單片機(jī)波形信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)說明書

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1、課程設(shè)計(jì)說明書目錄:1引言12方案的設(shè)計(jì)22.1設(shè)計(jì)題目22.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求22.3設(shè)計(jì)方案的比較22.4設(shè)計(jì)的原理22.5設(shè)計(jì)功能33硬件設(shè)計(jì)43.1原理框圖43.2主控電路43.3數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路53.4串行通信電路63.5控制開關(guān)接口電路73.6數(shù)碼管顯示電路84軟件設(shè)計(jì)94.1主程序模塊94.2定時(shí)中斷模塊94.3編寫程序105仿真波形圖196相關(guān)軟件的介紹216.1KeiluVision2軟件的介紹216.2proteus仿真軟件的介紹216.3ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng)217總結(jié)24參考文獻(xiàn)25附錄2626課程設(shè)計(jì)說明書1引言在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天

2、，信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用越來越廣，對(duì)信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出信號(hào)的頻率微調(diào)分辨率提出越來越高的要求，普通的頻率源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電子技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。國內(nèi)外紛紛設(shè)計(jì)制作先進(jìn)的信號(hào)發(fā)生器，從實(shí)用價(jià)值來看，各高校中信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用極為廣泛，能夠設(shè)計(jì)出低成本、高精度的信號(hào)發(fā)生器并推廣使用具有非常重要的意義。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、(I/O)接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和串行通信接口，以及其他一些計(jì)算機(jī)外圍電路等均可集成在一塊芯片上構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱為單片機(jī)。單片機(jī)具有體積小、成本低，性能穩(wěn)定、使

3、用壽命長等特點(diǎn)。其最明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中，這是其他計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)都無法做到的?；趩纹瑱C(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，以性價(jià)比相對(duì)較高的AT89C51單片機(jī)為核心，以簡單、廉價(jià)的元器件構(gòu)筑，能夠產(chǎn)生高精度、高純度的方波、三角波、鋸齒波、正弦波，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)波形自由切換，以及頻率在線調(diào)整。目前購買的信號(hào)發(fā)生器價(jià)格昂貴，功能強(qiáng)大，實(shí)際在高校開展實(shí)驗(yàn)過程中用到最多的是低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。如果能夠在高校實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的儀器取代它們，將具有重要的實(shí)際意義。信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類也不盡一致。按照頻率范圍分類可以分為：超低頻信號(hào)發(fā)生器、低頻信號(hào)發(fā)生器、視頻

4、信號(hào)發(fā)生器、高頻波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻信號(hào)發(fā)生器。按照輸出波形分類可以分為：正弦信號(hào)發(fā)生器和非正弦信號(hào)發(fā)生器，非正弦信號(hào)發(fā)生器又包括：脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字序列波形發(fā)生器、圖形信號(hào)發(fā)生器、噪聲信號(hào)發(fā)生器等。按照信號(hào)發(fā)生器性能指標(biāo)可以分為一般信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。前者指對(duì)輸出信號(hào)的頻率、幅度的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類信號(hào)發(fā)生器。后者是指其輸出信號(hào)的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號(hào)發(fā)生器。本次課程設(shè)計(jì)是做基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，將采用編程的方法來實(shí)現(xiàn)三角波

5、、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各種波形的頻率進(jìn)行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。在程序運(yùn)行中，當(dāng)接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時(shí)再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器處理后，從信號(hào)發(fā)生器的輸出端口輸出。26課程設(shè)計(jì)說明書2方案的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)題目單片機(jī)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求以AT89C51為主控芯片，利用DA轉(zhuǎn)換器和外圍電路，設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，要求實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生方波，三角波，正弦波，鋸齒波等波形。(2)通過按鍵能對(duì)四種波形進(jìn)行選擇輸出。(3)數(shù)碼管上能顯示輸出

6、波形的編號(hào)或名稱。(4)能通過控制開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出波形頻率的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)輸出波形頻率的提高和降低。2.3設(shè)計(jì)方案的比較方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如8038），8038可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用D/A轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制電壓，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號(hào)的頻率穩(wěn)定度不高。方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器(VCO)的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難以達(dá)到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復(fù)雜。方案三：采用單片機(jī)編程的方法來實(shí)現(xiàn)。該方法可以通過編程的方法來控制信號(hào)波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實(shí)現(xiàn)

7、頻率的變換。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào)，所以信號(hào)的精度可以做的很高。鑒于方案一的信號(hào)頻率不夠穩(wěn)定和方案二的電路復(fù)雜，頻率覆蓋系數(shù)難以達(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)，所以決定采用方案三的設(shè)計(jì)方法。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬件的方法來實(shí)現(xiàn)，使得信號(hào)頻率的穩(wěn)定性和精度的準(zhǔn)確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價(jià)格便宜，使得硬件的開銷達(dá)到最省。2.4設(shè)計(jì)的原理數(shù)字信號(hào)可以通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，因此可通過產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方法來獲得所需要的波形。AT89