多功能信号发生器设计.doc

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1、毕业综合实践成果名称： 多功能信号发生器设计 届别： 2015届 二级学院（部）： 物流技术学院 专业名称： 计算机控制 班级名称： S314112 学生姓名： 学生学号： 31 指导教师： 目 录1、 概述 . 1.1 信号发生器现状 . 1.2 单片机在波形发生器中的应用 .2、 系统总体方案及硬件设计 . 2.1 系统分析 . 2.2 总体方案设计 2.2.1系统总体结构框图设计 . 2.3 总体硬件设计 . 2.4系统各模块设计 . 2.4.1 资源分配 . 2.4.2显示器接口设计 . 2.4.3 复位与时钟电路设计 . 2.4.4 按键中断电路设计 . 2.4.5 D/A转换电路设

2、计 .3、 软件设计 . 3.1软件总体设计 . 3.2 软件功能设计 . 3.2.1系统初始化程序设计 . 3.2.2 按键检测及中断处理程序 . 3.2.3 液晶显示程序 . 3.2.4 正弦波发生程序设计 . 3.2.5方波产生程序 . 3.2.6三角波产生程序 . 3.2.7梯形波产生程序 .4、 实验仿真 . 4.1 protues软件仿真步骤 . 4.2 仿真结果 . 4.3仿真结论 . 5、 课程设计体会 . 参考文献 . 附1：源程序代码 . 附2：系统原理图 . 摘 要本设计采用基于AT89S52的单片机最小系统为核心，成功产生出幅值和频率都可调的正弦波、梯形波、方波、三角波

3、等波形。频率范围是0-2000Hz,幅值调节范围-10V到+10V。本系统主要由四大模块组成：液晶显示模块、波形发生模块及稳幅输出模块，幅频调节模块、及外部电源模块。各个模块的实现方法如下： 一、液晶显示模块：本系统采用应用较广泛的1602液晶作为显示模块。其显示与控制机理是单片机通过与液晶按照一定的规定相连接，然后再程序中在对液晶进行初始化后，就可以向其写字符或读字符。 二、波形发生模块及稳幅输出模块：产生指定波形可以通过DAC芯片来实现，不同波形产生实质上是对输出的二进制数字量进行相应改变来实现的。本系统采用的是经典的DAC0832 8位数/模转换器。稳幅输出则通过两个LM324集成运放来

4、实现对DAC0832输出电流信号到电压信号的转变。 三、幅频调节模块：通过按键与两个门电路74ls00和74ls04的组合来实现通过产生中断来实现对波形的选择和频率的调节。而幅值调节通过一个10K的电位器来实现参考电压Vref的改变来改变幅值。 四、外部电源模块：变压器将220V交流电降成16V交流后在通过整流桥 经过7812和7912滤波后即产生正负12V直流电用作LM324的电源。 本系统软件主要通过C语言开发，硬件电路设计具有典型性。同时，本系统中任何一部分电路模块均可移植于其它实用开发系统的设计中，电路设计实用性很强。1、概述 1.1信号发生器现状.目前，市场上的信号发生器多种多样，一

5、般按频带分为超高频、高频、低频、超低频、超高频信号发生器。其中高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路，即RC振荡电路，通过改变电容和电阻值，改变频率。用以上原理设计的信号发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉冲波，其零点不可调，而且价格也比较贵，一般在几百元左右。但是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。1.2 单片机在波形发生器中的应用 随着

6、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。 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。2、 系统总体方案及硬件设计2.1系统分析基于单片机的信号发生系统是一个实际应用系统，可为相关实验及实际应用提供支持。本论文包括硬件系统的详细

7、设计及C语言在基本控制中的应用。此系统具有的功能如下：硬件部分（1）1602液晶显示电路；（2）键盘和与非门中断产生电路；（3）时钟电路与复位电路；（4）具有8位精度的D/A转换和波形产生电路；（5）正负12V直流电源转换电路；软件部分（1）系统复位初始化；（2）键盘中断与处理；（3）中断0服务程序；（4）定时器0中断服务程序；（5）正弦波发生程序；（6）三角波发生程序；（7）方波发生程序；（8）梯形波发生程序 2.2 总体方案设计 2.2.1系统总体结构框图设计图2-1系统主结构框图2.3 总体硬件设计 (1)程序存贮器 AT89S52内部自带8K的ROM，512B的RAM，所以不需要对其扩

8、展存储器。 (2)按键及中断接口 系统采用按键通过门电路来产生中断，并在中断服务程序里来扫描按键来实现波形切换和频率的调节。 (3)液晶显示 本设计实现了89S52的I/O口液晶显示字符的控制来显示当前波形种类和波形频率。 (4)D/A转换 本设计D/A转换部分采用DAC0808芯片，通过对单片机输出的二进制数字量进行从数字量到模拟量的变换来实现波形的产生。 (5)信号变换部分 对信号的变换部分采用四运放集成芯片LM324，它采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器。 (6)外部电源因LM324工作需要正负12V的直流电源，因此需要通过对变压器输出电压进行整流、滤波

9、然后在通过7812和7912输出所需电压。2.4系统各模块设计 2.4.1 资源分配 为了满足功能和指标要求，现分配资源如下： 1.晶振采用12MHZ 2.IO端口分配：P0口与DAC0832的DI0-DI7数据输入；P3口的P3.4P3.7分别与四个按键相连，依次控制波形种类的选择、波形频率的增加、波形频率的减小和波形输出的暂停与恢复。中断0即P3.2与门电路的输入端相连。P2.0和P2.1分别与DAC0832的输入寄存器选择信号CS,输入寄存器写选通信号WR1及DAC寄存器写选通WR2和数据传送信号XFER相连。P1口做液晶的D0D7的数据输入端口，P2.2P2.4分别做1602液晶的读写控制端和使能端。2.4.2显示器接口设计 本系统采用1602液晶来显示信号输出的状态，液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。相比较数码管用液晶显示具有以下优点： 1.位数多，可显示32位，32个数码管体积则相当庞大 2.显示内容丰富，可显示所有数字和大、小写字母，能更好的表示信号显示的状态，而数码管只能显示也一个频率值，不能表示正在输出的信号类别 3.程序简单，如果用数码管动态显示，会占用很多时间来刷新显示，而1602自动完成此功能。节省了单片机资源。图2.2 系统显示电路8