【正文】 1 畢業(yè)設計（論文） 設計（論文）題目： 基于單片機的 數字信號發(fā)生器設計 電氣工程 學院 2 基于 AT89S51 單片機的數字信號發(fā)生器 【摘 要】 智能儀器的出現，極大地擴充了傳統(tǒng)儀器的應用范圍。智能儀器憑借其體積小、功能強、功耗低等優(yōu)勢，迅速地在家用電器、科研單位和工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應用。 本系統(tǒng)是基于 AT89S51 單片機設計的數字式波形發(fā)生器。采用 AT89S51 作為系統(tǒng)的控制核心，外圍電路采用數字 /模擬轉換電路（ DAC0832），運放 電路（ MC1458），按鍵， ISP 接口等。通過按鍵控制切換產生正弦波，鋸齒波，三角波，方波，各類型信號的頻率統(tǒng)一為 100HZ，而幅值在 5V~+5V 范圍內可調。本設計電路原理簡單，性能較好，具有一定的實用性和參考價值。 【關鍵詞】單片機 ,波形發(fā)生器 ， D/A 電路 3 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, lowpower 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 puter. AT89S51 is used as a control core. The system is posed 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 the5V ~ +5 V range adjustable. The circuit design is simple, better performance, has some practical and reference value. 【 KEY WORDS】 the single chip puter , the signal generator , D/A conversion 4 目錄 緒論 ????????????????????? ???? ?????? 9 1. 波形發(fā)生器現狀 ……………………………………………………… 9 2. 單片機在波形發(fā)生器中的運用 ……………………………………… 9 第一章 系統(tǒng)設計 ???????????????????????? 10 1. 系統(tǒng)要求 ……………………………………………………………… 11 2. 系統(tǒng)方案選擇與論證 …………………………………………… …… 11 3. 系統(tǒng)設計原理與思路 ………………………………………………… 11 第二章 硬件電路的設計 ????????????????????? 12 1. AT89S51 的介紹 ……………………………………………………… 12 2. 資源分配 ……………………………………………………………… 15 3. 最小單片機系統(tǒng)的設計 ……………………………………………… 15 4. 各模塊電路的設計 …………………………………………………… 17 5. ISP接口 ……………………………………… ……………… ……… 23 第 三章 軟件設計 ?????????????????????? 24 1. 主程序的設計 ………………………………………………………… 25 2. 鋸齒波程序的設計 …………………………………………………… 25 3. 三角波程序的設計 …………………………………………………… 26 4. 正弦波程序的設計 …………………………………………………… 27 5. 方波程序的設計 ……………………………………………………… 28 第四章 測試仿真 ?????????????????????? 29 1. 軟件仿真 …………………………………………………………… 29 2. 仿真結論分析 …………………………………………………………… 30 3. 硬件測試結論分析 ……………………………………………………… 31 第五章 其它 ? ??????????????????????? 31 5 1. 致謝及心得 ……………………………………………………………… 31 2. 參考文獻 ……………………………………………………………… 32 附錄 ???????????????????????????? 32 附錄一： Protel 原理圖 ??? ??????????????? 32 附錄二： PCB 圖 ???????????????????? 33 附錄三： Proteus 仿真 圖 ????????????????? 34 附錄四：系統(tǒng)源程序 ?????????????????? 35 附錄五：元件清單 ??????????????????? 43 6 緒論 1. 波形發(fā)生器現狀 波形發(fā)生器作為一種常用的應用電子儀器設備，傳統(tǒng)的波形發(fā)生器可以完全用硬件電路搭建，如應用 555 振蕩電路可以產生正弦波，三角波，方波等波形，傳統(tǒng) 的波形發(fā)生器多采用這種方式設計，這種方式不應用單片機，但是這種方式存在波形質量差，控制難，可調范圍小，電路復雜和體積大等缺點，在科學研究和生產實踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學，地震模擬震動等領域往往需要低頻信號源，而由硬件搭建的波形發(fā)生器效果往往達不到好的效果，而且低頻信號源所需要的 RC 很大，大電阻，大電容在制作上有困難，參數的精度也難以保證，而且體積大，漏電，體積大是該類波形發(fā)生器的顯著缺點。 2. 單片機在波形發(fā)生器中的應用 隨著電子技術的飛快發(fā)展，單片機的應用不斷的深入，基于單片機的智能儀器的設計技術不 斷成熟。單片機構成的儀器具有高可靠性，高性價比，單片機技術在智能儀表和自動化等諸多領域有了極為廣泛的應用，并應用到各種家庭電器，單片機技術的廣泛應用推動了社會的進步。 一塊單片機芯片就是一臺計算機，單片機的這種特殊的結構形式，使得其在某些應用領域，它承擔了大中型計算機和通用微機無法完成的一些工作。單片機有很多優(yōu)點和特點，歸納有以下幾個方面： （ 1） 具有優(yōu)異的性價比 單片機盡可能的把應用所需要的存儲器，各種功能的 I/O 接口集成在一塊芯片內，因而其性能優(yōu)越，而價格性對低廉 （ 2） 集成度搞，體積小，可靠性高 單 片機把各種 功能部件集成在一塊芯片上，因而集成度高，為大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路，又內部采用總線結構，因而大大減少了芯片內部之 7 間的連線，這大大提高了單片機的可靠性和抗干擾能力，同時，體積小，對于強磁場環(huán)境易于采用屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作 。 （ 3） 低電壓和低功耗 單片機大量用于攜帶式產品和家用消費類產品，低電壓和低功耗尤為重要。目前，許多單片機已可在 電壓下運行 ,有的已能在 或 下工作，功耗降至μ A級 ,一粒鈕扣電池就可長期使用。 利用單片機采用程序設計方法來產生低頻信號，其下限頻率很低。具有 線路相對簡單，結 構緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等優(yōu)點，并且能夠對波形進行細微調整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對電路稍加修改，調整程序，即可完成功能升級。 這里介紹一種采用 AT89S51 單片機和一片 DAC0832 數模轉換器做成的數字式低頻信號發(fā)生器，它的特點是價格低、性能高，在低頻范圍穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少等。 信號發(fā)生器與其它相比還具有如下優(yōu)點：①較分立元件信號發(fā)生器而言，具有頻率高，工作穩(wěn)定，容易調試等特性；②較專用 DDS 芯片的信號發(fā)生器而言，具有結構簡單，成 本低等特性。 （ 4） 控制功能強 單片機體積雖小，但“五臟俱全”，它非常適用于專門的控制用途。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉移指令， I/O 口的邏輯操作指令以及位操作指令。其邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。 結論： 利用單片機采用程序設計方法來產生波形，線路相對簡單，結構緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強等優(yōu)點，而且還能對波形進行細微的調整，改良波形，易于通過程序控制，只要對電路稍加修改，調整程序，就能實現功能的升級。 一 ．系統(tǒng)設計 8 設計要求 （ 1） 采用 AT89S51 及 DAC0832 設計信號發(fā)生器 （ 2） 輸出信號為正弦波或三角波或階梯波 （ 3） 輸出信號頻率為 100Hz，幅度 5V— +5V 可調 （ 4） 必須具有信號輸出及外接電源、公共地線接口，程序在線下載接口 方案一： 采用模擬分立元件或單片壓控函數發(fā)生器（ 8038）可產生三角波，正弦波等。通過調整外部元件的參數實現頻率，幅值，占空比的調整，但是由于元件太過分散，即使使用單片壓控函數發(fā)生器，參數與外部條件有關。因而產生的波形穩(wěn)定性差，精度低，抗干擾能力差 ，價格高，且靈活性差 方案二： 采用單片機（ AT89S51）和數模轉換芯片（ DAC0832）實現波形的產生，波形的產生由程序控制，向 D/A 的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)送數據，經過 D/A 和 MC1458 產生 100HZ頻率波形，通過查詢鍵盤或中斷控制不同波形的產生。此方案通過編程簡化了外部電路，原理簡單，容易實現。 方案選擇：經比較，方案二明顯更容易實現課程設計題目的要求。通過編程實現不同波型的產生，并且可以通過按鍵實現波形的切換。該方案線路簡單，結構緊湊，系統(tǒng)穩(wěn)定，易控制，容易調試等優(yōu)點，綜上分析，選擇方案二實現課題 要求 （ 1）系統(tǒng)原理框圖如圖 1 圖 1 波形 發(fā)生器系統(tǒng)框圖 鍵盤 AT89S51 波形指示 電源 A/D 轉換 基準電壓 電流 /電壓轉換 輸出 9 （ 2）原理框圖分析 ： 該波形發(fā)生器主要由單片機（ AT89S51），數模轉換電路（ DAC0832） ,電流 /電壓轉換電路（ MC1458），按鍵和波形指示燈電路， ISP 接口等組成。其工作原理為當按下四個按鍵當中的任何一個按鍵，就會產生相對應的波形，并且四個 LED 燈作為不同波形的指示。 二 ．硬件電路的設計 1． AT89S51的介紹 （ 1） AT89S51的介紹 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機，片內含 4K 的可編程的