基于51单片机的波形发生器的设计汇总

目录

1 引言 (1)

1.1 题目要求及分析 (1)

1.1.1 示意图 (1)

1.2 设计要求 (1)

2 波形发生器系统设计方案 (2)

2.1 方案的设计思路 (2)

2.2 设计框图及系统介绍 (2)

2.3 选择合适的设计方案 (2)

3 主要硬件电路及器件介绍 (4)

3.1 80C51单片机 (4)

3.2 DAC0832 (5)

3.3 数码显示管 (6)

4 系统的硬件设计 (8)

4.1 硬件原理框图 (8)

4.2 89C51系统设计 (8)

4.3 时钟电路 (9)

4.4 复位电路 (9)

4.5 键盘接口电路 (10)

4.7 数模转换器 (11)

5 系统软件设计 (12)

5.1 流程图： (12)

5.2 产生波形图 (12)

5.2.1 正弦波 (12)

5.2.2 三角波 (13)

5.2.3 方波 (14)

6 结论 (16)

主要参考文献 (17)

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1引言

1.1题目要求及分析

题目：基于51单片机的波形发生器设计，即由51单片机控制产生正弦波、方波、三角波等的多种波形。

1.1.1示意图

图1：系统流程示意图

1.2设计要求

(1) 系统具有产生正弦波、三角波、方波三种周期性波形的功能。

(2) 用键盘控制上述三种波形（同周期）的生成，以及由基波和它的谐波（5次以下）线性组合的波形。

(3) 系统具有存储波形功能。

(4) 系统输出波形的频率范围为1Hz～1MHz，重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz，非正弦波的频率按照10次谐波来计算。

(5) 系统输出波形幅度范围0～5V。

(6) 系统具有显示输出波形的类型、重复频率和幅度的功能。

2波形发生器系统设计方案

设计并制作一个波形信号发生器，能够产生正弦波、方波、三角波的波形，其中不使用DDS和一些专用的波形产生芯片。并让系统的频率范围在1Hz～1MHZ可调节，在频率范围在1HZ～10KHz时，步进小于或等于10Hz，在频率范围在10KHz～1MHz时，步进小于或等于100Hz，并且电压在0～5V范围，能够实时的显示波形的类型、频率和幅值。

2.1方案的设计思路

以AT89C51单片机作为系统的控制核心，其中P0口接DAC0832作为信号输入同时进行数模转换，P1口用来接键盘，P2口接LED显示器，由程序来控制P0口产生的波形，再由按键和按键次数控制波形的种类、频率和幅值的大小，并且能够通过按键来控制波形频率值和幅度值。由运算放大器DAC0832来实现输出电流到电压的转换，即实现数字信号到模拟信号的转换。另外在LED上显示实时的频率值和幅度值，产生的波形在示波器显示。并且通过按键来决定波形数据的存储方式，在按键按下后，就把当时的波形所对应的幅度值、频率值等参数存储下来。

波形的合成：在波形的合成时，通过外部中断高低电平的延时的时间来进行解码，在采样的时，对正弦波，三角波，方波都只取了20个采样点，因为采样点越少，其频率能够达到的值就会越大，合成时就是对幅值点进行一个叠加来输出一组波形。

2.2设计框图及系统介绍

系统主要部分设计框图如下图所示：

图2：框图设计

2.3选择合适的设计方案

方案一：采用模拟分立元件或单片函数发生器就可以产生正弦波、方波、三角波，方法简单。通过调整外部元件也可以实现输出频率的改变，但采用模拟元器件造成元件分散

性太大，从而产生的频率稳定性较差、抗干扰能力低、灵活性较差、而且精度低，不能实现任意波形转换和波形运算输出等方面自主控制功能。

方案二：采用专业的锁相式频率合成方案，这种锁相式频率合成是一种高稳定度和高精确度的大量离散技术，他能够准确的产生波形，可以很好的解决频率稳定精确的情况下又要求频率在较大的范围内可调的问题。但是频率受VCO可变频率范围上的影响，高低频率比无法做到很高，还有其只能产生正弦波或方波，不能满足产生三角波的要求。

方案三：采用AT89C51单片机和数模转换器DAC0832实现波形的产生。波形的产生方法是用AT89C51单片机执行波形程序，向DAC0832转换器的输入端输入相应的数据，从而在DA转换电路输出端再通过运放电路转换得到相应的电压波形。在AT89C51的P1口接按键控制波形的种类和波形的频率，每种波形对应一种按键方式。此方案原理简单，同时适合操作，实现起来也相对较容易。

经比较，方案三的设计能够更好的实现和完成题目的要求，产生的三种波形和频率可由按键控制，并通过按键改变来转换不同的波形，也能够在示波器上显示出所要求的波形。波形的频率步进也可以实现调节，具有线路简单、可行性高、符合设计要求等优点。在本设计的基础上，加上LED数码显示管，从而能够在LED上显示出频率值、幅度值信息。输出的波形也较稳定，精度较高，通过滤波电路使得系统的抗干扰性增强，电路简单，性价比高。综上所述，我们选择了第三种方案。

3主要硬件电路及器件介绍

3.180C51单片机

图3：8051引脚图

80C51单片机按功能划分，由8个部件组成：微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、四个I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式[1]。

各功能部件的介绍：

(1) 数据存储器(RAM)：片内为128个字节单元，片外最多可扩展至64K字节。用以存放数据，我们称之为片内数据存储器。

(2) 程序存储器(ROM/EPROM）：片内ROM为4K，片外最多可扩展至64K字节。

(3) 中断系统：具有5级中断的中断系统，2级中断优先权。

(4) 定时器/计数器：2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。

(5) 串行口：1个全双工的串行通信接口，具有四种工作方式。

(6) 特殊功能寄存器（SFR）共有21个，每个寄存器占一个存储单元。

(7) 微处理器：为8位CPU，内部具有一个8位CPU（位处理器），不仅可处理字节数据，还可以进行位变量的处理。

另外还有四个8位双向并行的输入/输出（I/O）端口，每个端口都有八条引线和一个输出驱动器和一个输入缓冲器。这四个端口的功能不完全相同。P0口既可作一般I/O端口使用，又可作地址/数据总线使用；P1口是一个准双向并行口，作通用并行I/O口使用；