课程设计（论文）-基于proteus仿真的简易信号发生器的设计

1、课程设计题 目 基于proteus仿真的简易信号发生器的设计学 院 管理科学与工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 08信工(3)班 学 号 姓 名 摘 要信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。 本设计采用AT89C51单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键和LCD液晶显示电路。电路采用单片机和一片DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器,可产生正弦波、矩形波、锯齿波和三角波四种波形。系统通过单片机产生数字信号，通过DAC0832转换为模拟信号，再通过放大器LM324就可以得到双极性的各种波形，最终由示波器显示出来。通过键盘来控制四种波形的类型选择、频率变化，并通过液晶1602显示其各自的波形类型以及频率数值。本设计硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高，具有一定的实用价值和参考价值。关键词：AT89C51 单片机； 函数信号发生器；DAC0832；LCD液晶显示AbstractSignal generator is a common signal source,

2、 widely used in electronic circuits, automatic control systems and experiments in areas such as teaching. The design using AT89C51 microcontroller as the control, external digital/analog conversion circuit (DAC0832), op-amp circuit (LM324), buttons and liquid crystal display of 1602. Circuit adopts single-chip microcomputer and a digital-to-analog converters DAC0832 consisting a low frequency signal generator, can produce four waveform such as the sine wave, the rectangle wave, the sawtooth wave

3、 and the triangle wave. System through the microcontroller create a digital signal, through DAC0832 into analog signals, again through the amplifier LM324 can get dual polarity by various waveform, finally shown by An oscilloscope. In this system, through the keyboard to control four waveform type selection, frequency variation, and displays those through liquid crystal display of 1602. In this design, the hardware circuits are simple, software functions are consummate, and the control system is

4、 reliable, so it has some practical value and reference value.Keywords：AT89C51；function generator；DAC0832；LCD display目 录1 系统总体设计11.1 系统基本模块设计与论证11.1.1 信号发生模块11.1.2 输出显示模块11.1.3 键盘模块11.1.4 电路设计最终方案21.2 系统原理及总体结构图21.2.1 系统总体结构图21.2.2 系统工作原理22 系统硬件设计32.1 系统硬件仿真原理图32.2 系统主要单元电路设计42.2.1 主控制器AT89C5142.2.2 数/模转换电路72.2.3 电流/电压转换放大电路112.2.4 液晶显示电路132.2.5 键盘电路153 系统软件设计163.1 系统主程序流程框图163.2 信号产生子程序173.2.1 正弦波发生子程序173.2.2 矩形波发生子程序183.2.3 三角波发生子程序183.2.4 锯齿波发生子程序203.3按键处理子程序203.4液晶显示子程序213.5 INT0中断子程序214 系统调

5、试214.1 系统调试过程224.2 调试中的问题及解决方法224.3 系统仿真结果245 结论285.1 结论28参考文献281安徽财经大学1 系统总体设计1.1 系统基本模块设计与论证1.1.1 信号发生模块方案一：利用MAX038芯片组成的电路输出波形。MAX038是精密高频波形产生芯片，能够产生准确的三角波、方波和正弦波三种周期性波形。但此方案成本高，程序复杂度高。方案二：采用分立元件实现非稳态的多谐振振荡器，然后根据需要加入积分电路等构成正弦、矩形、三角等波形发生器。这种信号发生器输出频率范围窄，而且电路参数设定较繁琐，其频率大小的测量往往需要通过硬件电路的切换来实现，操作不方便。 方案三：采用单片机和DAC0832数模转换器生成波形。通过编程的方法来控制输入到数模转换电路的数字量，从而控制输出信号的波形和频率。它的特点是价格低、设计简单，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。经比较，方案三既可满足毕业设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比较高，所以采用该方案。1.1.2 输出显示模块方案一：用数码管进行显示。数码管由于显示速度快，使用简单，显示

6、效果简洁明了而得到了广泛应用。但是由于我们计划显示输出信号波形类型和频率，内容很多。用数码管无法显示如此丰富的内容，因此我们放弃了此方案。方案二：用LCD液晶进行显示。LCD由于其显示清晰，显示内容丰富，显示信息量大，使用方便，显示快速而得到了广泛的应用。对于此系统我们选用的LCD LM016L液晶能够显示英语字母和数字，能够很好的满足显示要求，因此我们选择了此方案。1.1.3键盘模块方案一：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的I/O口数目较多，优点为电路设计简单，且编程相对比较容易。 方案二：采用矩阵式键盘，键盘为4*4矩阵式行列扫描，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目。对于此系统，由于按键数目不多，故采用方案一。1.1.4 电路设计最终方案本系统包括主控模块，显示模块，信号发生模块，键盘模块，运放模块，综上各方案所述，确定最终设计方案为：采用AT89C51作为主控制系统，LCD液晶显示作为显示部分，独立式按键作为键盘模块，数模转换芯片DAC0832作为信号发生

7、模块，LM324作为电流/电压转换放大模块。1.2 系统原理及总体结构图1.2.1 系统总体结构图根据上述电路设计的最终方案，系统总体设计结构如图1所示。图1 系统总体结构图1.2.2系统工作原理数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号，因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。在本设计中，AT89C51是整个波形发生器的核心部分，外围电路包括数字/模拟转换电路、电流/电压转换放大电路、按键电路、LCD液晶显示电路和晶振电路。外接12MHz晶振电路为单片机提供工作脉冲。单片机的P1口接LCD液晶显示电路，用来显示波形类型和频率大小；P0口接数模转换芯片DAC0832的DI0DI7,为数模转换芯片提供数字信号；P2.0P2.4外接独立键盘，以控制信号的类型、频率等；P3部分口作为LCD的控制信号。通过对单片机编写程序，控制从P0口输出的数字信号类型，P0口的数字信号再输入到数模转换芯片DAC0832中，从而转换为模拟信号输出。DAC0832输出的模拟信号为电流信号，所以用电流/电压运算放大器LM324将电流信号再转换成电压信号输出。用两片LM324可以得到输出波形

8、的双极性输出，将输出的波形与示波器相连即可观察输出波形的特征。独立式键盘可以控制从P0口输出的数字信号，按下不同的键可以使此输出信号改变，从而使输出的波形实现正弦波、矩形波、锯齿波和三角波之间的转变，并能够改变波形输出频率的大小。在此过程中，单片机将信号的类型和频率经过处理后，由P1口送到LCD液晶显示器上进行显示，LCD1602第一行显示信号的类型，第二行显示波形的频率。2 系统硬件设计2.1系统硬件仿真原理图硬件设计是系统设计的重点之一，选择合适的元器件尤为重要。在本设计中，根据设计的总体方案，选择AT89C51作为主控制器、DAC0832为数模转换芯片、LM324为电流/电压转换元件、LM016L为LCD液晶显示元件、5个独立式按键为按键模块元件。本设计在Proteus软件中绘制的硬件电路图如图2所示。图2 硬件仿真原理图2.2 系统主要单元电路设计2.2.1 主控制器AT89C51AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB的可反复擦除的只读程序存储器（PEROM）和128B随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4K字节可重擦写FLASH闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0HZ-24MHZ三级加密程序存储器1288字节内部RAM32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道 图3 AT89C51 引脚封装图AT89C51引脚封装如图3所示，其芯片引脚介绍如下：（1）主电源引脚VCC：+5 V电源 VSS：地线。（2）时钟电路引脚XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。（3）控制信号引脚 RST/VPD：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作;当单片机掉电时，此引脚上可接备用电源，由VPD向片内RAM提供备用电源，以保持片内RAM中的数据不丢失。 ALE/PROG：

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