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基于51单片机的波形发生器设计本科学位论文.doc
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河南科技大学本科毕业设计(论文)
I
本科毕业设计论文
基于 51 单片机的波形发生器设计
摘 要
波形发生器作为信号源广泛应用于电子工业、自动控制和科学试验等领
域。目前国内市场上波形发生器种类匮乏,价格昂贵。为了实验、研究以及
工业需要,研制一种功能齐全、使用方便的波形发生器十分重要。
本文介绍了两种基于 89C51 单片机和数模转换器 DAC0832 产生所需波
形的波形发生器设计方案,两种方案各有特色,可以满足不同领域对波形发
生器的需求。其中,程控波形发生器设计方案运用单片机执行程序产生波形
数据,再由单片机通过定时器定时控制将波形数据送给 DAC 转换输出波形,
本方案扩展有 LED 显示模块和键盘模块,具有良好的人机交互性。硬件波形
发生器设计中,单片机执行程序产生波形数据或从上位机接受波形数据写入
外部 RAM 中,然后由外部电路控制从 RAM 中取出波形数据送于 DAC 转换
输出波形,本方案可以产生高频波,且具有良好的可升级性。本次设计的两
种方案均能产生频率、幅值可调的正弦波、三角波、锯齿波和方波四种波形。
本 次 设 计 运 用 Keil c 软 件 采 用 C 语 言 进 行 软 件 设 计 , 使 用 仿 真 软 件
Proteus 进行系统功能校验,并使用 Protel 软件制作印刷电路板(PCB)。
本次设计的两种波形发生器具有精度高、误差小、功耗低、数据传输速
度快、可靠性高等特点,且具有良好的经济性,具有一定的开发价值。
关键词:波形发生器,单片机,DAC0832,程控波形发生器设计,硬件波形
发生器设计
河南科技大学本科毕业设计(论文)
II
THE DESIGN OF WAVEFORM GENERATOR BASED ON
51 MCU
ABSTRACT
Waveform generators are widely used in the electronics industry, automatic
control and scientific experiments and other fields. Currently, waveform
generators, in domestic market, are very limit. So the development of a
waveform generator which is fully functional and easy to use is very important
for experimental, research, and industrial needs.
This article describes two schemes of the design of waveform generator
(WG) based on 51 MCU and DAC 0832 chip. And the two schemes have their
own advantages to meet different areas’ need. Among them, in the scheme of
programmable WG design, we use the MCU to generate waveform data, and then
use the timer timing to control DAC converter which translate the waveform
data into the output waveform. This scheme expanded with LED display module
and keyboard module, which has a good human-machine interaction. In
hardware WG design scheme, we use the MCU to generate waveform data or
accept the data from PC, and then transfer this data to external RAM. Specially,
we use an external circuit to control the DAC conversion. This design can
generate high-frequency waves, and it also has good scalability. What’s more,
these two schemes can produce four kinds of waveforms (sine, triangle, sawtooth
and square wave); their frequency and amplitude can adjust by user’s need.
In this design,we use the Keil c software for software design in C language.
And then we use the simulation software Proteus to check system functions,
Finally, we use Protel software to produce printed circuit boards (PCB).
河南科技大学本科毕业设计(论文)
III
This design of the two kinds of waveform generator has good precision, low
power consumption, high data transmission speed, great reliability, and good
economy value. To a certain extent, it is worthy of being further developed.
KEY WORDS : waveform generators, MCU, DAC0832, programmable WG
design, hardware WG design
河南科技大学本科毕业设计(论文)
IV
目 录
前 言 ..............................................................................................1
第 1 章 绪论 .....................................................................................2
§1.1 选题背景 ..............................................................................2
§1.2 波形发生器的发展状况 .......................................................2
§1.3 选题意义 ..............................................................................3
§1.4 本文研究的主要内容 ...........................................................4
§1.5 章节安排 ..............................................................................4
第 2 章 波形发生器系统方案设计及选择........................................5
§2.1 总体方案选择 ......................................................................5
§2.2 子系统模块方案选择 ...........................................................7
§2.2.1 控制器的选择 ...............................................................7
§2.2.2 调频方案设计 ...............................................................7
§2.2.3 调幅方案设计 .............................................................10
§2.2.4 按键方案设计 .............................................................10
§2.2.5 显示模块方案设计 ......................................................11
§2.2.6 D/A 转换器的选择 .......................................................11
§2.2.7 静态 RAM 的选择 .......................................................12
§2.3 系统总体框图 ....................................................................13
§2.3.1 程控波形发生器系统框图...........................................13
§2.3.2 硬件波形发生器设计框图...........................................13
§2.4 系统可行性分析.................................................................14
第 3 章 主要芯片及设计软件介绍 .................................................15
§3.1 主要芯片介绍 ....................................................................15
§3.1.1 89C51 单片机 ...............................................................15
§3.1.2 数模转换器 DAC0832 .................................................21
§3.1.3 可编程并行接口电路 8255A .......................................23
§3.1.4 定时器 555 ..................................................................25
河南科技大学本科毕业设计(论文)
V
§3.1.5 计数器 74161 ..............................................................26
§3.2 设计软件介绍 ....................................................................27
§3.2.1 仿真软件 Proteus.........................................................27
§3.2.2 编程软件 Keil C51 ......................................................28
§3.2.3 EDA 软件 Protel ........................................................28
第 4 章 硬件实现及模块设计电路 .................................................29
§4.1 程控波形发生器设计硬件电路 ..........................................29
§4.1.1 单片机最小系统及 I/O 扩展模块 ................................29
§4.1.2 波形产生及调幅模块 ..................................................30
§4.1.3 LED 显示模块 ..............................................................31
§4.1.4 按键模块 .....................................................................32
§4.2 硬件波形发生器设计 .........................................................33
§4.2.1 单片机最小系统及 I/O 扩展模块 ................................33
§4.2.2 波形产生及调幅模块 ..................................................34
§4.2.3 调频模块 .....................................................................35
§4.2.4 SRAM 模块 ..................................................................36
§4.2.5 按键模块 .....................................................................37
§4.2.6 串行通信和供电模块 ..................................................38
第 5 章 系统软件设计 ....................................................................39
§5.1 系统软件编程语言方案设计 ..............................................39
§5.2 程控波形发生器软件设计..................................................40
§5.2.1 主程序 .........................................................................40
§5.2.2 按键子程序 .................................................................40
§5.2.3 显示子程序 .................................................................41
§5.2.4 波形子程序 .................................................................42
§5.2.5 定时器中断子程序 ......................................................43
§5.3 硬件波形发生器软件设计..................................................45
§5.3.1 主程序 .........................................................................45
§5.3.2 波形子程序 .................................................................46
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