毕业设计(论文)-基于单片机的信号发生器设计.doc
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1、扬州工业职业技术学院20092010学年第二学期毕业设计 课题名称: 单片机的信号发生器设计 设计时间: 2009.10-2010.3 系 部: 电子信息工程系 班 级: 0501 电子信息 姓 名: 指导教师: 总目录第一部分 任务书第二部分 开题报告第三部分 毕业设计报告第 一 部 分任务书扬州工业职业技术学院毕业设计任务书系 部电子系指导老师职 称助教学生姓名班 级0501电子信息学 号设计题目单片机的信号发生器设计设计内容目标和要求一、毕业设计主要内容及技术指标1、主要内容设计一个信号发生器,具有以下功能:(1)八位数码管显示时分秒,24小时制。(2) 可以在任意时刻一键校准时间功能。
2、.二、毕业设计的基本要求:1) 收集、整理与毕业设计有关领域的信息资料; 2) 完成本毕业设计方案的设计; 3) 完成本毕业设计电路原理图设计;4) 完成本毕业设计程序流程图和汇编语言源程序设计;5) 完成软件和硬件系统的调试,功能指标达到技术要求;6) 程序清单和图样资料;7) 根据本毕业设计的设计、编程、工作过程,形成符合学校规定的毕业设计书面文档;8)查阅文献不少于8篇教研室审核系部审核第 二 部 分开题报告扬州工业职业技术学院 电子信息工程系 2009届毕业设计(论文)开题报告书学生姓名专业电子信息技术班级0501电子信息学号题 目基于单片机的数字时钟设计指导教师职称助教学 位题目类别
3、 工程设计 基础研究 应用研究 其它【课题的内容与要求】设计一个数字电子钟,具有以下功能:(1)八位数码管显示时分秒,24小时制。(2) 可以在任意时刻一键校准时间功能。.要求:利用六位七段数码管,轻触按键一只,AT89C51单片机实现以上数字电子时钟功能,采用汇编语言编程【前言】单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。它在一块硅芯片内集成了各种计算机功能部件,构成一种单片式的微型计算机。20世纪80年代以来,随着国际上单片机迅速发展,其应用不断深入,新技术层出不穷。也因为其体积小,功能强,成本地,尤其是随着CMOS工艺的发展,耗电也大大低于其它相似的电子产品,被广泛应用
4、于智能产品和工业控制之中。其中最著名的生产商就是INTEL公司,其开发的51系列单片机是目前市场上最典型和最有代表性的一种,也是国内市场用的最多的单片机。在其之后,世界上许多著名的半导体厂商相继生产和这个系列兼容的单片机,这就使得其产品型号不断地增加,品种不断丰富,功能不断增强。在国内外单片机应用中占有非常重要的地位。【方案的比较与评价】在本次设计中采用AT895单片机;显示电路的设计,显示电路采用六位七段数码管,这种数码管结构很简单使用很方便,已被普遍的使用。在这里采用数码管显示;校时和定时电路的设计;实时控制电路是时钟电路的一个重要组成部分,采用的是一个时钟芯片,单片机从中读取数据送到显示
5、器上显示,从而实现数字钟的功能;还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。通过这些控制电路的连接构成了完整的电路。【预期的效果及指标】完成具有时、分、秒的数字时钟设计。利用六位七段数码管,轻触按键一只,AT89C51单片机实现以上数字电子时钟功能【进度安排】第一阶段 2009 年10月3 日 - 2009 年 10 月 18日 选题、调研、收集资料、论证、开题第二阶段 2009 年10月19 日 - 2009 年 11 月 15日 方案、电路、硬件、软件设计 第三阶段 2009 年 11月16 日 - 2009 年 11 月 20日 软硬件调试、写作初稿第四阶段 2009 年 11月21 日
6、 - 2009 年 12 月 14日 修改、定稿、打印、答辩【参考文献】1. 李全利 迟荣强.单片机原理及接口技术. 高等教育出版社, 2004.12 李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础. 北京航空航天大学出版社,2001.73 赵曙光,郭万有 杨颂华.可编程逻辑器件,原理,开发与应用.西安电子科技大学, 2000.84 候伯亨.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计.西安电子科技大学出版社, 19995 周立功,夏宇闻.单片机与CPLD综合应用技术.北京航空航天出版社,2003.86 单片机开发.人民邮电出版社7 付家才.单片机控制工程实践技术.化学工业出版社, 2004.38 单片机课程设
7、计 实例指导.北京航空航天大学出版社, 20049 朱定华.单片机原理及接口技术实验.北方交通大学出版社, 2002.1110 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计.北京航空航天大学出版社, 2003.1111 8031单片机时钟系统的统设计.人民邮电出版社, 20003.212 弘道工作室.融会贯通 Protel99电路设计.人民交通出版设, 200013 张伟,王力,赵晶.ProtelDXP 入门与提高 . 人民邮电出版社 ,20003.214 王天曦 ,李洪儒.电子技术工艺基础.清华大学出版社, 2000【指导教师意见】(有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等)同意提交开题论证 修改后
8、提交 不同意提交(请说明理由)指导教师签章: 年 月 日 【系部意见】同意指导教师意见 不同意指导教师意见(请说明理由) 其它(请说明)队系(部)主任签章: 年 月 日目 录第一章 绪 论 11.1 单片机的概述 11.2 信号发生器分类 11.3 信号发生器的用途及发展趋势 11.4 研究内容 2第二章 方案的设计与选择 32.1 方案比较 32.2 设计原理 32.3 设计思想 42.4 设计功能 4第三章 主要器件介绍 53.1 AT89C51简介 53.1.1 主要特性 53.1.2 管脚说明 63.2 8155 简介 73.3 DAC0832 简介83.3.1 工作原理 83.3.2
9、 引脚图及其功能 93.4 数码管显示原理 93.5 数码管字形编码10第四章 硬件设计 114.1 硬件原理框图 114.2 主控电路 114.3 数模转换电路 124.4 按键接口电路 134.5 时钟电路 134.6 显示电路 14第五章 软件设计 155.1 程序流程图 155.2 波形仿真 17结束语 19参考文献 20附录一 22附录二 32单片机的信号发生器设计XXX摘 要本文介绍一种用AT89C51单片机构成的波形发生器,可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等多种波形,波形的周期可用程序改变,并可根据需要选择单极性输出或双极性输出,具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。文章给出
10、了源代码,通过仿真测试,其性能指标达到了设计要求。关键词:单片机;DAC;信号发生器Design of Signal Generator Based on MCU Zhuqin Wangjing Daipingping、AbstractThis paper introduces a signal generator with MCU AT89C51,which is used to generate electro-wave-forms such as squares、triangles、sines and teeth-saw. The periods of these signals can
11、 be changed by programs of MCU AT89C51 and their outputs can be selected to be monopolar or bipolar. This paper provides the original code. And the technical parameter of the signal generator meets the request of the design after the simulation test. Key words:MCU;DAC;signal generator 基于单片机的信号发生器 绪论
12、1第一章 绪 论1.1单片机概述随着大规模集成电路技术的发展,中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、(I/O)接口、定时器/计数器和串行通信接口,以及其他一些计算机外围电路等均可集成在一块芯片上构成单片微型计算机,简称为单片机。单片机具有体积小、成本低,性能稳定、使用寿命长等特点。其最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中,这是其他计算机和网络都无法做到的9,10。1.2信号发生器的分类信号发生器应用广泛,种类繁多,性能各异,分类也不尽一致。按照频率范围分类可以分为:超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号
13、发生器。按照输出波形分类可以分为:正弦信号发生器和非正弦信号发生器,非正弦信号发生器又包括:脉冲信号发生器,函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调,并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。1.3信号发生器的用途及发展趋势信号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。特别是在通信系统的科研实验中,常常需要
14、用到多种不同频率和相位的信号,如正弦波、三角波、方波和锯齿波等,因此多功能信号发生器应用十分广泛。在数字化时代的今天,经典的由模拟电路组成的信号发生器已经渐渐远离了人们,取而代之的是电路简洁、功能多样、功耗低的数字电路。在以后的时间里,将会有越来越多的数字化的信号发生器运用在各种科学技术领域和工程实践中,给人们的日常生活带来更多的便利1。11.4 研究内容本文是做基于单片机的信号发生器的设计,将采用编程的方法来实现三角波、锯齿波、矩形波、正弦波的发生。根据设计的要求,对各种波形的频率和幅度进行程序的编写,并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中,当接收到来自外界的命令,需要输出某种波
15、形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序,经电路的数/模转换器和运算放大器处理后,从信号发生器的输出端口输出。2基于单片机的信号发生器 方案的设计与选择第二章 方案的设计与选择2.1 方案的比较方案一:采用单片函数发生器(如8038),8038可同时产生正弦波、方波等,而且方法简单易行,用D/A转换器的输出来改变调制电压,也可以实现数控调整频率,但产生信号的频率稳定度不高。方案二:采用锁相式频率合成器,利用锁相环,将压控振荡器(VCO)的输出频率锁定在所需频率上,该方案性能良好,但难以达到输出频率覆盖系数的要求,且电路复杂。方案三:采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制
16、信号波形的频率和幅度,而且在硬件电路不变的情况下,通过改变程序来实现频率的变换。此外,由于通过编程方法产生的是数字信号,所以信号的精度可以做的很高。鉴于方案一的信号频率不够稳定和方案二的电路复杂,频率覆盖系数难以达标等缺点,所以决定采用方案三的设计方法。它不仅采用软硬件结合,软件控制硬件的方法来实现,使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证,而且它使用的几种元器件都是常用的元器件,容易得到,且价格便宜,使得硬件的开销达到最省1,7。2.2 设计原理数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号,因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。89C51单片机本身就是一个完整的微型
17、计算机,具有组成微型计算机的各部分部件:中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等,只要将89C51再配置键盘及其接口、显示器及其接口、数模转换及波形输出、指示灯及其接口等四部分,即可构成所需的波形发生器,其信号发生器构成原理框图如图2.1所示2。 输出滤波放大D/A转换器接口电路89C51单片机图2.1 信号发生器原理框图89C51是整个波形发生器的核心部分,通过程序的编写和执行,产生各种各样的信号,并从键盘接收数据,进行各种功能的转换和信号幅度的调节。当数字信号经过接口电路到达转换电路,将其转换成模拟信号也就是所需要的输出波形
18、。32.3 设计思想(1)利用单片机产生方波、正弦波、三角波和锯齿波等信号波形,信号的频率和幅度可变。(2)将一个周期的信号分离成256个点(按X轴等分),每两点之间的时间间隔为T,用单片机的定时器产生,其表示式为:T=T/256。如果单片机的晶振为12MHz,采用定时器方式0,则定时器的初值为: X=213T/Tmec (2.1)定时时间常数为: TL =(8192T)/MOD256 (2.2)TH = (8192T)/256 (2.3)MOD32表示除32取余数(3)正弦波的模拟信号是D/A转换器的模拟量输出,其计算公式为: Y=(A/2sint)+A/2 (其中A=VREF) (2.4)
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