【導讀】HuangPengyong. 254). Abstract. trianglewave,sinewave. 1Introduction. Lwaveform

　　

【正文】 子制做大賽 ,通過分析比較后采用傳統(tǒng)的方法來實現(xiàn)多功能波形發(fā)生器。借助高性能單片機運算速度高 ,系統(tǒng)集成度強的優(yōu)勢 ,設計的這種 信號發(fā)生器 ,比以前的數(shù)字式信號發(fā)生器具有硬件簡單 ,理解及實現(xiàn)起來較容易 ,該方案的設計思路較為清晰 ,且容易對頻率和幅值進行控制等優(yōu)點。 低頻信號發(fā)生器采用單片機波形合成發(fā)生器產(chǎn)生高精度，低失真的正弦波電壓，可用于校驗頻率繼電器，同步繼電器等，也可作為低頻變頻電源使用。 以單片機為核心設計了一個低頻函數(shù)信號發(fā)生器。信號發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術 ,通過硬件電路和軟件程序相結合 ,可輸出自定義波形 ,如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可任意改變。介紹了波形的生成原理、硬件電路和軟件部分 的設計原理。介紹了單片機控制 D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號的硬件電路和軟件編程、 DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器的原理和使用方法、 AT89C52以及與設計電路有關的各種芯片、關于產(chǎn)生不同低頻信號的信號源的設計方案。該信號發(fā)生器具有體積小、價格低、性能穩(wěn)定、功能齊全的優(yōu)點。 2 系統(tǒng)設計 方案 ： 利用 AT89C52單片機采用程序設計方法產(chǎn)生鋸齒波、正弦波、矩形波三種波形，再通過 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，濾波放大，最終由示波器顯示出來，通過鍵盤來控制三種波形的類型選擇、頻率變化，最終輸出 顯示其各自的類型以及數(shù)值。 設計要求 1) 、利用單片機采用軟件設計方法產(chǎn)生三種波形 2）、三種波形可通過鍵盤選擇 3）、波形頻率可調(diào) 4）、需顯示波形的種類及其頻率 器件選擇 通過單片機控制 D/A，輸出三種波形。 AT89C52 單片機是一種高性能 8 位單片微型計算機。它把構成計算機的中央處理器 CPU、存儲器、寄存器、 I/O 接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構成較為完整的計算機、而且其價格便宜。 采用 LCD 液晶顯示器 1602。其功率小，效果明顯，顯示編程容易控制，可以顯示字母。 總體系統(tǒng)設計 該系統(tǒng)采用單片機作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，由單片機完成人機界面、系統(tǒng)控制、信號的采集分析以及信號的處理和變換，采用按鍵輸入，利用液晶顯示電路輸出數(shù)字顯示的方案。將設計任務分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。 硬件實現(xiàn)及單元電路設計 單片機最小系統(tǒng)的設計 89C52 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用 89C52 單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電 路即可，如圖 89C51 單片機最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應用特點： (1) 有可供用戶使用的大量 I/O 口線。 (2) 內(nèi)部存儲器容量有限。 (3) 應用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 標準的 52 為 8K 程序空間， 128 字節(jié)的 RAM， 32 條端口， 5 個中斷， 2 個定時 /計數(shù)器， 12 個時鐘周期執(zhí)行一條基本指令，最長的除法為 48 個周期。 52 為8K 程序空間， 256 字節(jié)的 RAM， 32 條端口， 6 個中斷， 3 個定時 /計數(shù)器。 D/A 轉(zhuǎn) 換器 DAC0832 是雙列直插式 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模 擬量 (電流 )輸出的轉(zhuǎn)換。圖 為 DAC0832 的引腳圖。其主要參數(shù)如下：分辨率為 8 位，轉(zhuǎn)換時間為 1μ s，滿量程誤差為177。 1LSB，參考電壓 (+10/span10)V，供電電源為(+5～ +15)V，邏輯電平輸入與 TTL 兼容。從圖 31 中可見，在 DAC0832 中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為 ILE，第二級鎖存器稱為 DAC 寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號 /XFER。當 ILE 為高電平，片選信號 /CS 和寫信號 /WR1 為低電平時，輸入寄存器控制信號為 1，這種情況下，輸入寄 存器的輸出隨輸入而變化。此后，當 /WR1 由低電平變高時，控制信號成為低電平，此時，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中， 這樣輸 入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù) DB 的變化而變化。 對第二級鎖存來說，傳送控制信號 /XFER 和寫信號 /WR2 同時為低電平時，二級鎖存控制信號為高電平， 8 位的 DAC 寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當 /WR2 由低電平變高時，控制信號變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到DAC 寄存器中。 圖 23 中其余各引腳的功能定義如下： (1) DI7～ DI0 ： 8 位的數(shù)據(jù)輸入端， DI7 為最高位。 (2) IOUT1 ：模擬電流輸出端 1，當 DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 1 時，輸出電流最大，當 DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 0 時，輸出電流為 0。 (3) IOUT2 ：模擬電流輸出端 2， IOUT2與 IOUT1的和為一個常數(shù)，即 IOUT1＋ IOUT2＝常數(shù)。 (4) RFB ：反饋電阻引出端， DAC0832 內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。 (5) VREF ：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負電壓，它決定 0 至 255 的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度， VREF范圍為 (+10～ 10)V。VREF端與 D/A 內(nèi)部 T 形電阻網(wǎng)絡相連。 (6) Vcc ：芯片供電電壓，范圍為 (+5~ 15)V。 (7) AGND ：模擬量地，即模擬電路接地端。 (8) DGND ：數(shù)字量地。 運算放大器電路 R1 是耦合電阻， R2,R3 都為分壓式反饋電阻。 R2 和 R1 的電壓比例為 1： 2， OUT2的電壓為 5v~0v,在第二級運放中要把 5v~0v 之間的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?5v~5v，即第一級運放轉(zhuǎn)換成電壓量的值沒增加或減少 1v,第二級運放產(chǎn)生的 電壓就減少或增加 2v。 LED 顯示器接口電路 常用的 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管） LED 七段顯示器（俗稱數(shù)碼管和 LED 十六段顯示器，發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示； LED 十六段顯示器，用于字符顯示） 1．數(shù)碼管結構 數(shù)碼管由 8 個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構成，通過不同組合可用來顯示數(shù)字 AF 及小數(shù)點“ .”。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結構。 2. 數(shù)碼管工作原理 共陽極數(shù)碼管的 8 個發(fā)光二級管的陽極（二極管正端）連接 在一起。通常會共陽極接高電平 ，則該數(shù)碼管導通并點亮。共陰極數(shù)碼管的 8 個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起。公共陰極接低電平（一般接地）當某個陽極接高電平，則該數(shù)碼管并點亮。 波形產(chǎn)生原理及模塊設計 波形產(chǎn)生的原理： 內(nèi)存中首先存儲波形的數(shù)字量值數(shù)組 tosin。 52 單片機讀取數(shù)組中的值，送入 D/A 轉(zhuǎn)換器； D/A 轉(zhuǎn)換器將輸入的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬量輸出； D/A 輸出的模擬電流量通過運放轉(zhuǎn)換成電壓量輸出。 由單片機采用編程方法產(chǎn)生三種波形、通過 DA 轉(zhuǎn) 換模塊 DAC0832 在進過濾波放大之后輸出。 顯示模塊的設計 通過液晶 1602 顯示輸出的波形、頻率， 1602 的八位數(shù)據(jù)端接單片機的 P1口，其三個使能端 RS、 RW、 E 分別接單片機的 — 。通過軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。 結 論 通過這次課程設計使我對課程所學理論知識的深化和提高。并且通過本次課程設計，使我了解和掌握單片機應用系統(tǒng)的軟硬件設計過程、方法及實現(xiàn)，培養(yǎng)了我分析問題和解決問題的能力，為以后設計和實現(xiàn)更難的應用系統(tǒng)打下良好基礎。同時培養(yǎng)了我撰寫設計說明書 的能力。 在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設計但這次設計真的讓我長進了很多。對于單片機設計，其硬件電路是比較簡單的，主要是解決程序設計的問題，而程序設計是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個設計的靈魂所在。因此在整個設計過程中大部分時間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個子程序才是關鍵的問題所在，這需要對單片機的結構很熟悉。因此可以說單片機的設計是軟件和硬件的結合，二者是密不可分的。 要設計一個成功的電路，必須要有耐心，要有 堅持的毅力。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設計上，如在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因。這就要求我們對硬件系統(tǒng)中各組件部分有充分透徹的理解和研究，并能對之靈活應用。完成這次設計后，我在書本理論知識的基礎上又有了更深層次的理解。 同時在本次設計的過程中，我還學會了高效率的查閱資料、運用工具書、利用網(wǎng)絡查找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應用中其實并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整。偶而還會遇到錯誤的資料現(xiàn)象，這就要求我們應更 加注重實踐環(huán)節(jié)。 對該理論在實踐中應用的深刻理解，通過把波形在計算機上實現(xiàn)，知道和理解該理論在計算機中怎樣執(zhí)行的，對該理論在實踐中的應用更深刻的理解，激發(fā)了我的學習積極性，在這次課程設計中，我就是按通過該課程設計，全面系統(tǒng)了解編譯原理課程序構造的一般原理的基本實現(xiàn)方法。把死板的課本知識變得生動有趣，激發(fā)了我的學習積極性。 參 考 文 獻 1 戴仙金主編 51 單片機及其 C 語言匯編程序開發(fā)實例 清華大學出版社，2020 2 高吉祥主編 全國大學生電子設計競賽培訓系列教程 電子工業(yè)出版社，2020 3 楊素行主編 模擬電子技術基礎簡明教程 高等教育出版社， 2020 4 蔣輝平主編 單片機原理與應用設計 北京航空航天大學出版社 2020