四种波形发生器

XXXX大学

单片机原理及应用A课程设计

设计说明书

四种波形发生器

起止日期： 2017 年 5 月 29 日至 2017 年 6 月 9日

学班成

生姓名 级 绩

指导教师(签字)

控制与机械工程学院 2017年 6月9 日

目录

绪论 ......................................................................................1 1、设计目的 ...............................................................................2 2、课程设计题目和实现目标 .................................................................3 3、设计方案 ...............................................................................4 4、主要芯片介绍 ...........................................................................5 4.程序流程图 ..............................................................................9 5、Proteus仿真原理图 ....................................................................10 6、设计心得体会 ..........................................................................11 参考文献 .................................................................................12

绪论

近年来，随着电子技术和微机计算机的迅速发展，单片机的档次不断提高，其应用领域也在不断的扩

大，已在工业控制、尖端科学、智能仪器仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到了广泛的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。 单片机即单片微型计算机。（Single-Chip Microcomputer ）,是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于工业自动化上和智能产品。 本次基于51系列单片机实验平台开发课程设计，是根据我们所学习的单片机课程，按照大纲要求对我们进行的一次课程检验，是进行单片机课程训练的必要任务，也对我们掌握单片机应用有很大的帮助。掌握单片机技术是一门不可或缺的技术，对我们将来的工作以及生活和学习都有很密切的联系。实验主要包括，以STC89C52RC单片机作为核心板，实现电路原理图设计， LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED流水灯、按键操作等电路的设计、焊接与仿真。编程软件采用keil 4及proteus 7.8仿真软件进行仿真。

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1、设计目的

（1）利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用

能力。

（2）我们这次的课程设计是以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波等）且频率、幅度可变的函数发生器。

（3）掌握各个接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。

（4）在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的练习大家也都是分散的对各个章节的内容进行练习。因此，缺乏一种系统的设计锻炼。在课程所学结束以后，这样的课程设计十分有助于学生的知识系统的总结到一起。

（5）通过这几个波形进行组合形成了一个函数发生器，使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以锻炼大家微机知识的应用。

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2、课程设计题目和实现目标

本次课程设计的题目是；制作一个波形发生器，产生周期可调的方波、锯齿波、三角波、正弦波信号，

不同波形用不同符号显示在一个LED上，用一个LCD显示幅值和频率。

本次课程设计的目标：设计一个波形发生器，带有四个按钮，分别是波形选择、增加频率、减少频率、调节幅度，并带有一个LCD和一个LED，LED用来显示波形的符号LCD用来显示频率、幅值。波形符号用1表示正弦波，2表示三角波，3表示方波，4表示锯齿波。频率的调节幅度是10HZ，幅值调节幅度分别是0.2V，0.02V,0.3V,0.4V。

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3、设计方案

本次设计采用AT89C51及其外围扩展系统和PCF8591，软件方面主要是应用C语言设计程序。系统以

AT89C51为核心，配置相应的外设及接口电路，用Keil C及Proteus等软件开发，用C语言编程，组成一个多功能信号发生器。用户通过按键选择输出实验室中经常使用到的几种基本波形：方波、锯齿波、正弦波和三角波。方波由AT89C51单片机将最大值和最小值输出给Ｄ／Ａ进行转换，并由用户通过键盘选择波形周期。

可采用单片机程序产生以上4种波形，并通过一片Ｄ／Ａ转换器输出。另外，采用一片Ｄ／Ａ转换器来控制前一片Ｄ／A转换器的参考电压，从而可以改变输出波形幅值。通过外接键盘来设定波形的类型、幅值和频率。

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4、主要芯片介绍

（1）、PCF8591芯片介绍：

PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。

图1 PCF8591工作原理图

DAC0832的外部引脚及功能介绍图如下：

图2 PCF8591引脚图

AIN0～AIN3：模拟信号输入端。

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A0～A2：引脚地址端。

VDD、VSS：电源端。（2.5～6V） SDA、SCL：I2C 总线的数据线、时钟线。 OSC：外部时钟输入端，内部时钟输出端。

EXT：内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时 EXT 接地。 AGND：模拟信号地。 AOUT：D/A 转换输出端。 VREF：基准电源端。

（2）单片机AT89S52介绍：

AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

图3 AT89S52引脚图

AT89S52管脚说明：

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VCC：供电电压。 GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。

（3）LCD1602介绍：

1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

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图4 LCD1602引脚图

LCD1602采用标准的16脚接口，其中： 第1引脚：GND为电源地 第2引脚：VCC接5V电源正极

第3引脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

第4引脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5引脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6引脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳 变时执行指令。

第7～14引脚：D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：空脚或背灯电源。第15引脚背光正极，第16引脚背光负极。

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4.程序流程图

开始 初始化，设置常量和指针 按键1按下 LCD 调用正弦波输出程序，输出一个周期的正弦波 调用三角波输出程序，输出一个周期的三角波 调用方波输出程序，输出一个周期的方波 按键1按下 LCD N 按键1按下 N LCD 按键1按下 N LCD 调用锯齿波输出程序，输出一个周期的锯齿波 跳转到主程序

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5、Proteus仿真原理图

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6、设计心得体会

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是

对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。

通过这次课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们坚持不懈和合作精神，让我们不断超越自己。课堂上没有见过真正的单片机 ，只是从理论上去理解 ，枯燥乏味，这次的实训 ，让我大开眼界，提高了单片机知识的理解和运用水平 ，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

最后再次感谢老师和同学们的帮助。

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参考文献：

[1] 毅刚，彭喜元. 单片机原理与应用设计. 北京：电子工业出版社.

[2]（美）Richard Blum著；马朝晖等译；汇编语言程序设计 北京：机械工业出版社

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