简易波形发生器

题目：简易波形发生器的设计设计理念：利用单片机AT89C51采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波，三角波四种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来。

通过键盘来控制四种波形的类型选择，使用按键开关调节频率变化，并通过数码管显示，系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分以及数码管显示部分三部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。

1.信号发生电路方案论证方案一：通过单片机控制D/A，输出四种波形。

优点：此方案电路简单、成本低。

缺点：输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。

方案二：使用锁相频率合成方法。

通过芯片IC145152，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波，积分电路转换成三角波。

缺点：此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。

方案三：利用MAX038芯片组成的电路输出波形。

MAX038是精密高频波形产生电路，能够产生准确的三角波、方波、正弦波三种周期性波形。

但此方案成本高，程序复杂度高。

以上三种方案综合考虑，选择方案一。

2.单片机的选择论证方案一：AT89C51单片机是一种高性能8位单片微型计算机。

它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机，而且其价格便宜。

方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。

除了具有标准8052的数字外设部件，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，而且执行速度快。

但其价格较贵以上两种方案综合考虑，选择方案一。

3.显示方案论证方案一：采用LED数码管。

LED数码管由8个发光二极管组成，每只数码管轮流显示各自的字符。

使用数码管显示编程较易。

方案二：采用LCD液晶显示器1602。

其功率小，效果明显，显示编程容易控制，可以显示字母。

但作为频率数值的显示有点多余。

以上两种方案综合考虑，选择方案一。

4.键盘方案论证方案一：独立按键，独立按键比较简单，按下时按键接地，电位变为0，信号进入单片机并进行处理。

该按键简单易操作。

方案二：编码式键盘。

编码式键盘的按键触点接于74LS148芯片。

当键盘上没有闭合时，所有键都断开，当某一键闭合时，该键对应的编码由74LS148输出。

以上两种方案综合考虑，选择方案一。

四、总体系统设计该系统采用单片机作为数据处理及控制核心，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和变换，采用按键输入，利用液晶显示电路输出数字显示的方案。

将设计任务分解为按键电路、液晶显示电路等模块。

图（1）为系统的总体框图。

图（1）总体方框图五、硬件实现及单元电路设计5.1单片机最小系统的设计89S52是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。

用89S51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图（2）89S52单片机最小系统所示。

由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。

其应用特点：（1）有可供用户使用的大量I/O口线。

（2）内部存储器容量有限。

（3）应用系统开发具有特殊性。

图（2）89S52单片机最小系统5.2 波形产生模块设计由单片机采用编程方法产生四种波形、通过DA转换模块DAC0832再进过滤波放大之后输出。

其电路图如下图（3）：图（3）波形产生电路如上图所示，单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端，DAC0832的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。

DAC0832的为八位数据并行输入的，其结构图（4）如下：图（4）DAC0832的内部结构5.3 显示模块的设计通过液晶1602显示输出的波形、频率，其电路图如下：图（5）液晶显示如上图所示，1602的八位数据端接单片机的P1口，其三个使能端RS、RW、E分别接单片机的P3.2—P3.4。

通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类以及波形的频率。

5.4 键盘显示模块的设计本系统采用独立键盘，其连接电路图如下：图（6）按键输入选择电路图中键盘独立键盘引出的四根线分别接单片机的P1^0—P1^3口。

如图开关1用来选择输出方波，开关2输出锯齿波，开关3用来输出三角波，开关4输出正弦波。

按下每个键盘后仿真的模拟示波器会显示相应的波形。

如下图（7）（8）（9）（10）所示。

图（7）仿真方波输出图（8）仿真锯齿波输出图（9）仿真三角波输出图（10）仿真正弦波输出5.5 频率与幅值的调节设计本系统采用电位器进行幅值的调节，每种波形均可设置。

采用8位拨码开关进行频率的调节，每拨一个频率会增大一点。

电路图如下（11）所示：图（11）频率与幅值的调节电路六、系统测试6.1波形的种类与频率的测试测量仪器：稳压电源、示波器、数字万用表。

测量说明：正弦波、矩形波、三角波，锯齿波信号的输出，通过对独立键盘来实现其的不同波形的输出以及其频率的改变。

6.2测试结果各项指标均达到要求。

测试数据如下：（1）产生正弦波、方波、三角波基本实现，另外多加锯齿波的实现。

（2）四种波形的频率都可调，但不能步进的调节。

（3）显示部分基本没有实现（4）键盘功能实现七、附录7.1 参考文献[1]李玉梅基于MCS－51系列单片机原理的应用设计国防工业出版社[2]顾栤赵伟军王泰单片机计算机原理开发应用高等教育出版社[3]张洪润蓝清华单片机应用技术教程清华大学出版社[4]于海生计算机控制技术机械工业出版社7.2 仿真完整电路图图（12）系统整体原理图7.3 程序代码ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN: JNB P1.0,P10JNB P1.1,P11 JNB P1.2,P12 JNB P1.3,P13 LJMP MAINP10: MOV R7,#00H LCALL SQULJMP MAINP11: MOV R7,#01H LCALL SAWLJMP MAINP12: MOV R7,#02H LCALL TRILJMP MAINP13: MOV R7,#03H LCALL SINLJMP MAIN SQU: JNB P1.1,N1 JNB P1.2,N2 JNB P1.3,N3 LJMP SSQUN1: MOV R7,#01H LJMP TC0N2: MOV R7,#02H LJMP TC0N3: MOV R7,#03H LJMP TC0SSQU: CJNE R7,#00H,TC0 MOV R0,#00H;MOV DPTR,#7FFFH K00: ;MOV A,#0FFH;MOVX @DPTR,AMOV P0,#0FFHMOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL00: DEC R3CJNE R3,#255,L00 INC R0INC R0CJNE R0,#254,K00 MOV R0,#00HK01: ;MOV A,#00H;MOVX @DPTR,AMOV P0,#00HMOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL01: DEC R3CJNE R3,#255,L01 INC R0CJNE R0,#254,K01 LJMP SQUTC0: RETSAW: JNB P1.0,N4JNB P1.2,N5JNB P1.3,N6LJMP SSAWN4: MOV R7,#00HLJMP TC1N5: MOV R7,#02HLJMP TC1N6: MOV R7,#03HLJMP TC1SSAW: CJNE R7,#01H,TC1 MOV R0,#0FFH;MOV DPTR,#7FFFH K10: ;MOV A,R0;MOVX @DPTR,AMOV P0,R0MOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL10: DEC R3CJNE R3,#255,L10CJNE R0,#255,K10 LJMP SAWTC1: RETTRI: JNB P1.0,N7JNB P1.1,N8JNB P1.3,N9LJMP TTRIN7: MOV R7,#00HLJMP TC2N8: MOV R7,#01HLJMP TC2N9: MOV R7,#03HLJMP TC2TTRI: CJNE R7,#02H,TC2 MOV R0,#00H;MOV DPTR,#7FFFH K20: ;MOV A,R0;MOVX @DPTR,AMOV P0,R0MOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL20: DEC R3CJNE R3,#255,L20INC R0CJNE R0,#254,K20 K21: ;MOV A,R0;MOVX @DPTR,AMOV P0,R0MOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL21: DEC R3CJNE R3,#255,L21 DEC R0DEC R0CJNE R0,#0,K21 LJMP TRITC2: RETSIN: JNB P1.0,N10JNB P1.1,N11JNB P1.2,N12LJMP SSINN10: MOV R7,#00HLJMP TC3N11: MOV R7,#01HLJMP TC3N12: MOV R7,#02HSSIN: CJNE R7,#03H,TC3MOV R0,#00H;MOV DPTR,#7FFFHK30: MOV A,R0MOV DPTR,#TABMOVC A,@A+DPTR;MOV DPTR,#7FFFH;MOVX @DPTR,AMOV P0,AINC R0MOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL30: DEC R3CJNE R3,#255,L30CJNE R0,#255,K30LJMP SINTC3: RETTAB: DB80H,82H,84H,86H,88H,8AH,8CH,8EH,90H,92H,94H,96H,98H,9AH,9CH,9EHDB0A0H,0A2H,0A4H,0A6H,0A8H,0AAH,0ABH,0ADH,0AFH,0B1H,0B2H,0B4H,0B6H,0B7H ,0B9H,0BAHDB0BCH,0BDH,0BFH,0C0H,0C1H,0C3H,0C4H,0C5H,0C6H,0C8H,0C9H,0CAH,0CBH,0CCH ,0CDH,0CEHDB0CEH,0CFH,0D0H,0D1H,0D1H,0D2H,0D2H,0D3H,0D3H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D5H ,0D5H,0D5HDB0D5H,0D5H,0D5H,0D5H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D3H,0D3H,0D2H,0D2H,0D1H,0D1H ,0D0H,0CFHDB0CEH,0CEH,0CDH,0CCH,0CBH,0CAH,0C9H,0C8H,0C6H,0C5H,0C4H,0C3H,0C1H,0C0H ,0BFH,0BDHDB0BCH,0BAH,0B9H,0B7H,0B6H,0B4H,0B2H,0B1H,0AFH,0ADH,0ABH,0AAH,0A8H,0A6H ,0A4H,0A2HDB0A0H,9EH,9CH,9AH,98H,96H,94H,92H,90H,8EH,8CH,8AH,88H,86H,84H,82HDB80H,7DH,7BH,79H,77H,75H,73H,71H,6FH,6DH,6BH,69H,67H,65H,63H,61HDB5FH,5DH,5BH,59H,57H,55H,54H,52H,50H,4EH,4DH,4BH,49H,48H,46H,45HDB43H,42H,40H,3FH,3EH,3CH,3BH,3AH,39H,37H,36H,35H,34H,33H,32H,31HDB31H,30H,2FH,2EH,2EH,2DH,2DH,2CH,2CH,2BH,2BH,2BH,2BH,2AH,2AH,2AHDB2AH,2AH,2AH,2AH,2BH,2BH,2BH,2BH,2CH,2CH,2DH,2DH,2EH,2EH,2FH,30HDB31H,31H,32H,33H,34H,35H,36H,37H,39H,3AH,3BH,3CH,3EH,3FH,40H,42HDB43H,45H,46H,48H,49H,4BH,4DH,4EH,50H,52H,54H,55H,57H,59H,5BH,5DH。