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函数波形发生器


Nanhua University

课程设计(论文) 课程设计(论文)



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函数波形发生器

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/>2007 年 12 月 30 日

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前言
当今世界在以电子信息技术为前提下推动了社会跨跃式的进步, 科学技术的 飞速发展日新月异带动了各国生产力的大规模提高。 由此可见科技已成为各国竞 争的核心,尤其是电子信息技术更显得尤为重要,在国民生产各部门电子信息技 术得到了广泛的应用。 漫步在繁华的现代化的大都市的大街上, 随时都可以看到街上有很多可以用 卡取钱的机器(ATM 自动柜机),十字路口的交通灯。我们的手机,我们家里数码 电视机、数码音响、遥控器、空调、智能玩具..... 这些“高科技”看上去是如此的 神秘,它到底是怎样构成的,它是通过什么样的程序和什么样的方式来完成这一 系列指令的呢?让我们取钱更方便、 避免城市的交通混乱和交通阻塞……给我们 生活带来了处处方便。其实这也是用单片机来控制的,单片机在我们生活中触手 可及, 它是如此地贴近我们的生活, 单片机给我们的生活带来的有如此多的便利。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域, 几乎很难找到哪个领域没有单片机 的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传 输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能 IC 卡,民用 豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩 具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智 能仪表、医疗器械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用 与智能化控制的科学家、工程师。科技越发达,智能化的东西就越多,使用的单 片机就越多。看来学单片机是社会发展的需求。 据统计,我国的单片机年容量已达 1-3 亿片,且每年以大约 16%的速度增 长,但相对于世界市场我国的占有率还不到 1%。特别是沿海地区的玩具厂等生 产产品多数用到单片,并不断地辐射向内地, 这说明单片机应用在我国才刚刚起 步,有着广阔的前景。培养单片机应用人才,特别是在工程技术人员中普及单片 机知识有着重要的现实意义

编 者 2007 年 12 月

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目录
一、 二、 三、 设计目的……………………………………………………………….1 设计要求……………………………………………………………….1 背景知识……………………………………………………………….1 1、DAC0832 的引脚及功能……………………………………………1 2、DAC0832 三种数据输入方式…… 四、 五、 ………………………………3

硬件原理........................................................................................4 软件实现........................................................................................5 1、主程序......................................................................................7 2、输出方波子程序……………………………………………………8 3、输出三角波子程序…………………………………………………8 4、输出锯齿波子程序…………………………………………………8 5、输出正弦波子程序…………………………………………………9

六、 七、

心得体会………………………………………………………………..10 参考文献………………………………………………………………..10

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一、 设计目的
掌握 8 位 D/A 转换器 DAC0832 与单片机的接口技术及编程方法。

二、 设计要求
用单片机与 DAC0832 构成的波形发生器,可产生方波、三角波、锯齿波、正弦 波等多种波形,波形的周期可用程序改变,并可根据需要选择单极性输出或双极 性输出,具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。

三、 背景知识
8 位 D/A 转换器 DAC0832 简介: DAC0832 当今世界在以电子信是 8 位分辨率的 D/A 转换集成芯片,与微处理 器完全兼容,这个系列的芯片 以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点, 在单片机应用系统中得到了广泛的应用。这类 D/A 转换器由 8 位输入锁存器,8 位 DAC 寄存器,8 位 DA 转换电路及转换控制电路构成。 1、DAC0832 的引脚及功能: DAC0832 芯片是一种具有两个输入数据寄存器的 8 位 DAC, 它能直接与 MCS51 单片机接口,其主要特性参数如下: ·分辨率为 8 位; ·电流稳定时间 1us; ·可单缓冲、双缓冲或直接数字输入; ·只需在满量程和下调整其线性度; ·单一电源供电(+5V~+15V);

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·低功耗,200mW。 为便于 DAC0832 的使用,特将其应用特性总结如下: ·DAC0832 是微处理器兼容型 D/A 转换器,可以充分利用微处理器的控制能力实 现对 D/A 转换的控制。这种芯片有许多控制引脚,可以和微处理器控制线相连, 接受微处理器的控制,如 ILE、/CS、/WR1、/WR2、/XFER 端。 ·有两级锁存控制功能,能够实现多通道 D/A 的同步转换输出。 ·DAC0832 内部无参考电压源;须外接参考电压源。 ·DAC0832 为电流输入型 D/A 转换器,要获得模拟电压输出时,需要外加转换电 路。 DAC0832 的引脚图及逻辑结构如下图:



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DAC0832 结构框图及引脚排列

DAC0832 各引脚的功能如下:

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DI0~DI7: 数据输入线。

ILE : 数据允许锁存信号,高电平有效;
/CS: 输入寄存器选择信号,低电平有效。/WR1 为输入寄存器的写选通信号。 输入寄存器的锁存信号/LE1 由 ILE 、/CS、/WR1 的逻辑组合产生。当 ILE 为高电 平、/CS 为低电平、/WR1 输入负脉冲时,在/LE1 产生正脉冲;/LE1 为高电平, 输入锁存器的状态随数据输入线的状态变化,/LE1 的负跳变将数据线上的信息 锁入输入寄存器。 /XFER: 数据传送信号,低电平有效。/WR2 为 DAC 寄存器的写选通信号。DAC 寄 存器的锁存信号/LE2,由/XEFR、/WR2 的逻辑组合产生。当/XFER 为低电平,/WR2 输入负脉冲,则在/LE2 产生正脉冲;/LE2 为高电平是时,DAC 寄存器的输出和 输入寄存器的状态一致,/LE2 负跳变,输入寄存器的内容打入 DAC 寄存器。

VREF : 基准电源输入引脚 。 Rfb : 反馈信号输入引脚,反馈电阻在芯片内部。 IOUT1、IOUT2 : 电流输出引脚。电流 IOUT1、IOUT2 的和为常数,IOUT1、IOUT2
随 DAC 寄存器的内容线性变化。 VCC: 电源输入引脚。 AGND: 模拟信号地 DGND: 数字地。 2、DAC0832 三种数据输入方式: (1)双缓冲方式:即数据经过双重缓冲后再送入 D/A 转换电路,执行两次 写操作才能完成一次 D/A 转换。这种方式可在 D/A 转换的同时,进行下一个数 据的输入,可提高转换速率。更为重要的是,这种方式特别适用于要求同时输出
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多个模拟量的场合。此时,要用多片 DAC0832 组成模拟输出系统,每片对应一个 模拟量。 (2)单缓冲方式:不需要多个模拟量同时输出时,可采用此种方式。此时 两个寄存器之一处于直通状态,输入数据只经过一级缓冲送入 D/A 转换电路。 这种方式只需执行一次写操作,即可完成 D/A 转换。 (3) 直通方式: 此时两个寄存器均处于直通状态, 因此要将 和 、 、

端都接数字地,ILE 接高电平,使 LE1、LE2 均为高电平,致使两个锁存寄

存器同时处于放行直通状态,数据直接送入 D/A 转换电路进行 D/A 转换。这种 方式可用于一些不采用微机的控制系统中或其他不须 0832 缓冲数据的情况。

四、硬件原理
波形的产生是通过 8751 执行某一波形发生程序,向 D/A 转换器的输入端按 一定的规律发生数据,从而在 D/A 转换电路的输出端得到相应的电压波形。 8751 组成单片机的最小系统有三种联接方式。一种是两级缓冲器型,即输 入数据经过两级缓冲器型,即输入数据经过两级缓冲器后,送 D/A 转换电路。第 二种是单级缓冲器型,输入数据经输入寄存器直接送入 DAC 寄存器,然后送 D/A 转换电路。第三种是两个缓冲器直通,输入数据直接送 D/A 转换电路进行转换。 本电路直通联接方式,即 WR1、WR2、CS 和 XFER 接地,ILE 和 VCC 接+5V 电源, 8751 的数据输出线直接与 DAC0832 的数字输入端相连。 转换电路可采用单极 D/A 性输出,也可采用双极性输出。本线路采用双极性输出,即经过两个运算放大器 F032 后输出电压 UOUT。输入数字量与输出电压的关系如表所示。

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表一:输入数字量与输出电压的关系 输入码 MSB 1 1 1 0 0 0 LSB 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 模拟输出电压 UOUT +|Vref| |Vref|-1LSB |Vref|/2 0 -1LSB -|Vref|/2-1LSB -|Vref|

从表中可看出,当输入数字量 D=00H 时,输出电压 UOUT=-VREF;当 D=80H 时,
UOUT = VREF ? 1 VREF ≈ VREF 128 。可见波形的最大幅值由 D/A

UOUT=0;当 D=FFH 时,

的参考电压 VREF 决定。 8751 的 P1 口接一转换开关 K,通过软件编程来选择各种波形,其中电阻 R1~R8 的作用是保证转换开关的各浮空节点为“0” 。P3 口用来驱动一组发光二极 管,每种波形对应一个发光二极管作为波形的指示器。

五、软件实现
系统软件由主程序和产生波形的子程序组成, 软件设计主要是产生各种波形 的子程序的编程,通过编程可得到各种波形。周期的改变可采用插入延时子程序 的方法来实现。主程序和几种常用波形子程序的流程图如图所示。

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图 3 锯齿波发生子程序流程图

图 4 三角波发生子程序流程图

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图 5 方波发生子程序流程图

图 6 正弦波发生子程序流程图

设波形选择开关状态为:P1.0=1 选择方波;P1.1=1 选择三角波;P1.2=1 选 择锯齿波;P1.3=1 选择正弦波 设 P3.0 控制方波 LED 指示灯;P3.1 控制三角波 LED 指示灯;P3.2 控制锯齿 波 LED 指示灯; P3.3 控制正弦波 LED 指示灯。(见附图) 1、主程序: ORG 0000H A ,#00H P3, A A ,P1 ;令波形指示灯 LED 熄 ;读波形选择开关状态 ;P1.0=1 调方波子程序:SQUW ;方波指示灯 LED 亮 ;调生成方波子程序:SQUW ;P1.1=1 调三角波子程序:TRIAN ;三角波指示灯 LED 亮 ;调生成三角波子程序:TRIAN ;P1.2=1 调锯齿波子程序:SANTOO ;锯齿波指示灯 LED 亮

Start: MOV MOV Begin:MOV

CJNE A ,#01H ,Sanjo MOV LCALL P3,#01H SQUW

Sanjo:CJNE A ,#02H ,Juchi MOV LCALL P3,#02H TRIAN

Juchi:CJNE A ,#04H ,Zhexi MOV P3,#04H

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LCALL

SANTOO

;调生成锯齿波子程序:SANTOO ;P1.3=1 调正弦波子程序:SINE ;正弦波指示灯 LED 亮 ;调生成正弦波子程序:SINE

Zhexi:CJNE A ,#08H ,Back MOV LCALL Back :LJMP P3,#08H SINE Begin

2、输出方波子程序:SQUN SQUN:MOV MOV LACLL MOV MOV LACLL RET A ,#0FFH P0,A Delay A ,#00H P0,A Delay ;输出另一个幅度的方波 ;调 250ms 延时子程序:Delay ;返回主程序 ;输出一个幅度的方波 ;调 250ms 延时子程序:Delay

250ms 延时子程序(单片机晶振 6MHZ) Delay: MOV Dely1: MOV R2, #0F5H R1, #0FFH

Dely2: DJNZ R1, Dely2 DJNZ R2, Dely1 RET 3、输出三角波子程序:TRIAN TRIAN :MOV UP: MOV INC A JNZ UP DOWN: DEC A MOV P0,A A ,#00H P0,A

JNZ DOWN RET 4、输出锯齿波子程序:SANTOO

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SANTOO:

MOV

A ,#00H P0,A ; P0,A

LLOOP: MOV LLOOP1 INC A MOV

CJNE A,FFH LLOOP1 RET 5、输出正弦波子程序:SINE SINE: LOOP: MOV DPTR,#sinTab CLR MOVC CJNE RET LOOP1: MOV P0,A INC DPTR AJMP LOOP sinTab:DB 128,132,137,141,146,150,154,159,163,167 DB 171,176,180,184,188,191,195,199,203,206 DB 210,213,216,219,222,225,228,231,233,236 DB 238,240,242,244,246,247,249,250,251,252 DB 253,254,254,255,255,255,255,255,254,254 DB 253,252,251,250,249,247,246,244,242,240 DB 238,236,233,231,228,225,222,219,216,213 DB 210,206,203,198,195,192,188,184,180,176 DB 172,167,163,159,155,150,146,141,137,133 DB 128,124,119,115,111,106,102,97,93,89,85 DB 81,77,73,69,65,61,57,54,50,47,43,40,37 DB 34,31,28,25,23,20,18,16,14,12,10,9,7 DB 6,5,4,3,2,2,1,1,1,1,1,2,2,3,4,5,6 DB 7,9,10,12,14,16,18,20,23,25,28,30,33,36 A A,@A+DPTR A,#129,LOOP1

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DB 40,43,46,50,53,57,60,64,68,72,76,80,84 DB 88,93,97,101,106,110,114,119,123,128,129

六、心得体会
在本次单片机课程设计中, 无论是在程序设计方面还是实践动手能力都得到 了一个非常大的锻炼, 并对硬件知识的了解以及安装调试能力也得到了一个很大 的提升。 通过这次课程设计,也非常的清楚的认识了这门课程的重要性,也意识到了 自己在程序设计方面的薄弱性。 希望在以后的学习和工作中能进一部的加强自己 专业素质和实践动手能力, 并在单片机程序设计语言方面要实现从汇编语言到 C 语言的跳转。

七、参考文献
[1]赵国相,于秀峰.微型计算机原理及接口技术. 北京:科学出版社,2004.4 [2]张有德,赵志英,涂时亮.单片微型机原理、应用与实验.上海:复旦大学出版 社,1994.6

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