單片機課程設計

姓    名：楊*

專　　業：    計算機科學與技術1401

學    號：14010105

指導教師：          曹琳琳           

機器人學院

二0 一七 年 八 月 三十一 日

目錄

第一章 緒論

1.1波形發生器簡介

以單片機為核心設計了一個低頻函數信號發生器。信號發生器采用數字波形合成技術,通過硬件電路和軟件程序相結合,可輸出自定義波形,如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內可任意改變。介紹了波形的生成原理、硬件電路和軟件部分的設計原理。介紹了單片機控制D/A轉換器產生上述信號的硬件電路和軟件編程、DAC0832 D/A轉換器的原理和使用方法、AT89C51以及與設計電路有關的各種芯片、關于產生不同低頻信號的信號源的設計方案。該信號發生器具有體積小、價格低、性能穩定、功能齊全的優點。

1.2 單片機相關介紹

單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。

通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和 I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當的軟件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統。

單片機經過1、2、3代的發展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發展，它們的CPU功能在增強，內部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓,低功耗。

   DAC0832是雙列直插式8位D/A轉換器。能完成數字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉換。其主要參數如下：分辨率為8位，轉換時間為1μs，滿量程誤差為±1LSB，參考電壓(+10/span>-10)V，供電電源為(+5～+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。在DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE，第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號 /XFER。

1.3 設計意義

使用單片機作為本設計的控制方案主要是考慮到其低廉的成本和易學易用的特性，相較于類似ARM這類性能更為強大的控制方案，單片機的性能并非其優勢所在。但是如何充分利用單片機已有的功能進行最大化的開發才是本設計的重點。

總的來說，本設計意義有如下2個方面：

(1)波形發生器應用進行研究和開發；

(2)探究單片機在信號發生器中應用，舉一反三，延伸到其他類似領域的應用；

1.4 設計內容

本設計的主要內容包括如下幾個方面：

(1)設計信號發生器的實現方案；

(2)設計單片機最小系統和周邊電路；

(3)設計整個系統的電路分布和接線；

(4)使用匯編語言編寫整個系統運行所需要的程序；

第二章 方案比較、設計和論證

2.1 單片機方案

   采用標準 AT89C51單片機作為控制器；波形選擇通過按鍵來選擇，波形通過DAC0832。按以上系統框架設計，占用單片機端口資源少。該系統具有電路簡單，設計方便，顯示亮度高，可靠性高等特點。

2.2 D/A轉換器接線方式

    采用直通接線方式；此接線方式接線簡單、編程簡單。

第三章 系統設計

3.1 總體系統設計

圖3-1 系統流程圖

該系統采用單片機作為數據處理及控制核心，由單片機完成人機界面、系統控制、信號的采集分析以及信號的處理和變換，采用按鍵輸入，利用虛擬示波器顯示波形的方案。將設計任務分解為按鍵電路、輸出轉換電路等模塊。圖3-2為系統的總體框圖。

圖3-2 總體方框圖

3.2 硬件實現及單元電路設計

AT89C51是片內有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統簡單﹑可靠。用AT89C51單片機構成最小應用系統時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，如圖89C51單片機最小系統所示。由于集成度的限制，最小應用系統只能用作一些小型的控制單元。其應用特點：

(1)有可供用戶使用的大量I/O口線。

(2)內部存儲器容量有限。

(3)應用系統開發具有特殊性。

標準的51為8K程序空間，128字節的RAM，32條端口，5個中斷，2個定時/計數器，12個時鐘周期執行一條基本指令，最長的除法為48個周期。

圖3-3 AT89C51單片機最小系統

本系統的放大電路如圖3-4所示：

圖3-4運算放大器電路

波形產生的原理：

1、內存中首先存儲波形的數字量值數組TABLE；

2、51單片機讀取數組中的值，送入D/A轉換器；

3、D/A轉換器將輸入的數字值轉換成模擬量輸出；

4、D/A輸出的模擬電流量通過運放轉換成電壓量輸出。

由單片機采用編程方法產生四種波形、通過DA轉換模塊DAC0832在進過濾波放大之后輸出。其電路圖3-5如下：

圖3-5波形產生電路

圖3-6 系統設計電路圖

第四章 系統調試及仿真

4.1系統仿真

單擊仿真界面左下方的開始按扭，仿真就開始了。具體仿真過程如下：

（1）f=50HZ正弦波的調試結果

圖4-1 正弦波的調試結果

（2）f=50HZ方波的調試結果

圖4-2 方波的調試結果

（3）f=50HZ三角波的調試結果

圖4-4 三角波的調試結果

第五章 結論

通過這次課程設計使我對課程所學理論知識的深化和提高。并且通過本次課程設計，使我了解和掌握單片機應用系統的軟硬件設計過程、方法及實現，培養了我分析問題和解決問題的能力，為以后設計和實現更難的應用系統打下良好基礎。同時培養了我撰寫設計說明書的能力。

在本次設計的過程中，我發現很多的問題，雖然以前還做過這樣的設計但這次設計真的讓我長進了很多。對于單片機設計，其硬件電路是比較簡單的，主要是解決程序設計的問題，而程序設計是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創新能力，它才是一個設計的靈魂所在。因此在整個設計過程中大部分時間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個子程序才是關鍵的問題所在，這需要對單片機的結構很熟悉。因此可以說單片機的設計是軟件和硬件的結合，二者是密不可分的。

要設計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅持的毅力。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節設計上，如在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因。這就要求我們對硬件系統中各組件部分有充分透徹的理解和研究，并能對之靈活應用。完成這次設計后，我在書本理論知識的基礎上又有了更深層次的理解。

同時在本次設計的過程中，我還學會了高效率的查閱資料、運用工具書、利用網絡查找資料。我發現，在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應用中其實并不是十分理想，各種參數都需要自己去調整。偶而還會遇到錯誤的資料現象，這就要求我們應更加注重實踐環節。

對該理論在實踐中應用的深刻理解，通過把波形在計算機上實現，知道和理解該理論在計算機中怎樣執行的，對該理論在實踐中的應用更深刻的理解，激發了我的學習積極性，在這次課程設計中，我就是按通過該課程設計，全面系統了解編譯原理課程序構造的一般原理的基本實現方法。把死板的課本知識變得生動有趣，激發了我的學習積極性。

附錄 程序清單