low-cost, very suitable for teaching in the physics laboratory and experimental use. Key words：AT89S52 SCM；DAC0832；LCD(完整word版)基于单片机的信号发生器开题报告
基于51单片机的波形发生器的设计讲解
基于51单片机的函数信号发生器的设计
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