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1、 JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 测控系统综合训练课程设计基于AT89C52单片机的函数信号发生器的测量学院名称： 电气信息工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2011年12月摘 要 本系统利用单片机AT89C52采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，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，能产1Hz3kHz的波形。通过按钮来控制三种波形的类型选择、频率变化，并通过液晶屏1602显示其各自的类型以及数值，系统大致包括信号发生部分、数/模转
2、换部分以及液晶显示部分三部分，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：单片机AT89C52、DAC0832、液晶1602目录1. 系统设计41.1 设计要求4 1.2方案设计与论证4 1.2.1 信号发生电路方案论证4 1.2.2 单片机的选择论证5 1.2.3 显示方案论证 5 1.3 总体系统设计6 1.4 硬件实现及单元电路设计 6 1.4.1 单片机最小系统的设计61.4.2 波形产生模块设计7 1.4.3 显示模块的设计 8 1.5 软件设计流程8 1.6 源程序92. 输出波形的种类与频率的测试202.1 测试仪器及测试说明212.2 测试结果233. 设
3、计体会244 参考文献245. 附录24 5.1 附图 5.2 元器件清单251、 系统设计 利用AT89C52单片机采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，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，通过按钮开关来控制三种波形的类型选择、频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。1.1、设计要求 1)利用单片机采用软件设计方法产生三种波形 2）三种波形可通过按钮来选择 3）波形频率可调 4）需显示波形的种类及其平率1.2方案设计与论证 1.2.1 信号发生电路方案论证 方案一：采用单片函数发生器(如 8038)，8038可同时产生正
4、弦波方波锯齿波等，而且方法简单易行，用D/A转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。 方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器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。方案三：通过单片机控制D/A，输出三种波形。此方案输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。但此方案电路简单、成本低。以上三种方案综合考虑，选择方案三。1.2.2 单片机的选择论证 方案一：AT89C52单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，
5、从而构成较为完整的计算机、而且其价格便宜。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。但其价格较贵以上两种方案综合考虑，选择方案一 1.2.3 显示方案论证 方案一：采用LED数码管。LED数码管由8个发光二极管组成，每只数码管轮流显示各自的字符。由于人眼具有视觉暂留特性，当每只数码管显示的时间间隔小于1/16s时人眼感觉不到闪动，看到的是每只数码管常亮。使用数码管显示编程较易，但要显示内
6、容多，而且数码管不能显示字母。 方案二：采用LCD液晶显示器1602。其功率小，效果明显，显示编程容易控制，可以显示字母。以上两种方案综合考虑，选择方案二。1.3总体系统设计该系统采用单片机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，采用按键输入，利用液晶显示电路输出数字显示的方案。将设计任务分解为按键电路、液晶显示电路等模块。图（1）为系统的总体框图 显 示主控芯片AT89C52DAC0832放 大输 出 图（1） 总体方框图1.4硬件实现及单元电路设计 1.4.1单片机最小系统的设计89C52是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片
7、构成的最小系统简单可靠。用80C52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） 89C52单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：(1) 有可供用户使用的大量I/O口线。(2) 内部存储器容量有限。(3) 应用系统开发具有特殊性。图（2） 89C51单片机最小系统1.4.2 波形产生模块设计 由单片机采用编程方法产生三种波形、通过DA转换模块DAC0832在进过滤波放大之后输出。其电路图如下： 图（3）波形产生电路如上图所示，单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端，DAC0832的输出端接放大器，经过
8、放大后输出所要的波形。1.4.3 显示模块的设计通过液晶1602显示输出的波形、频率，其电路图如下： 图（4）液晶显示如上图所示，1602的八位数据端接单片机的P1口，其三个使能端RS、RW、E分别接单片机的P3.2P3.4。通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类以及波形的频率。1.5 软件设计流程本系统采用AT89C52单片机，用编程的方法来产生三种波形，并通过编程来切换三种波形以及波形频率的改变。具体功能有：（1）各个波形的切换；（2）各种参数的设定；（3）频率增减等。软件调通后，通过编程器下载到AT89C52芯片中，然后插到系统中即可独立完成所有的控制。软件的流程图如下： 图（5）程序流程
9、图1.6源程序#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit lcdrw=P33;sbit lcdrs=P32;sbit lcde=P34;sbit d=P27;sbit s1=P20;sbit s2=P21;sbit s3=P22;sbit cs=P35;sbit wr=P36;uchar s1num,a,ys,j;uint fre;uchar code tosin256=0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0x
10、a8,0xab,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,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0x
11、fc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,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,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x
12、6f,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,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x
13、00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,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,0x72,0x76,0
14、x79,0x7c,0x80 ;/*正弦波码 */void delay(uint z)/延时子程序 uchar i,j; for(i=z;i0;i-) for(j=110;j0;j-);void delay1(uint y) uint i; for(i=y;i0;i-);void write_com(uchar com) /1602写指令 lcdrs=0;P1=com;delay(5);lcde=1;delay(5);lcde=0;void write_data(uchar date) /1602数据 lcdrs=1;P1=date;delay(5);lcde=1;delay(5);lcde=0
15、; void init() /初始化 lcdrw=0; lcde=0; wr=0; cs=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80+0x00); write_data(0x77); /写wave: write_data(0x61); write_data(0x76); write_data(0x65); write_data(0x3a); write_com(0x80+0x40); /写 f： write_data(0x66); write_data(0x3a);
16、void write_f(uint date) /写频率 uchar qian,bai,shi,ge; qian=date/1000; bai=date/100%10; shi=date/10%10; ge=date%10; write_com(0x80+0x42); write_data(0x30+qian); write_data(0x30+bai); write_data(0x30+shi); write_data(0x30+ge); write_data(0x48); write_data(0x5a);void xsf()/显示频率 if(s1num=1) fre=(1000/(9+3
17、*ys); write_f(fre); if(s1num=2) fre=(100000/(3*ys); write_f(fre); if(s1num=3) fre=(1000/(15+3*ys); write_f(fre); void keyscanf() d=0;if(s1=0) delay(5);if(s1=0) while(!s1); s1num+; if(s1num=1) ys=0; write_com(0x80+0x05); write_data(0x73); /写sine: write_data(0x69); write_data(0x6e); write_data(0x65);
18、write_data(0x20); write_data(0x20); if(s1num=2) ys=10;write_com(0x80+0x05); write_data(0x73); /写squrae write_data(0x71); write_data(0x75); write_data(0x61); write_data(0x72); write_data(0x65); if(s1num=3) ys=0; write_com(0x80+0x05); /train write_data(0x74); write_data(0x72); write_data(0x61); write_
19、data(0x69); write_data(0x6e); write_data(0x20); if(s1num=4) s1num=0;P1=0; write_com(0x80+0x05); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); write_com(0x80+0x42); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); write_data(0x20); wr
20、ite_data(0x20); write_data(0x20); if(s2=0) delay(5); if(s2=0) while(!s2); ys+; if(s3=0) delay(5); if(s3=0) while(!s3); ys-; void main() init();while(1) keyscanf();if(s1num=1) /正弦波/ for(j=0;j255;j+) P0=tosinj; delay1(ys); if(s1num=2) /方波/ P0=0xff; delay1(ys); P0=0; delay1(ys);if(s1num=3) /三角波/ if(a12
21、8) P0=a; delay1(ys); else P0=255-a; delay1(ys); a+;if(!(s1&s2&s3)xsf();2、输出波形的种类与频率的测试2.1测量仪器及测试说明测量说明：正弦波、矩形波、三角波信号的输出，通过对独立按钮来实现不同波形的输出以及其频率的改变。2.2测试过程 当程序下进去时经过初始化，液晶屏的上只显示“wave：”和“f：“，当开关三按一下是此时输出波形为正弦波，按两下时输出为方波，按三下时输出为三角波。另外两个开关可以调节频率，三种波形的频率可调范围不同，分别如下： 正弦波：1180HZ 方 波：13.3KHZ 三角波：1180HZ三种波形的仿
22、真波形图如下： 图（7）正弦波图形 图（8）方波图形 图（9）三角波图行2.3、测试结果各项指标均达到要求。测试数据如下： 1）产生正弦波、方波、三角波基本实现2）三种波形的频率都可调，但不能步进的调节，其中方波的可调范围最广为13.3KHZ，其他两种波形的频率范围不大1180HZ3）显示部分基本实现3、设计心的及体会此次课程设计我感慨颇多，从选题到定稿，从理论到实践，在好几个星期的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学的知识，而且学到了很多在书本上说没见到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学
23、的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，在设计的过程中遇到问题，可以说的是困难重重，会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之外，对以前所学的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机C语言掌握得不好通过这次课程设计之后，一定把以前所学过得知识重新温故。4参考文献 1 戴仙金主编 52单片机及其C语言汇编程序开发实例 清华大学出版社，20082 程全.基于AT89C52实现的多种波形发生器的设计【J】.周口师范学院学报，2005.22（5）：5758.3 童5诗白. 模拟电路技术基础【M】.北京：高等教育出版社，2000.1712024 蒋辉平主编 单片机原理与应用设计 北京航空航天大学出版社 20075、附录 5.1 附图 图（11）总体原理设计图 5.2 元器件清单元器件名称数 量AT89C521D/AC08321TL084230pf37.5K115k110k31.1k110uf112MHZ晶振1液晶显示16021按钮开关4插针若干排阻1
