数字式波形发生器课程设计.doc
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1、南华大学电气工程学院 电子技术课程设计任务书设计题目: 数字式波形发生器 专 业: 电子信息工程 学生姓名: 唐磊 学 号: 20084470114 起迄日期: 2011年2月18日 201年3月1日 指导教师: 李月华 教研室主任: 朱卫华 2011年3月3日电子技术课程设计任务书1课程设计的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等):1、 设计并制作频率可调且具有高稳定度的方波发生器;2、 频率范围:0.01HZ100KHZ,频率调节分度为0.01HZ;3、 频率温度度:10-6/天;4、 具有输出频率设定与显示功能,显示位数为9位;5、 输出波形的占空比应在47%53%之间;6、
2、输出幅度为012V,分级可调,且能显示幅度,幅度与频率显示交替进行;7、 输出信号上升时间100ns,下降时间50ns;8、 输出阻抗752对课程设计成果的要求包括图表(或实物)等硬件要求:设计电路,安装调试或仿真,分析实验结果,并写出设计说明书,语言流畅简洁,文字不得少于3500字。要求图纸布局合理,符合工程要求,使用Protel软件绘出原理图(SCH)和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3主要参考文献:1 康华光.电子技术基础数字部分(第五版)M.北京:高等教育出版社,2006.2大学生电子设计联盟 http:/4课程设计工作进度计划:序号起 迄 日 期工 作 内 容12010
3、.12.25-12.27设计电路22010.12.28-12.31 安装调试32011.1.1-1.7 分析实验结果并写出设计说明书主指导教师李月华日期: 2010 年 11 月 28 日引言波形函数发生器是一种常用的信号源,广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本函数发生器采用STC89C52单片机作为控制核心,外围采用数字/模拟转换电路(DAC0832)、运放电路(TL082)、按键和LCD显示电路等。此电路设计清晰,出现故障容易查找错误,操作简单方便。电路采用STC89C52单片机与一片DAC0832数模转换器组成低频信号发生器。通过按键控制可分别控制选择输出的幅值和频率,
4、同时用LCD1602显示器显示幅值和频率。所产生的波形幅值范围为0到12V;本系统设计简单、性能优良,具有一定的实用性。一、 方案设计1 系统设计1.1 总体设计思路根据题目要求,经过仔细考虑,充分考虑各种因素,制定整体设计方案:以STC89C52单片机为控制核心,P1口接DAC0832信号输入并书面转换,程序控制方波的产生,通过P2口接3个按键,控制幅值电压和频率,由按键选择波形的复制电压和频率输出,由TL082运放实现DAC0832 输出电流到电压的转换。在LCD1602上实时显示频率和幅值。1.2 总体框图 按键控制单片机TL082运放电路输出DAC0832转换1602显示二硬件电路本系
5、统由单片机、波形转换(D/A)电路、显示接口电路、键盘接口电路等部分组成。总的硬件电路图为:1. 功能与基本原理STC89C52外接12M晶振作为时钟频率,并采用电源复位设计。产生方波程序设计思路:根据定时器溢出的时间,将频率值换算为定时器溢出的次数,使用变量暂存定时器溢出的次数,当达到规定的次数时,将输出管脚的状态进行改变达到方波的产生。另外采用查询的方式实现案件的扫描和LCD液晶的显示,中断服务程序实现方波的产生和连续按键的计时功能。1.1 89C52单片机简介89C52的硬件结构:256字节*8bit内部RAM;2个16位定时/计数器(T0、T1),具有四种工作方式;5个中断源和2级中断
6、优先权;一个全双工的串行口,具有四种工作方式;2个时钟引脚XTAL1、XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了1个震荡器,它为单片机提供了时钟控制信号;复位电路等。1.2 时钟电路本次设计采用的是内部时钟方式,即C52内部有一个用于构成震荡器的高增益反相放大器,该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体震荡器和微调电容,就构成一个稳定的自激震荡器,图3.2是C52内部时钟方式的震荡器电路。图3.2 C51内部时钟方式的震荡器电路电路中电容C1和C2典型值通常选择为30pF左右,晶振的振荡频率的范围通常是在1.2MHz12MHz之间,晶振的频
7、率越高,则系统的时钟频率也就越高,单片机的运行速度也就越快。1.3 复位电路89C51的复位是由外部的复位电路来实现的,复位结构如图3.3所示。图3.3 复位结构复位引脚RST通过一个施密特触发器与复位电路相连,施密特触发器用来控制噪声,在每个机器周期的S5P2,施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次,然后才能得到内部复位操作所需要的信号。2 键盘接口电路本设计中有三个按键,分别为总控制按键、频率转换按键、幅值转换按键。其与单片机的连接如图所示。3显示电路功能:驱动LCD1602液晶显示,扫描按钮由LCD1602液晶显示器和三个按钮组成。当第一个按键按下一次后,程序开始扫描,再由第二个按键控
8、制显示幅值,第三个按键控制显示频率。有单片机的口和口将数字信号发送到LCD1602。LCD1602是专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD,它的外接电压也是5V扫描利用软件程序实现,其与单片机的连接如图所示。4 电源电路单片机采用5V电源,DAC基准电压为15V,运放TL082采用正负15V供电。因此都采用外接电源供电。其电路图如图。5 波形转换(D/A)电路功能:将波形样值的编码转换成模拟值,完成波形输出。由一片0832和TL082运放组成。DAC0832是具有20条引线的CMOS器件,它内部具有两级数据寄存器,完成8为电流D/A转换,固不需要外加电路,输出波形为正负电压,0832是电流
9、输出型,示波器上显示的波形,通常需要电压信号,电流信号到电压信号的额转换可以由运算放大器TL082实现。在D/A转换电路中,很重要的一个参数就是基准电压(参考电压),设计中要求的最大幅值电压为12V,系统可以选用正负15V作为运算放大器供电的电源,同时用正15V作为DAC0832的基准电压。单片机向0832 发送数字编码,产生不同的输出。利用采样定理, 8位D/A转换器对应-15V15V的电压输出,其输入数字量应为00HFFH。在-15V15V的电压范围内产生波形,方波一个周期分成两个点,一个时钟中断向89C51送一个点,经过D/A转换后输出就可以得到方波。数字编码0x7f, 0x90, 0x
10、a1, 0xb2, 0xc3, 0xd4, 0xe5分别对应D/A输出的0V,2V,4V,6V,8V,10V,12V。单片机的晶振控制输出周期的速度,也就是控制输出的波形频率。这样输出的方波幅值和频率都得到控制。三、课设所需设备及芯片功能介绍1. 所需设备单片机最小开发系统,1602液晶屏一块,DAC0832一片,Tl082集成运放一片,PC机一台,其他器件任选。2. 芯片功能介绍8位D/A转换器DAC0832简介:DAC0832当今世界在以电子信是8位分辨率的D/A转换集成芯片,与微处理器完全兼容,这个系列的芯片 以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到了广泛的应用
11、。这类D/A转换器由8位输入锁存器,8位DAC寄存器,8位DA转换电路及转换控制电路构成。1、DAC0832的引脚及功能:DAC0832芯片是一种具有两个输入数据寄存器的8位DAC,它能直接与MCS51单片机接口,其主要特性参数如下:分辨率为8位;电流稳定时间1us;可单缓冲、双缓冲或直接数字输入;只需在满量程和下调整其线性度;单一电源供电(5V15V);低功耗,200mW。为便于DAC0832的使用,特将其应用特性总结如下:DAC0832是微处理器兼容型D/A转换器,可以充分利用微处理器的控制能力实现对D/A转换的控制。这种芯片有许多控制引脚,可以和微处理器控制线相连,接受微处理器的控制,如
12、ILE、/CS、/WR1、/WR2、/XFER端。有两级锁存控制功能,能够实现多通道D/A的同步转换输出。DAC0832内部无参考电压源;须外接参考电压源。DAC0832为电流输入型D/A转换器,要获得模拟电压输出时,需要外加转换电路。DAC0832的引脚图及逻辑结构如下图: 图1 DAC0832结构框图及引脚排列DAC0832各引脚的功能如下:DI0DI7: 数据输入线。ILE : 数据允许锁存信号,高电平有效;/CS: 输入寄存器选择信号,低电平有效。/WR1为输入寄存器的写选通信号。输入寄存器的锁存信号/LE1由ILE 、/CS、/WR1的逻辑组合产生。当ILE 为高电平、/CS为低电平
13、、/WR1输入负脉冲时,在/LE1产生正脉冲;/LE1为高电平,输入锁存器的状态随数据输入线的状态变化,/LE1的负跳变将数据线上的信息锁入输入寄存器。/XFER: 数据传送信号,低电平有效。/WR2为DAC寄存器的写选通信号。DAC寄存器的锁存信号/LE2,由/XEFR、/WR2的逻辑组合产生。当/XFER为低电平,/WR2输入负脉冲,则在/LE2产生正脉冲;/LE2为高电平是时,DAC寄存器的输出和输入寄存器的状态一致,/LE2负跳变,输入寄存器的内容打入DAC寄存器。VREF : 基准电源输入引脚 。Rfb : 反馈信号输入引脚,反馈电阻在芯片内部。IOUT1、IOUT2 : 电流输出引
14、脚。电流IOUT1、IOUT2 的和为常数,IOUT1、IOUT2 随DAC寄存器的内容线性变化。VCC: 电源输入引脚。AGND: 模拟信号地DGND: 数字地。2、DAC0832三种数据输入方式: (1)双缓冲方式:即数据经过双重缓冲后再送入DA转换电路,执行两次写操作才能完成一次DA转换。这种方式可在DA转换的同时,进行下一个数据的输入,可提高转换速率。更为重要的是,这种方式特别适用于要求同时输出多个模拟量的场合。此时,要用多片DAC0832组成模拟输出系统,每片对应一个模拟量。 (2)单缓冲方式:不需要多个模拟量同时输出时,可采用此种方式。此时两个寄存器之一处于直通状态,输入数据只经过
15、一级缓冲送入DA转换电路。这种方式只需执行一次写操作,即可完成DA转换。 (3)直通方式:此时两个寄存器均处于直通状态,因此要将、和端都接数字地,ILE接高电平,使LE1、LE2均为高电平,致使两个锁存寄存器同时处于放行直通状态,数据直接送入DA转换电路进行DA转换。这种方式可用于一些不采用微机的控制系统中或其他不须0832缓冲数据的情况。四.程序编写#include#include#includeLCD_1602_H.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DAdata P1uchar code a67=100
16、0.00, /频率显示 0100.00, 0010.00,0001.00,0000.10,0000.05 ;uchar code Squaretab72= /输出的幅度数组0x7f,0x7f, /0V 0x90,0x6e, /正负2V0xa1,0x5d, /正负4V0xb2,0x4c, /正负6V0xc3,0x3b, /正负8V0xd4,0x2a, /正负10V0xe5,0x19;/正负12Vuchar code disp1=Voltage: 000V ;uchar code disp2=Frq:0000000.00Hz;uint i,num,k,freq=0;uchar count,s;uc
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