基于51的波形发生器设计报告文档格式.docx
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根据题目的要求,制定了整体方案:
以STC90C51单片机为控制核心,P2^0、P2^1口接pcf8591p信号输入并进行数模转换,P3口接8路独立按键,P1口接8路LED,P0口接数码管显示,由程序控制P2口产生波形(分别是正弦波、方波),再由按键及按键次数控制产生波形的种类及频率在一定范围内可调。
在LED上实时的显示波形的频率和种类,波形在示波器上产生。
正弦波波形的发生:
在产生正弦波时,每周期只取80个点,在波形尽量不失贞的前提下,使其频率达到的值尽量大,以便示波器显示。
2.2总体框图
2.3波形发生
采用单片机和数模转换pcf8591p实现波形的产生。
通过STC90C51执行方波正弦波程序,向D/A转换器的输入端按I2C总线方式发送数据,从而在D/A转换电路输出端得到相应的电压波形。
在STC90C51的P3口接矩阵按键,通过软件编程来选择波形、频率,每种波形对应一个按键,频率增加、减少各对应一个按键。
2.3显示部分
8段LED共阴极数码管,138译码器进行位选,P0口输出段选信号。
2.4按键部分
采用独立按键,它相比较矩阵键盘,按键的数目比少,结构简单,方便操作,执行效率高。
三、硬件电路
硬件电路原理图
3.1显示及键盘接口电路
功能:
led显示,按键扫描。
由LED数码管显示器和独立按键组成。
当某一按键按下一次时,扫描程序扫描到之后,通过P0口将信号发送到LED。
扫描及显示利用程序实现,不断扫描独立按键,当某一按键按下时,随即执行程序段,完成相应的功能。
共阴极数码管
8路独立按键
3.2D/A转换电路
将波形样值编码转换成模拟值,输出波形。
由一片PCF8591组成。
PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。
有四路A/D转换输入,1路D/A模拟输出,也就是既可以作D/A转换也可以作A/D转换。
PCF8591靠数据线SDA和时钟线SCL和90C51联系。
单片机以I2C协议向PCF8591发送数字编码,产生不同的输出。
先利用采样定理对各种波形进行抽样,然后把各种采样值进行编码,收到的数字量存入各个波形表,执行程序时通过查表的方法依次取出,经过D/A转换后输出就可以得到波形。
如N个点构成波形的一个周期,则PCF8591输出N个样点值后,样值点形成运动轨迹,即一个周期。
利用单片机的中断时间控制输出周期的速度,也就是控制输出的波形的频率。
D/A转换电路图
3.3复位电路
单片机的复位电路在刚接通电时,刚开始电容是没有电的,电容内的电阻很低,通电后,5V的电通过电阻给电容进行充电,电容两端的电会由0V慢慢的升到4V左右(此时间很短一般小于0.3秒),RC构成的微分电路在上电瞬间产生一个微分脉冲,其宽度大于两个机器周期,90C51复位。
因此,复位脚的电由低电位升到高电位,引起了内部电路的复位工作,RST端电压慢慢下降,降到一定电压值以后,即为低电平,单片机开始正常工作(即上电复位,也叫初始化复位);
当按下复位键时,电容两端放电,电容又回到0V了,于是又进行了一次复位工作(即手动复位)。
复位电路
3.48路LED
发光二极管用于按键检测,检查按键扫描是否成功,以验证程序的有效性。
8路LED图
四、软件设计
主程序和子程序都存放在PCF8591单片机中。
主程序的功能是:
开机做键盘扫描及显示工作,然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理。
子程序的功能有:
延时子程序、中断程序、显示子程序、按键子程序,按键子程序中有频率的加和减键、波形的转换键等共4个键。
五、软硬件测试
在单片机编程中主要出现了以下问题:
1)键盘扫描时,多次扫描的问题,最终加入循环语句,是按键松开时执行,解决。
2)共256个样值点的正弦波输出时,不能完整显示的问题,采用每隔3个样值点输出一个的方案,减少样值数量从而增大输出频率。
3)中断时间问题,因为定时器中断时间过短引起的波形不能正常显示问题。
最终考虑了D/A转换时间,以及程序段的执行时间,使一次中断时间不小于100毫秒,得以解决。
4)数码管显示的闪动问题,加大了对动态显示数码管的扫描频率,更改了由浮点数构成的频率计算公式,解决了计算引起的程序执行时间过长问题。
5)正弦波频率范围问题,通过计算子程序段执行时间,定时器中断时间,DA转换时间,最终确定频率输出范围10hz—800hz。
六、心得体会
在做课程设计的过程中我学到了很多东西,有如下收获:
1)对51系列单片机的原理和功能有了进一步的了解,学到了更多的电路知识,如复位电路的原理,晶振电路的作用,旁路电容的作用,上拉电阻的功能。
2)在对单片机编程过程中,认识了解了IIC总线输入方式,了解了PCF8591类芯片的使用方法。
3)对于示波器显示有了更深刻了解,知道了它对于输出信号频率的要求,频率过大时会造成不能完整显示,或者显示呈现为动态点的现象。
4)更深刻的了解了51中定时器的使用,及应该注意到事项。
5)通过本次课程设计,我更加深刻的认识到团队合作的重要性,小组成员分工合作,是设计成功的关键,只有大家团结一致,才能更快更好的完成任务,但是从本课程设计中,我也看到了自身还存在许多不足。
七、附录
主要程序如下:
#defineFosc12000000//晶振频率
#defineALL65536//最大基数长度65536;
ucharLED0=0x00,LED1=0x00,LED2=0x00,LED3=0x00,LED4=0x00;
ucharTIMER0_H,TIMER0_L;
ucharN=1;
//矩形波电平高低标志
uintt=1;
//定时器时间系数
ucharm;
uintFSTART;
//频率
uchari;
ucharSIN_OR_REC=1;
//波形标志位
bitDAC(ucharVal)//DA转换子程序
{
Start_I2c();
SendByte(0x90);
if(ack==0)return(0);
SendByte(0x40);
SendByte(Val);
Stop_I2c();
return
(1);
}
voiddisplay()//显示子程序
{B2=0;
B3=0;
B4=0;
P0=L[LED1];
delay
(1);
P0=0;
B2=1;
P0=L[LED2];
B2=0;
B3=1;
P0=L[LED3];
P0=L[LED4];
B4=1;
P0=L[SIN_OR_REC];
voidkey_scan()//键盘扫描子程序
display();
if(!
F_UP)
{while(!
F_UP){display();
t++;
P1=0x01;
elseif(!
F_DOWN)
F_DOWN){display();
t--;
P1=0x02;
D_SIN)
D_SIN){display();
SIN_OR_REC=0;
P1=0x04;
D_REC)
D_REC){display();
SIN_OR_REC=1;
P1=0x08;
voidinit()//定时器开启
TMOD=0x01;
TH0=(65536-46083)/256;
TL0=(65536-46083)%256;
ET0=1;
EA=1;
TR0=1;
voidtimer0()interrupt1//定时器中断函数
TR0=0;
TH0=(65536-100*t)/256;
TL0=(65536-100*t)%256;
N=0;
voidmain()//主函数
{
voidR();
voidS();
while
(1){
if(SIN_OR_REC==1)
{R();
if(SIN_OR_REC==0)
{S();
}}
voidR()//方波输出子程序
init();
while
(1)
{
while(N)
{
display();
if(SIN_OR_REC==0)
{return;
};
DAC(0x55);
N=1;
FSTART=500/t;
LED1=FSTART/1000;
display();
LED2=FSTART%1000/100;
LED3=FSTART%100/10;
LED4=FSTART%10;
DAC(0x00);
N=1;
key_scan();
}
voidS()//正弦波输出子程序
EA=0;
for(i=0;
i<
256;
)
{
m=SIN[i]/2;
i=i+3;
DAC(m);
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