多脈沖信號發(fā)生器的軟件設(shè)計案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u11800多脈沖信號發(fā)生器的軟件設(shè)計案例概述 1293031.1系統(tǒng)主程序設(shè)計 1207241.2各模塊程序設(shè)計 2242241.1.1波形發(fā)生程序設(shè)計 2303111.1.2顯示程序設(shè)計 530748第2章仿真調(diào)試與結(jié)果分析 9137072.1仿真調(diào)試 973052.2仿真結(jié)果分析 1053472.2.1顯示模塊實驗仿真結(jié)果 10169662.2.2按鍵模塊實驗仿真結(jié)果 10234172.2.3波形模塊實驗仿真結(jié)果 11158042.2.4總體仿真結(jié)果 1460292.3PCB設(shè)計 161.1系統(tǒng)主程序設(shè)計本設(shè)計采用的是模塊化編程，將每個需要實現(xiàn)的功能進行模塊化。然后，在主程序中調(diào)用子程序。首先，需要對單片機進行初始化，再執(zhí)行主程序。在主程序中，判斷是否有按鍵按下，當檢測的模式按鍵按下后，切換對應(yīng)的波形輸出，當檢測到頻率改變按鍵按下后，改變當前波形的輸出頻率，系統(tǒng)的主程序流程如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖1.2各模塊程序設(shè)計1.1.1波形發(fā)生程序設(shè)計 （1）正弦波：0x80,0x82,0x85,0x88,0x8b,0x8e,0x91,0x94,0x97,0x9a,0x9d,0xa0,0xa3,0xa6,0xa9,0xac,0xaf,0xb2,0xb6,0xb9,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd3,0xd6,0xd1,0xda,0xdd,0xdf,0xe8,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xe4,0xf1,0xf5,0xf4,0xf5,0xf6,0xf2,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xf1,0xf0,0xff,0xff,0xf7,0xf5,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,由于DAc0832是8精度的轉(zhuǎn)換器，其計算如下：QUOTE80×5v/25680×5v/256(即80×LSB)82×LSB……根據(jù)DAC0832的特性將一個周期正弦波數(shù)字量分為256段，將這些數(shù)字量組成數(shù)組再通過循環(huán)就能得到正弦波。具體程序如下：//正弦波voidZXB_wave(unsignedintfreq){ unsignedchari; freq=freq/300; for(i=0;i<255;i++) { P2=SinTab[i]; //delay(); delay_us1(freq); }}（2）方波：單片機將初始數(shù)字量0送入到DAC0832中，先延遲段時間，再將0xff送到其中，再經(jīng)過延遲，通過不斷地循環(huán)就得到了方波。具體程序如下：//方波voidFangbo_wave(unsignedintfreq){ P2=0x00; delay_us(freq); P2=0xff; delay_us(freq);}（3）三角波：單片機將初始數(shù)字量0送入到DAC0832中，一直加1，當數(shù)值到達0xff時，再把DAC0832中的數(shù)字量不斷減1，通過不斷地循環(huán)就得到了三角波。具體程序如下：//三角波voidSANjiaobo_wave(unsignedintfreq){ unsignedchari; freq=freq/500;if(freq>1)freq=freq-1; for(i=0;i<255;i++) { P2=i; delay_us1(freq); } for(i=255;i>0;i--) { P2=i; delay_us1(freq); }}（4）鋸齒波：鋸齒波產(chǎn)生的原理于三角波類似，就是在數(shù)字量輸出最高點直接躍變到最低點，然后通過循環(huán)獲得鋸齒波的輸出。具體程序如下：//鋸齒波voidJUchibo_wave(unsignedintfreq){ unsignedchari; freq=freq/300;for(i=255;i>0;i--) { P2=i; delay_us1(freq); }}波形的輸出主要是控制模塊使AT89C52單片機，用軟件設(shè)計的方法來產(chǎn)生四種波形，調(diào)試程序來控制按下相應(yīng)按鍵實現(xiàn)的功能所輸出的信號。1.1.2顯示程序設(shè)計LCD可以顯示數(shù)字字母，英文等，但是中文字符輸出不了，LCD顯示內(nèi)置了字符發(fā)生器，字符的顯示和代碼是意義對應(yīng)的，并且每一位的顯示都有其對應(yīng)的地址，因此在設(shè)計顯示的程序的時候需要對想顯示的字符和數(shù)字進行UNcode碼對應(yīng)，在一屏顯示的時候需要先將片選信號置低，然后發(fā)送數(shù)據(jù)包，根據(jù)顯示器的相應(yīng)來操作，由于顯示器只能顯示兩行，所以多個數(shù)據(jù)顯示的時候可以進行切換，切換的時候就需要清屏，然后重新發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣通過清屏命令可以實現(xiàn)切換菜單，實現(xiàn)多組信息的顯示。LCD1602功能指令圖如下圖4-2所示：圖4-2LCD1602功能指令圖LCD初始化流程圖如下圖4-3所示。圖4-3LCD1602初始化流程圖其程序如下所示：voidLcdInint() //LCD初始化子程序{ LcdWCom(0x38);//開啟顯示 LcdWCom(0x0c);//開顯示但不顯示光標 LcdWCom(0x06);//寫一個指針加1 LcdWCom(0x01);//清屏 LcdWCom(0x80);//設(shè)置數(shù)據(jù)指針起點}顯示流程圖如圖4-4所示。圖4-4液晶顯示程序流程圖#include"lcd.h"#include"string.h"#include"stdio.h"voidLcdWCom(ucharcom) //LCD寫入命令的子程序{ LCD1602_e=0;//使能端置低電平 LCD1602_rs=0; //選擇發(fā)送命令端 LCD1602_rw=0; //選擇寫入端 LCD1602_Mingling=com;//放入命令 Lcd1602_delay1ms(1); //延時1s保持數(shù)據(jù)穩(wěn)定 LCD1602_e=1; Lcd1602_delay1ms(5); LCD1602_e=0;}voidLcdWData(uchardat) //寫入字節(jié)數(shù)據(jù)的子程序{ LCD1602_e=0; //使能清零 LCD1602_rs=1; //選擇輸入數(shù)據(jù) LCD1602_rw=0; //選擇端置0 LCD1602_Shuju=dat;//寫入數(shù)據(jù) Lcd1602_delay1ms(1); LCD1602_e=1;//使能端置1 Lcd1602_delay1ms(5);//延時5s LCD1602_e=0;}第2章仿真調(diào)試與結(jié)果分析2.1仿真調(diào)試本設(shè)計是在Proteus下進行仿真調(diào)試的，建立的仿真程序，Proteus是可以模擬實際電路的仿真軟件，可以完成數(shù)字電路以及模擬電路的仿真，Proteus7.8版本可以仿真51系列大部分的單片機，在7.8版本后，升級后的Proteus可以仿真STM32等單片機，功能更加強大。本設(shè)計在7.8環(huán)境下對多脈沖信號發(fā)生器進行了仿真分析，根據(jù)本設(shè)計的方案以及硬件電路設(shè)計。繪制了仿真原理圖，仿真原理圖如圖5-1所示。圖5-1仿真原理圖如圖5-1，仿真原理圖包含了單片機的最小系統(tǒng)電路，顯示電路，DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，還有放大電路，為了更好的觀察波形的變換，本設(shè)計利用Proteus自帶的虛擬示波器進行波形觀察，改變按鍵可以切換波形，然后通過頻率的按鍵來實現(xiàn)波形頻率變化，仿真原理圖和電路的設(shè)計完全是一致的，Proteus環(huán)境下，單片機可以同時仿真軟件，這樣在驗證電路設(shè)計的同時也能實現(xiàn)軟件的仿真驗證。2.2仿真結(jié)果分析2.2.1顯示模塊實驗仿真結(jié)果由單片機的最小系統(tǒng)搭配LCD液晶顯示屏組成，為了測試LCD是否能顯示對應(yīng)的字符串，通過程序的編寫了以學號組成的字符組“178111522215”讓顯示器顯示。其主要設(shè)計思路為，先顯示模塊的初始化再確定顯示的位置和顯示的內(nèi)容。如下圖5-2所示。圖5-2顯示實驗仿真結(jié)果實驗結(jié)果：LCD1602成功按照編寫的軟件程序顯示了相應(yīng)的字符。2.2.2按鍵模塊實驗仿真結(jié)果按鍵模塊使用了8個獨立按鍵和LCD1602組成，P1.0~P1.3四個接口控制MODE的切換P1.3~P1.6控制頻率的加減。其主要為了測試按鍵按下是否能改變顯示的結(jié)果，沒有設(shè)置頻率的上線不影響實驗的結(jié)果。按鍵模塊仿真結(jié)果如下圖5-3所示，先在按1下“MODE3”按鍵，“+100HZ”按鍵點擊13下，“+10HZ”按鍵點擊2下。圖5-3按鍵模塊仿真結(jié)果實驗結(jié)果：顯示屏根據(jù)按鍵的按下顯示出相應(yīng)的數(shù)字。八個獨立的按鍵先全部置為低電平，外加的上拉電阻使單片機端口置為高電平，當點擊按鍵時，相應(yīng)的按鍵連接的端口才會變?yōu)榈碗娖?，單片機芯片通過循環(huán)檢測就能判斷按鍵是否有按下。2.2.3波形模塊實驗仿真結(jié)果根據(jù)DAC0832的數(shù)據(jù)手冊只要芯片外接一個運放就可以組成實現(xiàn)波形輸出電路。具體接法如下圖5-4所示。圖5-4DAC0832接線圖其中輸入“+Vref”需要接一個電平接的是5V的參考電壓，“IOUT1”接的是運放的反向輸入端，“IOUT2”接的是運放的同向輸入端?！癛fb”電阻是在DAC芯片的內(nèi)部接在芯片的第九引腳，根據(jù)應(yīng)用手冊提供的輸出電壓計算公式得到相應(yīng)得輸出電壓。將方波波形程序加載到單片機中其結(jié)果如5-5所示。圖5-5方波實驗仿真結(jié)果這里將DAC芯片的DI0~DI7數(shù)據(jù)輸入引腳接到單片機的P1端。其中“CS”片選引腳置低電平芯片才能正常輸出電壓，查看應(yīng)用手冊將芯片的控制引腳都接上有效的電平信號。根據(jù)實驗實現(xiàn)了方波的輸出，但得到的波形并不穩(wěn)定，需要外接電路的除雜降噪處理。將三角波波形程序加載到單片機中其結(jié)果如5-6所示：圖5-6三角波實驗仿真結(jié)果實驗現(xiàn)象：將波形放大可以看到輸出的三角波是由一個個階梯波連接而成與DAC0832輸出信號的原理符合。從第一個波形幅值最低點到下一個最低點為一個周期，一般通過調(diào)節(jié)延時的時間可以改變其時間周期。DAC將輸出電壓分為256份，一份的電壓值對應(yīng)的一位的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)位的模擬量。將鋸齒波波形程序加載到單片機中其，結(jié)果如5-7所示。圖5-7鋸齒波實驗仿真結(jié)果實驗現(xiàn)象：矩形波輸出與三角波的輸出結(jié)果相似。修改了相應(yīng)的軟件部分，當輸出波形到達最高值直接斷崖式的回歸到最低值。將正弦波波形程序加載到單片機中其，結(jié)果如5-8所示：圖5-8正弦波實驗仿真結(jié)果由實驗結(jié)果可知輸出的波形信號不經(jīng)過調(diào)理放大電路的調(diào)制，波形的輸出不穩(wěn)定出現(xiàn)失真現(xiàn)象。因只考慮波形能否正常的輸出由于直放置了一個運放，其輸出波形是以X軸為中心線對稱的。2.2.4總體仿真結(jié)果單片機加載完成hex文件時候，啟動仿真，首先對正弦波的仿真結(jié)果進行測試，根據(jù)示波器的信號輸出，測試結(jié)果如圖5-9所示。圖5-9正弦波仿真結(jié)果如圖5-9，通過示波器的觀察，我們可以看到，本設(shè)計的輸出的正弦波脈沖信號波形比較理想，符合設(shè)計要求。然后通過按鍵切換波形，對三角波的波形進行測試，測試結(jié)果如圖5-10所示。圖5-10f=400Hz三角波仿真結(jié)果如圖5-10，三角波的仿真結(jié)果中，輸出頻率為400Hz，通過改變按鍵選擇波形，調(diào)整三角波的輸出頻率，仿真結(jié)果如圖5-11所示。圖5-11f=500Hz三角波仿真結(jié)果通過改變頻率的按鍵，我們可以看到，三角波的輸出會有一個變換過程，變換之后頻率也改變了，符合設(shè)計要求。之后對鋸齒波進行仿真測試，鋸齒波的測試放著結(jié)果如圖5-12所示。圖5-12f=500Hz鋸齒波仿真結(jié)果如圖5-12，通過示波器可以看到，鋸齒波的頻率為500Hz，輸出的波形符合設(shè)計要求，并且波形比較好。最后是對方波的信號進行仿真，方波相對于其他波形來說，比較好生成，方波的仿真結(jié)果如圖5-13所示。圖5-13f=500Hz方波仿真結(jié)果2.3PCB設(shè)計關(guān)于PCB的設(shè)計這里用的是AD18，AD是一款用于3DPCB設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的設(shè)計軟件。AD作為現(xiàn)在常用的電子設(shè)計的工具使用，主要由PCBlayout、FPGA設(shè)計、嵌入式開發(fā)三大核心模塊組成。其軟件具有的操作簡單、展示直觀、方便的優(yōu)點深受各類用戶稱贊。在AD18版本中加強了PCB布線的功能，讓用戶能更加流暢的完成工作，對于學習PCB板設(shè)計提供了良好的環(huán)境。圖5-14電路原理圖原理圖如上圖5-14所示，首先根據(jù)仿真電路繪制原理圖。其主要由最小單片機系統(tǒng)、DC電源接口、顯示模塊和調(diào)理電路構(gòu)成。當我們添加完元器件的封裝和檢測電路圖沒有報錯后就可以導入到PCB中。首先先介紹其主要元器件，如下表5-15所示。表5-15主要元器件清單序號元件標號元件名稱數(shù)量1S1,S3,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9輕觸按鍵92S10自鎖開關(guān)1