波形发生器说明书

1 引言
随着单片机功能不断完善，单片机在越来越多的领域得以应用。

按照传统的模式，在单片机应用系统整个项目开发过程中．先根据系统要求设计原理图，绘制PCB电路图，制作电路板，焊接元器件，然后进行软件编程，通过仿真器对系统硬件和软件调试，最后将调试成功的程序固化到单片机的程序存储器中。

无论是从硬件成本上。

还是从调试周期上，传统开发模式的效率都有待提高。

基于Proteus和Keil接口仿真平台是可以进行仿真、调试、制板并最大限度的软件模拟的单片机的开发平台，可极大地提高单片机应用系统的开发过程。

波形发生器是一种常用的信号源，广泛应用于科学研究、生产实践和教学实验等领域。

本次课程设计对基于Proteus和Keil接口的虚拟波形发生器进行了仿真设计．利用
AT89C51单片机产生方波、锯齿波、三角波，并可以在不同的波形之间任意切换。

1.1 题目的要求
1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。

2、编写下列控制程序
（1）能输出三角波、锯齿波、方波。

（2）由K0-K2键分别控制以上所述波形的产生。

（3）根据开关对输出波形的频率、幅度进行控制调节。

3、用Protues进行仿真。

1.2 题目的意义
（1）利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。

（2）、我们这次的课程设计是以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（三角波、锯齿波、方波）且频率可调的波形发生器。

（3）掌握各个接口芯片(如DAC0832等)的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。

（4）在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的实验大家
也都是分散的对各个章节的内容进行练习。

因此，缺乏一种系统的设计锻炼。

在
课程所学结束以后，这样的课程设计十分有助于我们将知识系统地总结到一起。

（5）通过将这几个波形的组合形成了一个函数发生器，使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。

这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以锻炼大家对单片机知识的应用。

2 所需设备及功能介绍
2.1 所需设备
单片机最小开发系统，DAC0832一片，PC机一台，运算放大器，其他器件任选。

2.2 芯片功能介绍
2.2.1 DAC0832
(1)DAC0832芯片介绍：DAC0832为一个8位D/A转换器,单电源供电,在+5～+15V范围内均可正常工作。

基准电压的范围为±10V,电流建立时间为1μs,CMOS 工艺,低功耗20mW。

DAC0832内部结构:芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。

D/A转换结果采用电流形式输出。

要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。

运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，还可以外接。

DAC0832的内部结构框图如下图所示：
DAC0832的外部引脚及功能介绍图如下：
D0～D7：数字信号输入端。

ILE：输入寄存器允许，高电平有效。

CS：片选信号，低电平有效。

WR1：写信号1，低电平有效。

XFER：传送控制信号，低电平有效。

WR2：写信号2，低电平有效。

IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。

Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。

Vref：基准电压（-10～10V）。

Vcc：是源电压（+5～+15V）。

AGND：模拟地 NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。

(2)DAC0832的应用：
DAC0832一是用作单极性电压输出，二是用作双极性电压输出，最后是用作程控放大器。

(3)DAC0832与8031的连接方式：
DAC0832的与单片机的连接方式有三种方式：一、单缓冲，二、双缓冲，三是直通方式。

本程序采用的是方式一即单缓冲方式，ILE为高电平,CS、WR1、WR2、XFER为低电平。

2.2.2 AT89C51
(1)AT89C51引脚图及管脚说明
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。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3口管脚备选功能
P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

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。

3 仿真软件介绍
随着单片机功能不断完善，单片机在越来越多的领域得以应用。

按照传统的模式，在单片机应用系统整个项目开发过程中．先根据系统要求设计原理图，绘制PCB电路图，制作电路板，焊接元器件，然后进行软件编程，通过仿真器对系统硬件和软件调试，最后将调试成功的程序固化到单片机的程序存储器中。

无论是从硬件成本上。

还是从调试周期上，传统开发模式的效率都有待提高。

基于Proteus和Keil接口仿真平台是可以进行仿真、调试、制板并最大限度的软件模拟的单片机的开发平台，可极大地提高单片机应用系统的开发过程Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是由英国I．abcenter公司开发的，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台，已有近20年的发展历史，是目前唯一能够对各种微处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具，真正实现了在没有硬件目标原形时就可对系统进行调试、测试与验证。

Keil C51是美国Kell Software公司出品的51系列兼容单片机软件开发系统，提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。

正是由于Proteus逼真、强大的协同仿真能力。

与Keil联合使用，可以大大提高开发效率，最大限度地减小对硬件的依赖，甚至对于一些小系统可以做到完全脱离硬件，实现零成本学习单片机。

4 总体功能图及主要设计思路
4.1 总体功能图
4.2 主要设计思想
从此题的要求我的设计思路分以下几步：
（一）、课设需要各个波形的基本输出：输出锯齿波、三角波、方波。

这些波形的实现的具体步骤：锯齿波实现很简单，只需要一开始定义一个初值，然后不断的加1，当溢出后又重初值开始加起，就这样循环下去；方波的实现方法是连续输出一个数，到某个时候就改变一下值，可以把值定义为正极性的，也可以是负极性；三角波的实现过程是先加后减，先从00H开始加1直到溢出后就执行减1操作，就这样不断调用这个循环。

设计程序流程图如图所示。

（二）、通过P3口和开关K0-K3相连接来控制各个波形的输出。

能根据K0-K3键状态进行波形切换，开关键向上接“1”，产生波形，向下拔接“0”，无波形输出。

即K0键向上拔，K1、K2键向下拔，产生锯齿波； K1键向上拔，K0、K2键向下拔，产生三角波；K2键向上拨，K0、K1键向下拨，产生方波。

4.3 原理图
４.4 制板图
4.5 PROTEUS 仿真图
仿真图
锯齿波
三角波
方波
5 软件设计流程及描述
5.1 锯齿波的实现过程
锯齿波的实现过程是首先定义一个初值然后进行加法操作，加的步数的多少则根据要求的频率来进行。

然后加到某个数之后就再重新设置为初值，再重复执行刚刚的操作，如此循环下去。

流程图如下所示：
5.2 三角波的实现过程
三角波的实现是设置一个初值，然后进行加数，同样是加到某个数之后再进行减数，减到初值之后就再返回到先前的操作，这个操作跟锯齿波的实现是相似的。

此程序输入的VREF的电压是＋5V，因此该波形输出的最大频率是初值为00H和最终值为0FFH，且步数为1，这样输出的波形是最大的。

程序流程图如下图所示：
5.3 方波的实现过程
此波形的实现更加简单，只需开始的时候设置一个初值然后直接输出这个值就行了，输出一段时间后，然后再重新置一个数据，然后再输出这个数据一段时间，但是此时的时间一定要等于前面那段时间。

这样才是一个方波，如果两个时间不相同，那就相当于一个脉冲波了。

流程图如下图所示：
5.4 波形切换
下面是通过开关的切换控制输出波形的流程图。

按下一个开关，若P3.0为1则输出锯齿波，P3.1为1输出三角波，P3.2为1输出方波。

5.5 源代码及注释
ORG 0000H
START: LJMP MAIN
ORG 0003H ;外部中断入口
LJMP INSER ;转到中断服务程序
ORG 0030H
MAIN: MOV DPTR,#7FFFH ;DAC0832地址
SETB EX0 ;允许中断
SETB IT0 ;负边沿触发方式
SETB EA ;开中断
HERE: JB 20H.0,ST ;锯齿波处理
JB 20H.1,TRI ;三角波处理
JB 20H.2,SQ ;方波处理
SJMP HERE ;等待中断
INSER: JNB P1.0, LL1 ;中断服务程序，查询按键SJMP L1
LL1: MOV 20H,#00H
SETB 20H.0 ;设置锯齿波标志
SJMP RT
L1: JNB P1.2, LL2
SJMP L2
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LL2: MOV 20H,#00H
SETB 20H.1 ;设置三角波标志
SJMP RT
L2: JNB P1.4, LL3
SJMP RT
LL3: MOV 20H,#00H
SETB 20H.2 ;设置方波标志
RT: RETI ;中断返回
ST: MOV A,#00H ;锯齿波
LOOPP: MOVX @DPTR,A ;启动D/A转换
INC A
JB 20H.0,LOOPP ;连续输出波形
LJMP HERE
TRI: MOV A,#00H ;三角波
UP: MOVX @DPTR,A ;启动D/A转换
INC A ;上升沿
CJNE A,#0FFH,UP
DOWN: MOVX @DPTR,A ;启动D/A转换
DEC A ;下降沿
CJNE A,#00H,DOWN
JB 20H.1, UP ;连续输出波形
LJMP HERE
SQ: MOV A,#00H ;方波
MOVX @DPTR,A ;DAC输出低电平
ACALL DELAY ;延时1
MOV A,#0FFH
MOVX @DPTR,A ;DAC输出高电平
ACALL DELAY ;延时2 JB 20H.2, SQ ;连续输出波形
LJMP HERE
DELAY: MOV R4,#0FH ;延时子程序
LOOP11: MOV R5,#10H
LOOP22: NOP
NOP
NOP
DJNZ R5,LOOP22
DJNZ R4,LOOP11
RET
END
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6 总结
一个星期的课程设计很快就这样过去了，经过此课程设计我已经了解DAC0832的基本的功能的实现和开关的操作。

此设计使用了单片机作为中央控制器，直接由软件产生波形信号的输出，可通过修改软件，还可以输出其它任意波形。

硬件简单,容易实现。

根据这次课程设计课题要求，我复习了这学期所学的单片机内容，通过查询相关的资料，简要知道了虽然老师上课讲过，但自己没有听懂的89C51芯片的有关知识。

根据课程设计的要求，我通过参考有关资料拟好了方案，写好程序流程图，在程序流程图的基础上，根据芯片的功能写出相应的程序，达到能够实现所要求的功能的目的。

在写程序时，在每条指令后都写好注释，以便在程序出错的检查过程中可以更容易查找得到。

这次的单片机课程设计重点是理论与实际的相结合，不单单只是书上的一条条分离的指令。

通过这次设计让我更系统的了解了个个指令以及单片机的扩展内容，通过课设，使我对单片机的认识加深了，知识的涵盖也广了，锻炼了动脑设计、动手完成的实践能力。

通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。

使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步。

最后，我觉得一个星期的时间虽然过的很快但是非常的充实。

在这里再一次感谢余老师的指导和同学的帮助。

参考文献
[1] 主编：张毅刚，副主编：彭喜元，董继成《单片机原理及应用》，高等教
育出版社。

[2] 主编：胡辉《单片机应用系统设计与训练》中国水利水电出版社
[3] 主编：周航慈《单片机应用程序设计技术》北京航空航天大学出版社
鸣谢
感谢学校给予的这次训练机会。

感谢指导老师的热心辅导、指点。

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