單片機(jī)課程設(shè)計(jì)--- 三角波發(fā)生器

1、<p>　　編號(hào)： 五 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</b></p><p>　　課 題： 三角波發(fā)生器 </p><p>　　院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　題目類型：理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)</p><p>　　2009 年 12月 17 日</p>

3、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄2</b></p><p><b>　　前言3</b></p><p>　　第一章 系統(tǒng)概述4</p><p>　　第二章 單元電路設(shè)計(jì)與仿真4</p><p>　　

4、1)單片機(jī)核心的選擇4</p><p>　　2)DAC0832的接口設(shè)計(jì)5</p><p>　　3)按鍵輸入的響應(yīng)與頻率調(diào)節(jié)6</p><p>　　4)其實(shí)器件的選擇與說明7</p><p>　　5)電路仿真與原理驗(yàn)證7</p><p>　　第三章 電路安裝與調(diào)試7</p><

5、p><b>　　第四章 結(jié)束語(yǔ)8</b></p><p><b>　　第五章 附件8</b></p><p><b>　　1)元件清單8</b></p><p>　　2)電路原理圖（見附頁(yè)）8</p><p>　　3)PCB布線圖（見附頁(yè)）8</p&

6、gt;<p>　　第六章 參考文獻(xiàn)8</p><p><b>　　第七章 鳴謝9</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)要求是設(shè)計(jì)一臺(tái)三角波發(fā)生器，其頻率范圍是1~100Hz。設(shè)計(jì)基本思路是以AT89S51為控制核心并用DAC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換達(dá)到，再通過LM

7、358放大器放大信號(hào)輸出。</p><p>　　在確定了設(shè)計(jì)的基本思路后，我們首先對(duì)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》和《微機(jī)原理與接口技術(shù)》這兩門課程的內(nèi)容進(jìn)行了復(fù)習(xí)。然后再上網(wǎng)和到圖書館查找資料，弄清了AT89S51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。并通過與老師溝通逐步弄清楚了AT89S51單片機(jī)的復(fù)位電路、上電啟動(dòng)等基本原理，并成功試用出一塊用于接下來實(shí)驗(yàn)的51單片機(jī)最小系統(tǒng)板，驗(yàn)證了一些簡(jiǎn)單的IO端口讀寫操作，為接下來的制作

8、做好充分的準(zhǔn)備。</p><p>　　因?yàn)樵谏蠈W(xué)期所學(xué)的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》中有相關(guān)的DAC0832的信息，于是我們參考了《單片機(jī)原理及應(yīng)用》和《微機(jī)原理與接口技術(shù)》這兩本教材上的相關(guān)內(nèi)容后逐步弄清了外圍電路的接法和控制字內(nèi)容等。最后再經(jīng)過向其他同學(xué)和老師請(qǐng)教，最后也完全搞清楚了DAC0832的單緩沖與雙緩沖兩種工作方式。按照課程設(shè)計(jì)的要求，我們選擇了單緩沖工作方式。</p><p>　

9、　因?yàn)镈AC0832為電流輸出型DA轉(zhuǎn)換芯片，因此要在輸出端多接一片運(yùn)算放大器以將電流輸出轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓輸出。而運(yùn)算放大器的選型是我們以前不曾遇到過的。通過復(fù)習(xí)《電工學(xué)》中運(yùn)算放大器的基本知識(shí)、上網(wǎng)查詢器件型號(hào)，我們終于選定LM358作為末級(jí)輸出的運(yùn)算放大器。</p><p>　　由于PROTEUS可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。所以在器件型號(hào)選好

10、之后，我們?cè)赑ROTEUS仿真平臺(tái)中搭建了所需的模擬電路。</p><p>　　C語(yǔ)言與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。所以程序的編寫我們采用C語(yǔ)言編寫，并采用了Keil C軟件進(jìn)行程序的編寫。因?yàn)镵eil C軟件是兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。再將程序?qū)隤ROTEUS經(jīng)過一番調(diào)試，最終PROTEUS中的虛擬示波器顯示出了我們想要的波形。</p>&

11、lt;p>　　最后，我們?cè)贏ltium Designer6.7環(huán)境下繪制了電路原理圖、生成了PCB與布線圖。再將PCB布線打印熱轉(zhuǎn)印圖樣，并將其印到銅板上，再按圖對(duì)銅板腐蝕、鉆孔，將AT89S51、電阻、電容、LED燈等焊接到電路板上就得到所要求的實(shí)物板</p><p><b>　　系統(tǒng)概述</b></p><p>　　任務(wù)要求:1、用DAC0832設(shè)計(jì)一個(gè)三角

12、波發(fā)生器。</p><p>　　2、三角波的頻率為 1Hz — 100Hz。 </p><p>　　3、可以用 “＋”和“—”鍵來改變波形的頻率。</p><p>　　本設(shè)計(jì)原理分塊框圖如下</p><p>　　該設(shè)計(jì)是一臺(tái)三角波發(fā)生器，其頻率范圍是1~100Hz。設(shè)計(jì)基本思路是以AT89S51為控制核心并用DAC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換達(dá)到，再

13、通過LM358放大器放大信號(hào)輸出。</p><p><b>　　單元電路設(shè)計(jì)與仿真</b></p><p><b>　　單片機(jī)核心的選擇</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中使用的是通用兼容型的AT89S51單片機(jī)，是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programm

14、able)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元。 其PDIP封裝方式的引腳圖如下 </p><p>　　AT89S51只要接好外圍復(fù)位電路、晶體振蕩電路與EA引腳，單片機(jī)即可開始工作。并復(fù)位程序

15、指針從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的第一行開始運(yùn)行程序。因此選用1K、10K電阻和22uF電容各一枚，12M晶振一顆構(gòu)成復(fù)位與振蕩電路。經(jīng)計(jì)算，在12M晶振產(chǎn)生振蕩信號(hào)的情況下，單片機(jī)每時(shí)鐘周期為一微秒。記錄此數(shù)據(jù)備以后計(jì)算。</p><p>　　DAC0832的接口設(shè)計(jì)</p><p>　　DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容

16、易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。其芯片圖如下</p><p>　　DAC0832由兩級(jí)數(shù)據(jù)緩沖器和D/A轉(zhuǎn)換器組成，第一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖器稱為輸入寄存器，第二級(jí)稱為DAC寄存器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p>　　可以看出，對(duì)其控制腳CS、WR1,WR2,XFER的接線方法不同可有不同的通信方法

17、。本設(shè)計(jì)采用《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課本第157頁(yè)圖8-22的接法，即WR1與WR2合并后接單片機(jī)的WR、CS與XFER并接后接單片機(jī)的P2.7腳（詳細(xì)接線圖見電路原理圖）。這樣就把DAC0832作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接入單片機(jī)中。經(jīng)過計(jì)算，DAC0832的接口地址為0x7FFF。此地址記下備用。</p><p>　　按照此接些方法，在Keil C中對(duì)0832的寫操作用如下語(yǔ)句完成。</p><p&g

18、t;　　XBYTE[0x7fff]＝value；</p><p>　　以上為C51中對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的標(biāo)準(zhǔn)讀指令。</p><p>　　為產(chǎn)生一定頻率的三角波，使用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)、計(jì)數(shù)器0,并通過設(shè)置TMOD使其工作在定時(shí)方式下。以產(chǎn)生1Hz的三角波為例，由于0832為八位DA，從全零輸出到全一輸出共有256步。因?yàn)榘?秒分成256份，每份進(jìn)一步。即1秒鐘產(chǎn)生256次中斷。</p&

19、gt;<p>　　則中斷初始值的計(jì)算為：</p><p>　　content=65536-1.0/key/256*1000000;</p><p>　　此為單片機(jī)時(shí)鐘周期為1us，輸出頻率值key＝1Hz的計(jì)算語(yǔ)句。</p><p>　　然后將初值content裝入定時(shí)、計(jì)數(shù)器0的高位與低位。用以下語(yǔ)句：</p><p>　　T

20、H0=content/256;</p><p>　　TL0=content%256;</p><p>　　就完成了對(duì)DAC0832的控制。</p><p><b>　　中斷處理子程序?yàn)椋?lt;/b></p><p>　　void output() interrupt 1</p><p><b&g

21、t;　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(button==0) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(down==1) {while(button==0);down=0;key++;if(key=

22、=101)key=1;} else down=1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(button1==0)</p><p>　　{ if(down1==1){while(button1==0);down1=0;key--;if(key==0)key=100;}else down1=1;</p>

23、<p><b>　　}</b></p><p>　　content=65536-1.0/key/256*1000000;</p><p><b>　　P1=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　按鍵輸入的響應(yīng)與頻率調(diào)節(jié)</p

24、><p>　　課程設(shè)計(jì)題目要求對(duì)按鍵的輸入有響應(yīng)，輸出的頻率以每次按鍵1Hz的速度改變。為此在單片機(jī)系統(tǒng)中增加兩個(gè)按鍵，并接入P3端口的兩個(gè)閑置引腳作為輸入。</p><p>　　在Keil C中編寫按鍵響應(yīng)程序如下：</p><p>　　void output() interrupt 1</p><p><b>　　{</b&g

25、t;</p><p>　　if(summit==0) {i++;if(i==255) summit=1;} else {i--;if(i==0) summit=0;}</p><p>　　XBYTE[0x7fff]=i;</p><p>　　TH0=content/256;</p><p>　　TL0=content%256;</p&g

26、t;<p>　　}其中button、button1為按鍵接入口的位定義。本設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的按鍵防抖方法不用，用了一種新的方法，即通過按鍵抬起時(shí)判斷該鍵是否曾經(jīng)按下來進(jìn)行防抖，更高效而可靠。</p><p>　　按鍵判斷的結(jié)果通過全局變量key傳遞到中斷處理程序中，改變定時(shí)器的初始值，進(jìn)而達(dá)到改變輸出頻率的目的。</p><p>　　其它器件的選擇與說明</p>&l

27、t;p>　　DAC0832末級(jí)的運(yùn)算放大器選擇為L(zhǎng)M358,因?yàn)樗糯蟊稊?shù)大，價(jià)格低廉。</p><p>　　發(fā)光LED一枚，作為電源指示燈。與LED配套的</p><p>　　300歐電阻一顆，作為限流電阻用。</p><p>　　插座，插針若干，作用電源輸入與輸出的接口</p><p><b>　　電路仿真與原理驗(yàn)證<

28、;/b></p><p>　　用Proteus仿真軟件搭建所設(shè)計(jì)的電路，其圖如下：</p><p>　　紅框部分為對(duì)out輸出口進(jìn)行圖表邏輯仿真的輸出圖形，三角清晰，時(shí)序正常。</p><p>　　按動(dòng)按鍵再用示波器觀察頻率改變情況，令人滿意，原理通過。</p><p><b>　　電路安裝與調(diào)試</b></

29、p><p>　　1、將所繪制好的PCB布線打印熱轉(zhuǎn)印圖樣，并將其印到銅板上，再按圖對(duì)銅板腐蝕、鉆孔，將AT89S51、電阻、電容、LED燈等焊接到電路板上就得到所要求的實(shí)物板。</p><p>　　2、上電寫入端口簡(jiǎn)單讀寫程序后用萬用表測(cè)量輸出情況正常，表明單片機(jī)最小系統(tǒng)正常工作。將編譯好的hex文件寫入，通電接示波器測(cè)試，得到圖示圖形。按動(dòng)按鍵頻率改變正常，達(dá)到設(shè)計(jì)效果。</p>

30、<p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)使我們更深入透徹的理解了單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)，鞏固了上課的知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)了我們對(duì)單片機(jī)制作的濃厚興趣。增強(qiáng)了實(shí)踐動(dòng)手能力，在課設(shè)過程中遇到了很多困難，如Proteus軟件的學(xué)習(xí)、銅板的印制等。后來在老師的講解及查閱相關(guān)資料后，問題都迎刃而解。在此特別感謝xx老師!</p><p><

31、;b>　　附件</b></p><p><b>　　元件清單</b></p><p>　　電路原理圖（見附頁(yè)）</p><p>　　PCB布線圖（見附頁(yè)）</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1?白駒珩?單片計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用?電子