dan正弦波信号发生器不全.docx
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dan正弦波信号发生器不全
辽宁工学院
单片机与接口技术课程设计(论文)
题目:
正弦波信号发生器
院(系):
信息科学与工程学院
专业班级:
电气034班
学号:
030303101
学生姓名:
张敬明
指导教师:
李宝国
教师职称:
副教授
起止时间:
06-06-05至06-06-18
课程设计(论文)任务及评语
院(系):
信息科学与工程学院教研室:
电气
学号
030303101
学生姓名
张敬明
专业班级
电气034班
课程设计(论文)题目
正弦波信号发生器
课程设计(论文)任务
完成正弦波信号发生器的硬件和软件设计。
任务包括:
1信号峰~峰值在0~5V之间可调,分辨率为0.5V。
2频率两档50Hz、500Hz
3按键可选择峰~峰值和频率。
4显示器可显示峰~峰值和频率。
5设计电源电路,信号发生器电源采用AC220V
6写出程序流程图及汇编程序。
指导教师评语及成绩
成绩:
指导教师签字:
年月日
目录
第1章课程设计目的与要求1
1.1课程设计目的1
1.2课程设计的实验环境1
1.3课程设计的预备知识1
1.4课程设计要求1
第2章课程设计内容2
第3章课程设计的考核2
3.1课程设计的考核要求2
3.2课程性质与学分2
第4章设计3
4.1硬件框图及其设计3
4.2显示部分设计4
4.3数模(D/A)转换部分4
4.4正弦信号的幅度控制电路5
4.5软件流程图及其分析6
4.6系统原理示意图11
参考文献12
第1章课程设计目的与要求
1.1课程设计目的
“单片机与接口技术”课程设计是在教学及实验基础上,对课程所学理论知识的深化和提高。
因此,要求学生能综合应用所学知识,设计与制造出具有较复杂功能的小型单片机系统,并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。
能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法,并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。
培养独立思考、独立收集资料、独立设计规定功能的单片机系统的能力;培养分析、总结及撰写技术报告的能力。
1.2课程设计的实验环境
利用windows操作系统及应用软件进行绘图和编程。
1.3课程设计的预备知识
熟悉单片机与接口技术课程的相关知识及电子线路CAD工具软件。
1.4课程设计要求
按课程设计指导书提供的课题,根据第二章给出的基本要求及参数独立完成设计,课程设计说明书应包括以下内容:
1、对设计课题进行简要阐述,并说明设计任务及具体要求。
2、论述系统设计方案,并画出总体电路结构图及功能分割图。
3、能够较熟练地应用电子线路CAD工具完成单片机系统的硬件设计任务。
4、各功能模块设计说明、设计实现过程及源程序。
5、能够较熟练地应用一种编辑软件编写程序,掌握单片机系统软件设计的基本方法
6、课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。
7、课程设计总结
8、字数4000左右,有系统电气原理图。
第2章课程设计内容
设
计
技
术
参
数
1信号峰-峰值在0-5V之间可调,分辨率为0.5V。
2频率两档50Hz、500Hz
3按键可选择峰~峰值和频率。
4显示器可显示峰~峰值和频率。
5设计电源电路,信号发生器电源采用AC220V
6写出程序流程图及汇编程序。
工
作
量
1、系统硬件框图设计说明
2、输出通道控制电路设计
3、按键及显示电路设计
4、cpu最小系统设计
5、内部定时中断服务子程序设计
6、主程序设计
工
作
计
划
第一天
第二天
第三天
第四天
第五天
第二周
D\A转换器及输出通道控制电路设计
按键、显示电路设计
cpu最小系统设计
电源的设计
主程序、流程定时输出程序设计
画原理图、打印
第3章课程设计的考核
3.1课程设计的考核要求
课程设计采用五级(优、良、中、及格、不及格)评分制。
最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定,其中平时考核成绩占20%。
3.2课程性质与学分
单片机与接口技术课程设计的课程性质:
考查学分:
2
第4章设计
在许多电子系统中,经常需要用到频率和幅度可调的正弦波信号作为基准或载波信号。
正弦渡信号主要通过模拟电路或DDS(DirectDigitalSynthesis)等两种方式产生.相对于模拟电路,DDS具有相位连续、频率分辨率高、转换速度快、信号稳定等诸多优点,因此,DDS存雷达、通信、测试、仪表等领域得到了广泛的应用。
4.1硬件框图及其设计:
该系统的核心部件是AD7008,AD7008是ADI公司推出的高集成度DDS频率台成器。
首先单片机将频率控制字发送给AD7008,在AD7008的输出端口就可以得到所需的正弦信号,为了使输出信号的频率更为稳定,将输出信号通过由MAX262构成的中心频率可调带通滤波器进行滤波处理.MAX262的中心频率通过单片机按照AD7008的输出频率进行设置。
DAC0832的作用是控制输出信号的幅度。
系统组成框图如图1所示
AD7008可以和外围MPU构成并行或串行两种接口方式,其中并行接口又可以分为8位和16位两种。
由于系统采用8位单片机,考虑到响应速度,采用8位并行接口方式。
当单片机将数据送到PO口时.如果AD7008的WR引脚(与单片机的P1.0相连)出现负脉冲,则PO口的数据被送入AD7008的并行寄存器。
如果AD7008的LOAD引脚(与单片机的Pl.1相连)出现正脉冲,则根据TC3~TC0(与单片机的PO.3~PO.0相连)的逻辑关系,AD7008并行寄存器内的数据将会被送到片内命令寄存器、频率寄存器0、频率寄存器1或相位寄存器中。
由此来对AD7008所产生的正弦信号进行控制。
AD7008的输出引脚lOUT和IOUT通过一电阻接地,将输出电流转换成电压,再通过一运算放大器组成的减法电路后产生正弦波
4.2显示部分设计
以14495芯片做译码,锁存驱动芯片,LED数码管作为显示器件,通过89C51构建键盘显示系统。
按键输入字0—9,该系统示对应数字的平方值。
MC14495芯片说明:
MC14495常用于单片机系统中LED数码管静态显示接口的译码驱动芯片,他将输入的被显示字符的二进制码自动转换成相应的字型码,送给LED数码管显示。
MC14495芯片的引脚及内部逻辑框图如图A,B所显。
它是由4位锁存器、地址译码器和笔端ROM阵列以及带有限流电阻的驱动电路组成。
A、B、C、D为二进制输入端,A为低位,D为高位,能直接与MCS—51相连;a、b、c、d、e、f、g为译码输入端,a为低位,g为高位LE为锁存控制端,LE为低电平时可输入数据,为高电平时代表输入数据大于或等于10,反之低电平VCR为输入数据等于15的输出指示端,高电平时代表输入数据等于15,否者为高阻态。
VDD为电源输入端,VSS为电源接地端,电源共给+5V即可。
根据以上MC14495芯片说明,其译码输出端a-g与LED数码管的连接不需要加限流电阻。
由于具有输入锁存功能,不需要再加其他辅助的锁存芯片就能直接MCS—51相连,因此在设计中可以直接用端口对其进行操作,本题具体硬件设计原理,左边两个LED数码管用于显示输入的数字,右边两个LED数码管用于显示数字平方后的结果,VCR、h+i本题不需要使用。
在程序处理上,设计一个显示子程序,每次调用都让四个LED数码管显示一遍所需的数据,这样在显示处理上相对方便,显示的正确性也较好,具体显示时,每次都将显示的数据与选通地址一次性送出,然后做稍微延时让数据到位,之后将数据锁存,本题采用查表法查平方结果,查表在工程上是一中很有效的处理方法。
4.3数模(D/A)转换部分
D/A转换部分选用的是DAC0832。
DAC0832是CMOS工艺制造的8位单片D/A转换器,属于R-2RT型电阻网络的8位D/A转换器,建立时间150ms,为电流输出型,并且片内带输入数字锁存器。
DAC0832与8031接成的是单缓冲方式,由于DAC0832是电流输出,而我们用的是模拟电压,在这种情况下,要将输出的电流转换成电压,转换电路接成同相电压输出形式,其输出电压Vout=IR(1+R2/R1)。
在D/A转换电路中,ILE接+5V,片选信号CS和转换控制信号XFER都通过非门连到P2.7,这样输出寄存器和DAC寄存器地址都是7000H,“写”选通线WR1和WR2都和8031的“写”信号线连接,CPU对0832执行一次“写”操作,把一个数据直接写入DAC寄存器,DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。
这样,由CPU送来的数据SD0~SD7,通过DAC0832转换成电流输出,由R4、R5等将电流信号转换成电压信号,经反相放大使得到了所需要的超低频正弦信号。
4.4正弦信号的幅度控制电路
为了提高输出信号的质量,必须对由AD7008所产生的正弦信号进行滤波处理。
由于该信号发生器用在电测仪表中,其对正弦信号的频率要求是40Hz~5kHz。
笔者选用工作频率为1Hz~140kHz的MAX262来构成一个中心频率可程控的带通滤波器。
MAX262有三个可程控参数:
中心频率
、Q值和工作模式。
所有程控参数都通过数据引脚DO和Dl输入。
地址引脚A3~A0控制输入数据进入不同的寄存器。
当AD7008输出信号的频率确定后,就可以设定MAX262的中心频率
和Q值。
这样就构成一可程控的带通滤波器对AD7008的输出信号进行滤波处理
正弦信号的幅度控制是通过D/A转换器DAC0832来实现的。
经过滤波处理的正弦信号接在DAC0832的参考电压引脚VREF上。
DAC0832的八位数据输入引脚与单片机的P0口相连,由片选信号CS(与单片机的PI.2相连)来决定输入数据是否选通。
由图2可知,DAC0832工作在单缓冲寄存器方式,即当CS为低电平时,DO~D7数据线送来的数据直接进行D/A转换。
根据D/A转换的工作原理有:
将
代入,则有:
第一级运算放大器将电流转化为电压输出,则有:
将
表达式代入,得
第二级运算放大器起反向放大作用,它的输入和输出电压之间的关系为:
将
表达式代入,最后得到如下关系:
由于
,所以输入电压通过该电路后,其输出受到由数字控制的衰减。
R改变DO~D7的值时,输出电压也随之变化,即实现了对正弦渡信号的幅度控制。
4.5软件流程图及其分析
单片机上电复位后,先对AD7008和MAX262进行初始化设置。
然后开始检测外围输入单元。
当有频率设置输入时.则将频率控制字送入AD7008,然后根据信号频率设置MAX262的中心频
和Q值。
当有幅度设置输入时,则将幅度控制字送DAC0832。
其程序流程框图如图所示。
显示设置数据
选择输出
正弦波
计算
输出
扫描键盘
正弦波程序
ORG5000H
START:
MOVR1,72
MOVA,#00H
MOVDPTR,#6000H
LOOP4:
MOV20H,A
MOVCA,@A+DPTR
MOVR2,DPL
MOVR3,DPH
MOVDPTR,#0FEFFH
MOVX@DPTR,A
MOVDPL,R2
MOVDPH,R3
MOVA,20H
INCA
DJNZR1,LOOP4
LJMPSTART
显示程序:
ORG0000H
MOVR3,#0
MOVR4,#0
LCALLSHOW
INCNUM:
SETBP3.6
JBP3.6,ACKIN
LCALLDELAYTIME
INCR3
CJNER3,#10,JMPSHOW
MOVR3,#0
JMPSHOW:
LCALLSHOW
ACK1:
SETBP3.7
JBP3.7,INCNUM
LCALLDELAYTIME
MOVDPTR,#SQUTABLE
MOVA,R3
MOVCA,@A+DPTR
MOCR4,A
LCALLSHOW
SJMPINCNUM
SHOW:
MOVA,P3
ANLA,#0F0H
SWAPA
ORLA,#0E0H
MOVP1,A
NOP
SETBP1.4
MOVA,R3
ANLA,#0FH
ORLA,#0D0H
MOP1,A
NOP
SETBP1.5
MOVA,R4
ANLA,#0F0H
ORLA,#0B0H
MOVP1,A
NOP
SETBP1.6
MOVA,R4
ANLA,#0F0H
ORLA,#070H
MOVP1,A
NOP
SETBP1.7
RET
DELAYTIME:
MOVTMOD,#01H
MOVR2,#4
HH:
MOVTH0,#00H
SETBTR0
CLRTF0
JNBTF0
DJNZR2,HH
CLRTRO
RET
SOUTTABLE:
DB00H01H04H09H16H25H36H49H64H
END
按键程序:
KEYWORK1:
JNBP3.5,KEY1
KEYOUT:
RET
KEY1LCALLDISP
JBP3.5,KEYOUT
WAIT11:
JNBP1.5,WAIT12
CPL00H
MOVR2,#01H
MOVR3,#01H
RET
WAIT12:
LCALLDISP
AJMPWAIT11
KEYWORK2:
JNBP1.5,KEY1
JNBP1.6,KEY2
RET
KEY2:
LCALLDISP
JBP3.6,KEYOUT
WAIT22:
JNBP1.6,WAIT21
INC7BH
KEY3LCALLDISP
JBP1.7,KEYOUT
WAIT11:
JNBP1.7,WAIT12
CPL00H
MOVR5,#01H
MOVR6,#01H
RET
WAIT12:
LCALLRESET
AJMPWAIT11
MOVA,7BH
CJNEA,#08H,KEYOUT11
KEYOUT11:
JCKEYOUT1
MOV7BH,#00H
END
KEYOUT:
RET
WAIT21:
LCALLDISP
AJMPWAIT22
4.6系统原理示意图:
1电源电路:
2正弦波信号发生器硬件电路图:
结论:
本次单片机课设内容是正弦波信号发生器,通过老师的指导,按照课设的要求,自己在图书管和网络中找到了有关的设计资料,加上单片机学习时积累的知识点,完成了此次课程设计正弦波信号发生器,此次课设包括了显示电路,按键电路,软件,硬件设计,基本完成了课设的要求,以够用此次的设计方案产生正弦波,不过在此次设计中还是遇到了一些问题,通过和同学探讨最终解决了,使我有了更深的理解,从此次课设当中,学到了很多知识,相信对以后有很大的帮助。
当然,此次课设还是存在一定的问题,希望老师给予指正。
参考文献:
1《单片机原理及应用技术》黄仁欣北京:
清华大学出版社
2《8051单片机实践教程》徐爱钧四川:
电子工业出版社
3《单片机接口与技术》梅丽凤王艳秋等编清华大学出版社
4《单片机实用技术》崔华北京:
清华大学出版社
微处理
地址译码器
程序寄存器
锁存器
功率放大器
运算放大器
D/A转换器2
微处理
器51
D/A转换器1
器51
运算放大器
D/A转换器2
微处理器
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