基于proteus的波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-12-16 03:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 前，實(shí)驗(yàn)、科研和工業(yè)生產(chǎn)中使用的波形發(fā)生器大多采用此方法來實(shí)現(xiàn) [711]。 相比之下，軟硬件結(jié)合的方法可以設(shè)計(jì)出性能最優(yōu)、功能擴(kuò)展靈活、控制智能化的波形發(fā)生器，可以滿足教學(xué)、科研、工業(yè)生產(chǎn)等各方面對(duì)波形發(fā)生器性能有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。綜合以上幾種設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)采用軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)法。該方案能夠產(chǎn)生很好的波形，也易于實(shí)現(xiàn)。 3 硬件設(shè)計(jì) 波形的產(chǎn)生是通過 AT89C51 單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向 D/A 轉(zhuǎn)換器DAC0832 的輸入端按一定的規(guī)律輸 入數(shù)據(jù)，從而在 DAC0832 的輸出端得到相應(yīng)的波形輸出 [12]。 硬件設(shè)計(jì)的總體框圖如圖 1 所示。 圖 1 硬件設(shè)計(jì)總體框圖 硬件電路的設(shè)計(jì)使用的是 Proteus 軟件平臺(tái)。 Proteus 軟件是世界上著名的 EDA工具，由英國(guó) Labcenter electronics 公司出版，它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三 合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)?？梢哉f它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 硬件設(shè)計(jì)的總圖如圖 2 所示。 該波形發(fā)生器硬件電路分為三個(gè)主要模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)模塊、波形與頻率選擇模塊和波形輸出模塊。 撥盤開關(guān) AT89C51單 片機(jī) 復(fù)位電路 晶振電路 波形輸出 5 圖 2 硬件設(shè)計(jì)總圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括三個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)芯片、復(fù)位電路和晶振電路。 單片機(jī)芯片 單片機(jī)具有控制性能及可靠性高和體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化的特點(diǎn)，在現(xiàn)代的各種電子器件中，單片機(jī)具有良好的性能價(jià)格比。該模塊的單片機(jī)芯片選用的是ATMEL 公司的 AT89C51，屬于 80C51 系列，它融入的 Flash 存儲(chǔ)技術(shù)，其引腳圖如圖 3 所示。 80C51 系列單片機(jī)產(chǎn)品繁多，已經(jīng)成為事實(shí)上的單片機(jī)的主流系列 [13]。 復(fù)位電路 復(fù)位是使單片機(jī)處于初始狀態(tài)，單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開始的。 當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST(全稱 RESET)出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。單片機(jī)根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。上電后，由于電容的充電和反相門的作用，使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 K 后松開，也能使 RST 為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。該單片機(jī)最小系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式，因?yàn)樗恍枰谶\(yùn)行過程中進(jìn)行復(fù)位操作。復(fù)位電路如圖 4 所示。 6 圖 3 AT89C51 引腳圖 圖 4 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。該單片機(jī)最小系統(tǒng)采用內(nèi)部振蕩方式。時(shí)鐘 電路如圖 5 所示。 圖 5 時(shí)鐘電路圖 7 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器或陶瓷諧振蕩器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩，并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用 6MHz、 12MHz 或 24MHz，該電路選用 12MHz。 波形與頻率選擇模塊 該模塊采用撥盤開關(guān)來進(jìn)行波形與頻率的選擇和變換，其電路圖如圖 6 所示。 圖 6 波形與頻率選擇模塊電路圖 電路圖中，開關(guān) SW1 用來選擇波形，其狀態(tài)與波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 1 所示；開關(guān) SW2 用來選擇頻率檔，其狀態(tài)與頻率檔位的關(guān)系如表 2 所示。 表 1 開關(guān) SW1 的狀態(tài)與波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系 SW1 的狀態(tài) 選擇的波形 SW1 撥向 1 位置， =1 方波 SW1 撥向 2 位置， =1 三角波 SW1 撥向 3 位置， =1 正弦波 表 2 開關(guān) SW2 的狀態(tài)與頻率檔位的對(duì)應(yīng)關(guān)系 SW2 的狀態(tài) 選擇的檔位 SW2 撥向 1 位置， =1 頻率一， 30Hz SW2 撥向 2 位置， =1 頻率二， 15Hz 波形輸出 模塊 波形輸出模塊電路圖如圖 7 所示。 該模塊 主 要包括 DAC083運(yùn)算放大器和滑動(dòng)變阻器三個(gè)元器件。 8 圖 7 波形輸出模塊電路圖 DAC0832芯片 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容。這個(gè) DAC芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。其引腳圖如圖 8 所示。 圖 8 DAC0832 引腳圖 根據(jù)對(duì) DAC0832 的數(shù)據(jù)鎖存器和 DAC 寄存器的 不同的控制方式， DAC0832 有三種工作方式。一種是兩級(jí)緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級(jí)緩沖器后，進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。第二種是單級(jí)緩
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