明德致遠，篤行務(wù)實CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY基于單片機雙通道的多波形發(fā)生器DoubleChannelWaveformGeneratorBasedOnMicrocontroller設(shè)計題目：基于單片機雙通道的多波形發(fā)生器學(xué)生姓名：學(xué)院名稱：專業(yè)名稱：班級名稱：學(xué)號：完成時間：2011年7月6號2011年7月6日明德致遠，篤行務(wù)實組員：基于單片機雙通道的多波形發(fā)生器摘要：利用單片機控制靈活的特點,采用軟件方式實現(xiàn)信號生成，系統(tǒng)采用查表法基本工作原理,使用片內(nèi)ROM波形查詢表實現(xiàn)相幅轉(zhuǎn)換.系統(tǒng)采用80C51單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理,DAC0832實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換,采用撥碼開關(guān)設(shè)置頻率的參數(shù),采用按鍵選取波形。使用LED七段數(shù)碼管作為波形的代號。實現(xiàn)了正弦波、方波、三角波信號生成、幅值和頻率調(diào)節(jié),各種波形信號的參數(shù)控制，根據(jù)按鍵的設(shè)置可以同時輸出兩列波。關(guān)鍵詞：查表法，數(shù)字頻率合成技術(shù)，單片機，可調(diào)波形，雙通道引言信號發(fā)生器輸出的常規(guī)波形，常應(yīng)用于電子電路的性能測試和參數(shù)測量。但常規(guī)的波形發(fā)生器一般是只能同時產(chǎn)生一種可控的波形，為此設(shè)計一種基于單片機控制的信號波形發(fā)生器，以滿足設(shè)計需求。一、設(shè)計方案論述：本課題的設(shè)計方案有四種：（1）采用函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038集成模擬芯片，它是一種可以同時產(chǎn)生方波、三角波、明德致遠，篤行務(wù)實正弦波的專用集成電路。但是這種模塊產(chǎn)生的波形都不是純凈的波形，會寄生一些高次諧波分量，采用其他的措施雖可濾除一些，但不能完全濾除掉。（2）傳統(tǒng)的直接頻率合成技術(shù)(DS)。該類方法能實現(xiàn)快速頻率變換,具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié),導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本昂貴,而且容易產(chǎn)生過多雜散分量。（3）鎖相環(huán)式頻率合成器(PLL)。該類技術(shù)具有良好窄帶跟蹤特性,可選擇所需頻率信號,抑制雜散分量,且省去大量濾波器,有利于集成化和小型化。但由于鎖相環(huán)本身是個惰性環(huán)節(jié),鎖定時間較長,因而頻率轉(zhuǎn)換時間較長,且由模擬方法合成的正弦波的參數(shù)(如幅度、頻率和相位等)都難以定量控制。（4）直接數(shù)字式頻率合成器(DirectDigitalFrequency,DDS)。該類方法具有高頻率穩(wěn)定度、高頻率分辨率以及極短的頻率轉(zhuǎn)換時間。此外,全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成,輸出相位連續(xù),頻率、相位和幅度均可實現(xiàn)程控,而且理論上能夠?qū)崿F(xiàn)任意波形。經(jīng)綜合比較，第四種方法課通過要求的單片機實現(xiàn)程序控制，程序簡單。因此本實驗采用第四種方案二、系統(tǒng)工作原理利用單片機的片內(nèi)ROM存儲所需的信號波形相位幅度值（又稱波形表），根據(jù)外電路的輸入信號利用查表方式查找片內(nèi)ROMA中相應(yīng)地址的相位幅度值。將輸圖1出的八位二進制數(shù)據(jù)進行D/A轉(zhuǎn)換，I/V轉(zhuǎn)換后輸出。根據(jù)正弦信號波形的頻率和相位在波形表中查找相應(yīng)的響應(yīng)點，由于輸出的常規(guī)波形都具有周期性，波形的產(chǎn)生以正弦波為例：因其周期性，因此只需要設(shè)計一個完整的周期，信號的輸出部分采用了D/A轉(zhuǎn)換，因此為了適應(yīng)D/A轉(zhuǎn)換的特征，將正弦函數(shù)波形整體上移，時期最低點的值為0，如上圖1所示。D/A轉(zhuǎn)換的最大輸入值為255，因此對于周期函數(shù)，需要采樣的點數(shù)最多不超過256個，本設(shè)計中采樣點數(shù)設(shè)置為256，相位累加器的數(shù)值由累加器A的值傳送，將A中的值作為偏移相位值，送還到指針，通過指針查找相應(yīng)相位的幅度值，并通過P0口輸出到D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號。系統(tǒng)整體原理框圖如下所示：圖2-1系統(tǒng)原理方框圖鍵盤掃描單片機8051LED數(shù)碼管D/A轉(zhuǎn)換波形輸出明德致遠，篤行務(wù)實三、硬件設(shè)計及原理3.1主控電路設(shè)計單片機是整個波形發(fā)生器的核心部件，本次設(shè)計采用了應(yīng)用廣泛的MCS-51系列的AT89C51單片機。單片機在整個系統(tǒng)中的作用是形成掃描碼，進行鍵值識別、鍵處理、參數(shù)設(shè)置；形成顯示段碼；形成波形的數(shù)字編碼，并輸出到D/A接口電路。撥碼開關(guān)輸入的值為查找一個值的周期，因此通過撥碼開關(guān)實現(xiàn)波形周期的設(shè)置。主控部分及時鐘復(fù)位電路、變頻電路設(shè)計原理圖如圖3.1所示：圖3.13.2D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計D/A部分本設(shè)計采用ADC0832芯片實現(xiàn)，該芯片輸出量是電流值，因此需要通過一個高阻抗的線性運放實現(xiàn)I/V（電流到電壓）轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電壓的輸出。由于本設(shè)計是面向雙通道設(shè)計，所以需采用兩列DA裝換同時輸出AD部分如圖3.2所示明德致遠，篤行務(wù)實圖3.2為實現(xiàn)不同波形的同時產(chǎn)生，軟件實現(xiàn)時采用復(fù)合查表方式。由于查找表輸出的速度很快，因此輸出波形的可以近似成連續(xù)波形，在世博其上顯示的波形則為模擬信號的波形圖。例如為同時輸出正弦波形和三角波形，在執(zhí)行完一次正弦波形查找輸出操作后緊接著又執(zhí)行一次三角波的波形查找操作，由于信號輸出的端口使用的是同一個端口，又要能同時輸出兩種信號波形，因此采用兩個DAC0832芯片通過總線接入到P0口，使用P3.7輸出的信號作為DAC0832的片選信號，為實現(xiàn)該端口的任何一種狀態(tài)均能選擇到一個芯片，因此該端口的信號一個直接接到一個DAC0832的CS端，另一個通過一個反相器接入到另外一個DAC0832的CS端。經(jīng)運放實現(xiàn)I/V轉(zhuǎn)換后的電壓值可以直接輸出到示波器觀察到相應(yīng)的波形情況。3.3鍵盤/顯示接口電路設(shè)計因為本設(shè)計按鍵較少，所以鍵盤采用獨立式鍵盤，一個按鍵對應(yīng)一個IO口，P1.0對應(yīng)輸出方波按鍵，P1.2對應(yīng)輸出三角波按鍵，P1.3對應(yīng)正弦波輸出按鍵，當(dāng)兩個鍵同時按下是，會同時輸出兩列波。顯示部分采用LED顯示，輸出方波時顯示“1”，三角波時顯示“2”,正弦波時顯示“3”.四、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1程序總體設(shè)計程序是本設(shè)計中的重點。單片機的功能與它的程序有很大關(guān)系，本設(shè)計中，為實現(xiàn)輸出三種波形，并且實現(xiàn)同時可以輸出兩列波要使單片機定時向數(shù)模轉(zhuǎn)換器發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的不同將實現(xiàn)不同的波形輸出。大致程序流程圖如4.1：詳細的流程圖如圖4.2圖4.1明德致遠，篤行務(wù)實圖4.24.2鍵盤掃描程序?qū)1口得值送給累加器A，如果有鍵按下，P1的相應(yīng)位為0，否則為1，所以可以根據(jù)判斷P1口得值來分析哪一個鍵按下，具體程序如下：MAIN:MOVA,P1/掃描按鍵SUBBA,#249/當(dāng)SW3和SW2按鍵按下，跳轉(zhuǎn)到REL1，輸出三角波和正弦波JZREL1SUBBA,#1/當(dāng)SW1和SW3按下，跳轉(zhuǎn)到rel2，輸出矩形波和正弦波JZREL2SUBBA,#1/當(dāng)sw3按下，跳轉(zhuǎn)到rel4，只輸出正弦波JZREL4SUBBA,#1/當(dāng)sw1和sw2按鍵按下，跳轉(zhuǎn)到rel3，輸出矩形波和三角波JZREL3SUBBA,#1/當(dāng)sw2按鍵按下，跳轉(zhuǎn)到rel5，只輸出三角波JZREL5SUBBA,#1/當(dāng)sw1按鍵按下，跳轉(zhuǎn)到rel6，只輸出矩形波JZREL6LJMPMAIN4.3波形產(chǎn)生程序明德致遠，篤行務(wù)實為了簡化設(shè)計程序三種波形均采用查找表，以正弦波為例，方波，三角波類似。REL4:MOVA,P1/由于程序較長JZ直接跳轉(zhuǎn)不到相應(yīng)位置，需加一個中間跳轉(zhuǎn)CJNEA,#251,MAINLJMPDAN1DAN1:MOVR0,#00H/當(dāng)sw3按下，跳轉(zhuǎn)到rel4，只輸出正弦波LOOP3:MOVA,P1CJNEA,#251,OVER1MOVA,R0MOVDPTR,#TAB2/TAB2是正弦波的取值表MOVCA,A+DPTRMOVP3,#30HMOVP0,AINCR0MOVP2,#0FFHMOVA,P2CPLAMOVR3,AL304:DECR3CJNER3,#255,L30