正弦信号发生器的设计

ゞ浴缸里的玫瑰 2024-04-06 13:28 34阅读 0赞

目 录  
1 引言 1  
2 总体结构设计 2  
2.1 单片机概述 2  
2.1.1 单片机的发展 2  
2.1.2 单片机的用途 3  
2.2 系统设计的功能 3  
2.3 波形发生和输出频率的方法 4  
2.3.1 波形发生的方法 4  
2.3.2 输出频率的方法 4  
3 系统硬件设计 5  
3.1 硬件电路芯片的选择 5  
3.1.1 CPU芯片 AT89C51 5  
3.1.2 D/A转换器芯片DAC0832 8  
3.1.3 显示器的选择 9  
3.1.4 运算放大器HA17741 10  
3.2 电路接口的设计 11  
3.2.1 LED数码管显示电路 11  
3.2.2 D/A转换正弦信号输出电路 12  
3.2.3 时钟电路及复位电路 13  
3.2.4 键盘频率和振幅输入电路 15  
3.2.5 电源电路的设计 15  
4 系统软件程序的设计 17  
4.1 主程序功能模块 17  
4.2 显示子程序模块 17  
4.3 D/A转换子程序模块 18  
4.4 键盘控制频率输入子程序模块 19  
4.5 数据计算处理子程序模块 20  
5 系统调试 22  
5.1 PROTEUS与KEIL uVision2介绍 22  
5.2 软硬件的调试 23  
5.2.1 软件调试 23  
5.2.2 硬件调试 23  
6 结论 25  
6.1 实验结果 25  
6.2 讨论分析 25  
谢辞 27  
参考文献 28  
附录 29  
电路图 29  
源程序 30  
外文资料翻译 41

2.2系统设计的功能  
基本设计要求：  
（1）正弦波输出频率范围：1kHz～10MHz；  
（2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz；  
（3）输出信号频率稳定度：优于10-4；  
（4）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥1V；  
（5）失真度：用示波器观察时无明显失真。  
较高设计要求：  
能够使得输出地信号在50欧姆的负载电阻上的电压峰峰值稳定在6V±1V.

本设计是以AT89C51作为中央处理芯片，通过DAC0832芯片来获得正弦波信号，用按键和显示器来设置和读取频率和振幅。在KEIL环境下进行汇编编程，并在Proteus 中进行仿真。此设计的主要功能：  
1．使用51单片机与D/A转换芯片DAC0832实现数字式正弦波形发生器。  
2．采用51单片机在一定的时间内输出一系列的离散数字样点信号，然后通过D/A转换器转换成平滑的正弦波信号。  
3．使其具有良好的人机接口，并用LED显示。  
本次数字式正弦信号发生器的设计分为软件部分和硬件部分，按功能来划分硬件部分又可分为：数码管频率和振幅显示电路、D/A转换正弦信号输出电路、时钟复位电路、键盘频率和振幅输入电路；软件部分可分为：显示子程序、D/A转换子程序以及数据计算处理子程序、键盘频率输入子程序。  
4 系统软件程序的设计  
软件设计是本次设计的一个重要组成部分。在单片机应用系统中，最常用的程序设计方法是模块程序设计。本次设计的软件部分可分为：主程序模块、键盘控制频率输入子程序模块、显示子程序模块、D/A转换子程序模块以及数据计算处理子程序模块等。  
4.1 主程序功能模块  
主程序主要对数字式正弦信号发生器进行初始化设置，显示初始的正弦波频率及输出初始的正弦波电压信号，开放中断准备响应频率的变化等。  
4.2 显示子程序模块  
由于硬件电路的设计，显示是以动态显示的方法，硬件连接比较简单，主要是软件编程控制LED显示。  
输出显示的程序如下

DISP:  CLR P2.2
          MOV P1,LED_BIT_4
    		LCALL DELAY
    		SETB P2.2
    		CLR P2.1
    		MOV P1,LED_BIT_3
    		LCALL DELAY
    		SETB P2.1
    		CLR P2.0
    		MOV P1,LED_BIT_1
    		LCALL DELAY
    		SETB P2.0
    		RET

4.3 D/A转换子程序模块  
D/A转换是本次设计的重点之一，它由两片DAC0832控制，第一片的输出做第二片的基准电压，但它不同于硬件电路的烦琐，它的软件程序是十分简单的，只要几条输出指令，就可以进行D/A转换控制。

第一片D/A的转换程序如下：
    MOV A,F_VAL_4        ；装填幅值
         MOV B,#33H            ；转化为在D/A中对应的数据
    	  MUL AB
    	  CLR  P2.4              ；选通D/A输入寄存器
    	  MOV  P0,A             ；输出数据
    	  SETB  P2.4             ；锁存数据
    第二片的D/A转换的程序如下：
    MOV  DPTR,#CTAB     ；指向数据缓冲区
    	  MOV  A,SIN_NT        ；查表相对偏移量
    	  MOVC  A,@A+DPTR    ；转换数据送入A
    	  CLR  P2.5              ；选通D/A输入寄存器
    	  MOV  P0,A             ；输出数据
    	  SETB  P2.5             ；锁存数据
    	  CLR  P2.6              ；选通D/A寄存器
    	  INC SIN_NT               ；修正查表指针

![在这里插入图片描述][e4701207573e48ee9a347751d9379927.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][4fdbdae60b24496bb539ab4276a46b18.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][7477d48b8d7c4197ba9feb6c9c0b9644.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][6d1c7691f2fc43e380a9837922448f6a.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][1dfd366f62274f78b8147cc454e1cf27.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][4bca3da0299f44e88d703c88399dc8bd.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][53f86cc258ab4019a0435d03c156431c.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][fa30074b2194475eb21e996d971344fa.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][7c2c502d63b7416eb89832b0407084b6.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][6338f953c921483988f7085fdd9a5aec.png_pic_center]

[e4701207573e48ee9a347751d9379927.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/adfb667022c24c4e9f19da37722be92c.png
[4fdbdae60b24496bb539ab4276a46b18.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/b7092492ce5e448f9d64e7a69e2e8666.png
[7477d48b8d7c4197ba9feb6c9c0b9644.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/8e11c194b58844fb98174da3987a8680.png
[6d1c7691f2fc43e380a9837922448f6a.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/c863c59bf7d14842b3e4c1287ab74d5d.png
[1dfd366f62274f78b8147cc454e1cf27.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/f336999c8318400aa7fc7aad08dcfb42.png
[4bca3da0299f44e88d703c88399dc8bd.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/479e7b2e01a142d5849db823ae80f33c.png
[53f86cc258ab4019a0435d03c156431c.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/c4345af4ab564854803bccaf5930c914.png
[fa30074b2194475eb21e996d971344fa.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/f6952e2dafa04f638101029d76a3540c.png
[7c2c502d63b7416eb89832b0407084b6.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/4a9fc3df00a9455aaaa8767101715ff1.png
[6338f953c921483988f7085fdd9a5aec.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/0065664c7401433eb11294b54ce947f1.png