基于51单片机的多功能波形发生器设计.doc

基于 51 单片机的多功能波形发生器设计 本设计旨在基于 51 单片机设计一个多功能波形发生器，能够生成正弦波、方波、三角波、锯齿波等多种波形，并且能够实现频率的调节和输出电压的调整。设计的主要功能包括：波形发生器的设计、频率的调节、输出电压的调整、键盘输入、串行口通信等。 设计指标与技术要求： 1. 借助现有的单片机系统； 2. 能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等波形； 3. 各种波形频率可调，频率范围为 100－3000Hz； 4. 正弦波输出电压为 5V 峰峰值，方波、三角波、锯齿波输出电压为 5V； 5. 采用 8 位 D/A 转换器； 6. 进行硬件平滑滤波； 7. 编写程序并调试； 8. 提供程序清单； 9. 能实物演示。 总体设计图： 图 1.1 是基于单片机的多波形发生器的总体设计流程图，包括键盘输入部分、单片机控制部分、D/A 转换器部分、运算放大器部分、滤波器部分和输出部分。 总体设计功能说明： 根据设计要求，分析得本次设计需要硬件和软件两部分。硬件上，如图，键盘输入部分主要用于选择波形，单片机用来执行某一波形发生程序，向 D/A 转换器的输入端发送数据，将其转化成模拟量，并通过运算放大器调节波形的幅值，经过滤波器的滤波，从而在输出端得到所需的波形。 软件上，如图，程序的主要功能是：首先程序在开始后，先判断 P0.0，P0.1，P0.2 相应的波形，然后根据选择的波形输出相应的波形。程序将根据要求进行调节波形。再下一步程序再判断用户继续从键盘输入要输出的波形，可以进行必要的延迟。 总体电路图： 图 1.2 是基于单片机的多波形发生器的总体电路图，包括键盘输入部分、单片机控制部分、D/A 转换器部分、运算放大器部分、滤波器部分和输出部分。 总体程序流程图： 图 1.3 是基于单片机的多波形发生器的总体程序流程图，包括程序的开始、波形选择、数据发送、波形调整、延迟和输出等步骤。 8051 单片机概述： 8051 单片机是一个 8 位微处理器，具有 128 个字节的内部数据存储器和 4KB 的程序存储器。它具有 5 个中断源、2 个 16 位定时器/计数器、1 个串行口、21 个特殊功能寄存器（SFR）和 4 个 8 位双向并行的 I/O 端口。 8051 单片机的功能部件包括： 1. 数据存储器（RAM）：片内为 128 个字节单元，片外最多可扩展至 64K 字节。 2. 程序存储器（ROM/EPROM）：ROM 为 4K，片外最多可扩展至 64K。 3. 中断系统：具有 5 个中断源，2 级中断优先权。 4. 定时器/计数器：2 个 16 位的定时器/计数器，具有四种工作方式。 5. 串行口：1 个全双工的串行口，具有四种工作方式。 6. 特殊功能寄存器（SFR）：共有 21 个，用于对片内各功能模块进行管理、监控、监视。 7. 微处理器：为 8 位 CPU，且内含一个 1 位 CPU（位处理器），不仅可处理字节数据，还可以进行位变量的处理。 8. 四个 8 位双向并行的 I/O 端口，每个端口都包括一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。