74 基于单片机的函数波形发生器设计.ppt
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1、现代电子技术工程设计与实践,7.4 基于单片机的函数波形发生器设计,7.4.1 设计(实习)任务7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真7.4.3 电路PCB的设计与制作7.4.4 单片机函数信号发生器的程序下载和测试,现代电子技术工程设计与实践,7.4.1 设计(实习)任务,1.设计(实习)目的 通过一个单片机应用系统设计,熟悉利用Keil软件编写编译C51源程序,会应用Proteus进行单片机系统的仿真,熟悉使用ProtelDXP软件设计PCB电路。学习实物电路的制作装配、调试技术。学习利用万用表、示波器、信号源、电源等设备调试硬件、软件的方法。培养学生在单元电路设计、系统
2、电路分析、整机联调、计算机辅助设计和信息处理等方面的综合能力。培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.1 设计(实习)任务,2.设计(实习)要求 以AT89S52单片机和DA转换器为核心,设计并制作一个多种波形的低频函数信号发生器,要求频率可调,可以产生方波、正弦波、三角波、锯齿波等多种波形,通过按键指定波形种类和频率增减,在数码管上显示频率值及波形种类。电路的原理框图如图7-38所示:,现代电子技术工程设计与实践,7.4.1 设计(实习)任务,图7-38函数信号发生器原理框图,现代电子技术工程设计与实践,7.4.1 设计(实习)任务,3.设计(实习
3、)步骤(1)明确系统设计任务和要求 对设计任务分析,了解性能、指标、内容及要求,充分理解题目的要求、每项指标的含义,这是完成综合设计的前提。(2)制订方案与构建总体框图 对同一个题目,实现的方案可能是多种,实现的途径和技术路线也可能是多方面的。可以将不同的方案与途径加以对比。从中选择一种方案来实现。选择的原则一般是“容易实现,设计巧妙,性价比高”。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.1 设计(实习)任务,一旦方案选定,就着手构建总体框图,将系统分解成若干模块,明确每个模块的大体内容和任务、各模块之间的连接关系以及信号在各模块之间的流向等等。总体方案与框图十分重要,有了总体方案与框图,再将总体
4、指标分配给各个模块,指挥与协调各模块的工作,以达到总体项目的设计要求。(3)查找资料、选取核心芯片、设计单元电路、计算参数。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.1 设计(实习)任务,器件尽量选用常见的、通用性好、价格相对低廉、手头有的或容易买到的。在元器件选用中,必须注意以下方面:电源电压范围;是单电源供电还是双电源供电;元器件的主要指标,不外乎是速度和精度两方面;元器件之间的电平匹配等。(推荐主要器件:单片机AT89S52、DAC0832、LM324、四位一体阳数码管、三极管9012)单元电路设计:要注意考虑前后级的关系。各元件参数计算:电路电压、电流、阻抗、功率和标称值。注意:尽量采用典
5、型电路和成熟方案不需要每个R、C都自己算。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.1 设计(实习)任务,(4)编写程序,利用KEIL C51编译程序,用Proteus构建电路,进行系统仿真及程序测试。(5)用PROTEL设计PCB用Protel画出原理图、设计PCB(也可以用Proteus导出的网表导入ProtelDXP)、要布局合理、美观、整齐。(6)制作PCB电路板(7)装配及焊接,注意器件极性,引脚顺序。(8)通电前先检查:先看连接是否错误,电源是否正常。然后再通电检查,加入正常电压,观察电路有无异常。如遇打火、冒烟、高热等异常情况应立即断电检查。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.1
6、设计(实习)任务,(9)下载、调试 按顺序调试显示模块、键盘模块、输入模块、输出模块的功能。要充分利用电子仪器来观察波形,利用信号源或其他实验仪器判断各单元电路的工作状态,测量数据,发现问题,解决问题,以达到最终的目的。在系统电路板上调试完整的程序,记录实验数据。从最前端到末级进行统调,检查各级动态信号工作情况,分析是否满足设计要求。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.1 设计(实习)任务,故障诊断与排除方法:信号寻迹,逐级检查;分割测试,切断电路间的相互联系,查找原因;对比测试,相同电路对比;用已知正常的电路、器件代替怀疑的电路;静态测试法,确定单一故障元件;动态测试法,观察动态工作情况。
7、(10)验收设计作品 演示各项指标,回答老师提问,评定实验(实习)成绩。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.1 设计(实习)任务,(11)撰写设计(实习)报告 按(实习)报告模板整理设计文档:比较和选定设计的系统方案,画出系统方框图;单元电路设计、参数计算和器件选择;画出完整的电路图,并说明工作原理;组装调试内容(主要调试仪器、调试方法技巧、测试数据与分析、故障以及排除方法);总结方案优缺点,指出实用价值并提出改进方案。附上所有测试数据和曲线等等;总结分析实验中发生的现象,遇到的问题和解决方法。分析系统中存在的不足和改进方法。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数
8、信号发生器设计与仿真,1.模块电路的设计 参照前面章节的内容,选取了实验室推荐主要器件:单片机AT89S52、DAC0832、LM324、四位一体共阳极数码管、三极管9012,进行系统模块电路的设计。(1)按键接口及电源指示电路 如图7-39用三个按键实现波形的切换和控制:S1实现波形的切换,S2实现频率的增加,S3实现频率的减小。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,图 7-39 按键接口电路,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,(2)单片机最小系统及ISP下载接口电路 AT89S52单片机支
9、持ISP技术,要用到其P1.5、P1.6、P1.7和复位端。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,图7-40 单片机最小系统,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,(3)数码显示模块 电路如图7-41所示,数码显示电路采用共阳极四位一体数码管设计实现,在公共端增加三极管构成反相驱动电路。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,图7-41 数码显示电路,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,(4)D/A转
10、换及信号放大电路 D/A转换电路采用DAC0832直通连接方式实现,运放采用LM324,后级构成电压跟随器,C3和C6构成滤波电路。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,图7-42 DA 转换及信号放大电路,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,2.函数波形发生器的软件设计与Proteus仿真(1)软件设计主要思路:通过三个按键来完成波形的切换和频率的调整,按键1完成波形的切换,按键2完成频率的增加,按键3完成频
11、率的减少。对方波主要采用交替输出0和255给DAC0832来实现;对锯齿波和三角波采用加减计数(0-255)输出给DAC0832来实现;,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,对正弦波采用查表输出的方式,存储一个四分之一周期,64点的正弦表查表输出实现。(2)应用Proteus完成函数波形发生电路的设计如图7-43所示:,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,图7-43 函数信号发生器仿真电路,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,(3)在Keil C
12、下编写程序代码如下,用Keil编译并生成Hex文件后,把Hex文件导入单片机中进行仿真。,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,#include/包含常用头文件#include#include#include#define uchar unsigned char/定义常用数据类型void scan_key(void);void treat_with_key(void);void fun0(void);void fun1(void);void fun2(void);void delay(int t);void unit(void);void giv
13、e_led_data(void);,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,char data seg3=0 x7F,0 xBF,0 xDF;char data dis10=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90;/0 1 2 3 4 5 6 7 8 9unsigned char code sine_data128=0 x80,0 x86,0 x8D,0 x93,0 x99,0 x9F,0 xA5,0 xAB,0 xB1,0 xB7,0 xBC,0 xC2,0 xC7,
14、0 xCC,0 xD1,0 xD6,0 xDA,0 xDF,0 xE3,0 xE7,0 xEA,0 xEE,0 xF1,0 xF4,0 xF6,0 xF8,0 xFA,0 xFC,0 xFD,0 xFF,0 xFF,0 xFF,0 xFF,0 xFF,0 xFF,0 xFE,0 xFD,0 xFB,0 xF9,0 xF7,0 xF5,0 xF2,0 xEF,0 xEC,0 xE9,0 xE5,0 xE1,0 xDD,0 xD8,0 xD4,0 xCF,0 xCA,0 xC5,0 xBF,0 xBA,0 xB4,0 xAE,0 xA8,0 xA2,0 x9C,0 x96,0 x90,0 x89,
15、0 x83,0 x80,0 x79,0 x72,0 x6C,0 x66,0 x60,0 x5A,0 x55,0 x4E,0 x48,0 x43,0 x3D,0 x38,0 x33,0 x2E,0 x29,0 x25,0 x20,0 x1C,0 x18,0 x15,0 x11,0 x0E,0 x0B,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,0 x09,0 x07,0 x05,0 x03,0 x02,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x01,0 x02,0 x04,0 x06,0 x08,0 x0A,0 x0D
16、,0 x10,0 x13,0 x16,0 x1A,0 x1E,0 x22,0 x27,0 x2B,0 x30,0 x35,0 x3A,0 x40,0 x45,0 x4C,0 x51,0 x57,0 x5D,0 x63,0 x69,0 x6F,0 x76,0 x7C;uchar key=0,wave_way=0,add_dec=1,j=0,n=0,m=0,k=0,l=0,led_data0,led_data1,led_data2;int i=0;,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,main()unit();give_led_data();whi
17、le(1)scan_key();if(key!=0)treat_with_key();,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,void unit(void)IP=0 xc2;ET0=0;TR0=0;ET1=0;TR1=0;TH0=0 x7d;TL0=0 x7d;TH1=0 xdc;TL1=0 xd8;TMOD=0 x12;TR0=1;ET0=1;TR1=1;ET1=1;EA=1;,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,void give_led_data(void)if(wave_way=0)swi
18、tch(add_dec)case 1:led_data0=dis0;led_data1=dis0;led_data2=dis8;break;,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,case 2:led_data0=dis0;led_data1=dis0;led_data2=dis4;break;case 3:led_data0=dis0;led_data1=dis7;led_data2=dis2;break;,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,case 4:led_data0=dis0;led_
19、data1=dis0;led_data2=dis2;break;default:break;,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,if(wave_way=1)switch(add_dec)case 1:led_data0=dis0;led_data1=dis6;led_data2=dis1;break;,现代电子技术工程设计与实践,7.4.2 基于AT89S52的函数信号发生器设计与仿真,case 2:led_data0=dis3;led_data1=dis8;led_data2=0 x00;break;case 3:led_data0=dis
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