波形发生器设计单片机课程设计

广东石油化工学院单片机原理及应用技术课程设计
题目：波形发生器的设计
班级：505团队
团队成员：
学号：
目录
一、设计任务及团队分工说明 (1)
二、总体设计及需求分析 (3)
三、硬件选型及电路设计 ................................. 错误！未定义书签。

四、软件设计 ..................................................... 错误！未定义书签。

五、结论.................................................................. 错误！未定义书签。

六、设计心得.......................................................... 错误！未定义书签。

七、致谢.................................................................. 错误！未定义书签。

参考文献.................................................................. 错误！未定义书签。

二、总体设计及需求分析
1.实验目的：
①掌握数/模转换的基本原理及编程方法；
②掌握D/A转换芯片DAC0832的结构特点、工作原理及使用方法；
③掌握利用串行口扩展I/O口的方法；
2.实验要求：实验目的
①. 设计一款能够产生3种以上波形的波形发生器；
②. 设计波形选择按钮；
③．LED或LCD显示波形代号（如 1为正弦波，2为方波……）；
④．能够同时输出两种波形
⑤．能够记录一段时间的波形
3.程序流程图
程序的主流程图如下：
主流程图
三：硬件选型及电路设计
1.单片机AT89C51介绍：
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如下图所示：
图3.4 AT89C51引脚图
AT89C51管脚说明：
VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1
口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH
编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

RST：复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时， ALE
只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

2.DAC0832
DAC0832是8位分辨率D/A转换集成芯片，与处理器完全兼容，具有价格低廉，接口简单，转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。

D/A转换器由八位输入锁存器、八位DAC寄存器、八位D/A转换电路以及转换电路构成。

DAC0832输出是电流型的，但实际应用中往往需要电压输出信号，所以还必须一个外接的运算放大器转换称电压。

其引脚如下图1所示：
图1：DAC0832引脚图
• D0～D7：八位数据输入线
• ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效
• CS: 片选信号输入线，低电平有效
• WR1：输入寄存器的写选通信号，低电平有效
• XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效
• WR2：DAC寄存器写选通输入线，低电平有效
• IOUT1：电流输出线。

当输入全为1时IOUT1最大
• IOUT2：电流输出线。

其值与OUT1之和为一常数
• RFB：反馈信号输入线，芯片内部有反馈电阻
• Vcc：电源输入线（+5～+15V）
• Vref: 基准电压输入线（-10～+10V）
• AGND: 模拟地，模拟信号和基准电源的查考地
• DGND：数字地，两种地线在基准电源共处比较好
根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式，可用软件指令控制这5个控制端：ILE、CS、WR1、WR2、XFER。

•直通工作方式：5个控制端均有效，直接D/A转换
•单缓冲工作方式：5个控制端一次选通，即两个输入寄存器中任意一个处于直通方式，另一个工作于受控方式
•双缓冲工作方式：5个控制端分二次选通。

即两个锁存器都处于受控状态
本次设计我们让DAC0832工作于单缓冲器方式，它的ILE接+5V。

/CS和/XFER 相连后由8051的P2.7控制，/WR1和/WR2相连后由8051的/WR控制DAC0832的地址为7FFFH,工作于单缓冲器方式，执行一次对DAC0832的写入操作即可完成一次D/A 转换。

3.74LS47芯片
74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字，通过它的解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序，节约了单片机的I/O开销。

因而是一个很好的芯片。

引脚图2如下：
图2:74LS47引脚图
• D 、C 、B 、A ：BCD 码输入引脚
• a 、b 、c 、d 、e 、f 、g ：7段LED 数码管的输出引脚
• LT ：测试引脚，当本引脚输入低电平时，所连接的7段数码管全亮。

正常情况下，应输入高电平
• RBI ：涟波淹没输入引脚。

正常情况下，应输入高电平
• BI/RBO ：淹没输入或涟波淹没输出引脚。

正常显示下，应输入高电平或空接。

若本引脚输入低电平，且D 、C 、B 、A 引脚输入为0，则该位数不显示，这项功能用于消除前置0或者消除尾端0.
• D 、C 、B 、A ：BCD 码输入引脚
• a 、b 、c 、d 、e 、f 、g ：7段LED 数码管的输出引脚
• LT ：测试引脚，当本引脚输入低电平时，所连接的7段数码管全亮。

正常情况下，应输入高电平
• RBI ：涟波淹没输入引脚。

正常情况下，应输入高电平
• BI/RBO ：淹没输入或涟波淹没输出引脚。

正常显示下，应输入高电平或空接。

若本引脚输入低电平，且D 、C 、B 、A 引脚输入为0，则该位数不显示，这项功能用于消除前置0或者消除尾端0.
3. 7段数码管
7段数码管一般有8个发光二极管组成，其中有7
个细长的发光二极管组成
数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。

当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。

控制相应的二极管导通，就能显示各种字符。

发光二极管的阳极连在一起称为共阳极数码管，阴极连在一起称为共阴极数码管。

图3：七段数码管引脚图
4.硬件接线图
显示部分：
波形发生部分：
按钮部分：
整体电路图:
四、软件设计:
1.锯齿波模块
8051单片机的累加器A从0开始循环增量，每增量一次向DAC0832写入一个数据，得到一个输出电压，这样可以获得一个正向的阶梯波。

程序如下：
LOOP1: ;正向锯齿波
MOV R1,#02H；
LCALL DISP;
L11: MOV R3,#00H;
L12: MOV A,R3;
MOVX @DPTR,A;
INC R3;
CJNE R3,#0FFH,L12;
JB P2.1,STR;
AJMP L11;
延时子程序：
程序若如下：
DELAY: MOV R6,#0AH ;延时1ms子程序
DEL2: MOV R7,#32H
DEL1: DJNZ R7,DEL1
DJNZ R6,DEL2
RET
在延时子程序中改变延时时间的长短，即可改变输出波形的周期
2．三角波模块
在以上这个反向的锯齿波的前提下，若要获得正向的锯齿波只需将以上程序中的指令INCA换成指令DECA即可，如果想获得任意起始电压和终止电压的波形，则需先确定起始电压和终止电压所对应的数字。

程序中首先从起始电压对应的数字量开始输出，当达到终止电压对应的数字量时返回，如此反复。

将正向锯齿波与负向锯齿波组合起来就可以获得三角波，
程序如下：
LOOP2: ;三角波
MOV R1,#03H
LCALL DISP
L21: MOV R3,#00H
L22: MOV A,R3
MOVX @DPTR,A
INC R3
CJNE R3,#0FFH,L22
L23: DEC R3
MOV A,R3
MOVX @DPTR,A
CJNE R3,#00H,L23
JB P2.2,STR
AJMP L21
3．方波模块：
方波信号也是波形发生器中常用的一种信号，下面的程序可以从DAC的输出端得到矩形波，当延时子程序延时时间大体相同时即为方波，改变延时时间可得到不同占空比的矩形波，上限电平及上限电平对应的数字量可用前面讲过的方法获得。

程序如下：
L0:
MOV A,#0FFH ;方波
MOVX @DPTR,A
LCALL DELAY
MOV A,#00H
MOVX @DPTR,A
LCALL DELAY
JB P2.0,STR
LJMP L0
4. 梯形模块
梯形程序：
LOOP3: ;梯形波
MOV R1,#05H
LCALL DISP
L41: MOV R3,#00H
L42: MOV A,R3
MOVX @DPTR,A
INC R3
CJNE R3,#0FFH,L42
LCALL DELAY
L43: DEC R3
MOV A,R3
MOVX @DPTR,A
CJNE R3,#00H,L43
LCALL DELAY
JB P2.3,STR
AJMP L41。