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單片機波形發生器仿真課程設計實訓報告

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所有資料下載： 波形發生器.rar (665.37 KB, 下載次數: 211)


下面是專業技能實訓報告的部分內容預覽：

題目    波形發生器           
學院 信息科學與工程學院   
專業 電子信息科學與技術   
班級   電信1101
學生 #######
學號 ###########
指導教師     趙越      

目    錄

前言

第一章 緒論

1.1波形發生器簡介

1.2 單片機相關介紹

1.3 設計意義

1.4 設計內容

第二章 方案比較、設計和論證

2.1 單片機方案

2.2 D/A轉換器接線方式

第三章 系統設計

3.1 總體系統設計

3.2 硬件實現及單元電路設計

第四章 系統調試及仿真

4.1系統仿真

第五章 結論

參考文獻

附錄 程序清單


前言

    隨著電子測量技術與計算機技術的緊密結合，一種新的信號發生器-----波形發生器應運而生。所謂波形發生器是能夠產生大量的標準信號和用戶定義信號，并保證高精度、高穩定性、可重復性和易操作性的電子儀器。單片機作為微型計算機的一個重要分支，有著廣泛的應用范圍。本文介紹的是利用89C51單片機和數模轉換器件DAC0832產生所需不同信號的低頻信號源，其信號幅度和頻率都是可以按要求控制的。本設計核心任務是：以AT89C51為核心，結合D/A轉換器和DAC0832等器件，用仿真軟件設計硬件電路，用匯編語言編寫驅動程序，以實現程序控制產生正弦波、三角波、方波、三種常用低頻信號。可以通過按鍵選擇波形和輸入任意頻率值。

關鍵詞：AT89C51單片機；信號發生器；DAC0832


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。

1.2.1 D/A轉換器

   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

3.1.1 系統流程圖
圖3-1 系統流程圖
3.1.2 系統框圖

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

3.2.1 單片機最小系統的設計

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
3.2.2運算放大器電路

本系統的放大電路如圖3-4所示：

圖3-4運算放大器電路
3.2.3 波形產生原理及模塊設計

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

3.2.4控制系統設計電路圖
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。


參考文獻
[1]張毅坤. 單片微型計算機原理及應用.西安電子科技大學出版社，1998.
[2]余錫存 曹國華.單片機原理及接口技術.西安電子科技大學出版社,2000.
[3]吳黎明, 王桂棠, 洪添勝,等. 單片機原理及應用技術.科學出版社,2005.
[4]韓克, 柳秀山, 等. 電子技能與EDA 技術.暨南大學出版社, 2004.
[5]周潤景. 張麗娜. 基PROTEUS的電路及單片機系統設計與仿真.航空航天大學出版社, 2006 .
[6]張毅坤.單片微型計算機原理及應用．西安電子科技大學出版社，1998
[7]李俊謨.單片機中級教程．北京航空航天大學出版社，2006.
[8]胡宴如．模擬電子技術．高等教育出版社，2004
[9]李朝青.單片機原理及接口技術（修訂版）.北京：北京航空航天大學出版社，1998.
[10]李廣弟.單片機基礎.北京：北京航空航天大學出版社，1992.
[11]何立民.單片機應用技術大全.北京：北京航空航天大學出版社，1994.


致謝

本論文是在趙越老師指導下完成的。課題難點的解決，都給予了本人悉心地指導。向老師的治學態度、專業造詣和敬業精神都使我收益非淺，。在此，我首先向趙越師致以衷心的感謝！

在課題完成過程中，還得到了許多同學的幫助，給我提供了很多思路與經驗，對我深入理解課題的有關知識與方法起到了重要作用。在此，我對同學們也表示誠摯的謝意。


附錄 程序清單
  1.   #include
  2. #define  uchar unsigned char
  3. #define  uint  unsigned int
  4. #define DAdata  P0              //DA數據端口
  5. sbit DA_S1= P2^0;   // 控制DAC0832的8位輸入寄存器，僅當都為0時，可以輸出數據(處于直通狀態)，否則，輸出將被鎖存
  6. sbit DA_S2= P2^1;   // 控制DAC0832的8位DAC寄存器，僅當都為0時，可以輸出數據(處于直通狀態)，否則，輸出將被鎖存
  7. sbit key=   P3^2;
  8. uchar wavecount;    //'抽點'計數
  9. uchar THtemp,TLtemp;//傳遞頻率的中間變量
  10. uchar judge=1;      //在方波輸出函數中用于簡單判別作用
  11. uchar waveform;                  //當其為0、1、2時，分別代表三種波
  12. uchar code freq_unit[3]={10,50,200}; //三種波的頻率單位
  13. uchar idata wavefreq[3]={1,1,1};                 //給每種波定義一個數組單元，用于存放單位頻率的個數
  14. uchar code  lcd_hang1[]={"Sine Wave       " "Triangle Wave   " "Square Wave     " "Select Wave:    " "press No.1 key! "};
  15. uchar idata lcd_hang2[16]={"f=    Hz        "};
  16. uchar code waveTH[]={
  17.     0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,
  18. 0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,
  19. 0xec,0xf6,0xf9,0xfb,0xfc,0xfc,0xfd,0xfd,0xfd,0xfe};
  20. uchar code waveTL[]={
  21.     0x06,0x8a,0x10,0x4e,0x78,0x93,0xa8,0xb3,0xbe,0xc6, //正弦波頻率調整中間值
  22. 0xac,0xde,0x48,0x7a,0x99,0xaf,0xbb,0xc8,0xd0,0xde,              //三角波頻率調整中間值
  23. 0x88,0x50,0x90,0x32,0x34,0xbe,0x4a,0xa3,0xe5,0x2c};
  24. /*************************************************************************************************/
  25. uchar code triangle_tab[]={              //每隔數字8，采取一次
  26. 0x00,0x08,0x10,0x18,0x20,0x28,0x30,0x38,0x40,0x48,0x50,0x58,0x60,0x68,0x70,0x78,
  27. 0x80,0x88,0x90,0x98,0xa0,0xa8,0xb0,0xb8,0xc0,0xc8,0xd0,0xd8,0xe0,0xe8,0xf0,0xf8,0xff,
  28. 0xf8,0xf0,0xe8,0xe0,0xd8,0xd0,0xc8,0xc0,0xb8,0xb0,0xa8,0xa0,0x98,0x90,0x88,0x80,
  29. 0x78,0x70,0x68,0x60,0x58,0x50,0x48,0x40,0x38,0x30,0x28,0x20,0x18,0x10,0x08,0x00};
  30. uchar code sine_tab[256]={
  31. //輸出電壓從0到最大值（正弦波1/4部分）
  32. 0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,
  33. 0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,
  34. 0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,
  35. //輸出電壓從最大值到0（正弦波1/4部分）
  36. 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,
  37. 0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,
  38. 0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99 ,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,
  39. //輸出電壓從0到最小值（正弦波1/4部分）
  40. 0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,
  41. 0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16 ,0x15,0x13,
  42. 0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
  43. //輸出電壓從最小值到0（正弦波1/4部分）
  44. 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02 ,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,
  45. 0x11,0x13,0x15 ,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,
  46. 0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66 ,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80};
  47. void delay(uchar z)               
  48. {
  49.     uint x,y;
  50. for(x=z;x>0;x--)
  51. for(y=110;y>0;y--);
  52. }
  53. void triangle_out()              //三角波輸出
  54. {
  55.     DAdata=triangle_tab[wavecount++];
  56. if(wavecount>64) wavecount=0;
  57. DA_S1=0;  //打開8位輸入寄存器
  58. DA_S1=1;  //關閉8位輸入寄存器
  59. }
  60. void sine_out()              //正弦波輸出
  61. {
  62.     DAdata=sine_tab[wavecount++];
  63. DA_S1=0;  //打開8位輸入寄存器
  64. DA_S1=1;  //關閉8位輸入寄存器
  65. }
  66. void square_out()  //方波輸出
  67. {
  68.     judge=~judge;
  69.     if(judge==1) DAdata=0xff;
  70. else  DAdata=0x00;
  71. DA_S1=0;  //打開8位輸入寄存器
  72. DA_S1=1;  //關閉8位輸入寄存器
  73. }
  74. /************1602液晶的相關函數*************/
  75. #define lcd_ports P1
  76. sbit rs=P2^2;
  77. sbit rw=P2^3;
  78. sbit lcden=P2^4;
  79. void write_com(uchar com)
  80. {
  81. rs=0;              //置零，表示寫指令
  82. lcden=0;
  83. lcd_ports=com;
  84. delay(5);
  85. lcden=1;
  86. delay(5);
  87. lcden=0;
  88. }
  89. void write_date(uchar date)
  90. {
  91. rs=1;              //置1，表示寫數據（在指令所指的地方寫數據）
  92. lcden=0;
  93. lcd_ports=date;
  94. delay(5);
  95. lcden=1;
  96. delay(5);
  97. lcden=0;
  98. }
  99. void disp_lcd(uchar addr,uchar *temp1)
  100. {
  101. uchar num;
  102. write_com(addr);
  103. delay(1);   //延時一會兒???
  104. for(num=0;num<16;num++)
  105. {
  106. write_date(temp1[num]);//或者這樣寫write_date(*(temp1+num));
  107. delay(1);
  108. }
  109. }
  110. void init_lcd()
  111. {
  112. //uchar num;
  113. lcden=0;  //可有可無???
  114. rw=0;  //初始化一定要設置為零，表示寫數據
  115. write_com(0x38);  //使液晶顯示點陣，為下面做準備
  116. write_com(0x0c);  //初始設置
  117. write_com(0x06);  //初始設置
  118. write_com(0x01);  //清零
  119. write_com(0x80);  //使指針指向第一行第一格
  120.     disp_lcd(0x80,&lcd_hang1[3*16]);  //在第一行顯示
  121.     disp_lcd(0xc0,&lcd_hang1[4*16]);  //在第二行顯示
  122. }
  123. /********************1602液晶函數聲明結束*********************/
  124. void main()
  125. {
  126.     uchar i=0;
  127. DA_S2=0;    //使DAC寄存器處于直通狀態
  128. DAdata=0;
  129. DA_S1=1;    //關閉8位輸入寄存器
  130. init_lcd();
  131.     waveform=0;
  132. TMOD=0x01;  //設置定時器0為16位工作方式
  133. IT0=1;      //設置外部中斷0為下降沿觸發
  134. ET0=1;      //開定時器中斷
  135. EX0=1;
  136. EA=1;
  137. while(1)
  138. {
  139. //DAout(0xff);                 //可輸出TTL波形
  140. //DAout(0x80);
  141. //T_temp=32;
  142. }
  143. }            

  145. void timer0() interrupt 1
  146. {
  147. TH0=THtemp;
  148. TL0=TLtemp;
  149. if(waveform==0)      sine_out();
  150. else if(waveform==1) triangle_out();
  151. else if(waveform==2) square_out();
  152. }
  153. void key_int0() interrupt 0
  154. {
  155.     uchar keytemp;
  156. uint total_freq; //總頻率
  157. EA=0; TR0=0;     //關總中斷與定時器
  158. delay(5);       //延時夠嗎???
  159. if(key==0)       //確實有按鍵按下而引發中斷
  160. {
  161. keytemp=P3&0xf0; //獲取P3口高四位的值
  162. switch(keytemp)
  163. {
  164.     case 0xe0:              //選擇波形
  165.      waveform++;
  166. if(waveform>2) waveform=0;
  167. break;
  168.     case 0xd0:  //頻率按規定單位依次增加
  169.      wavefreq[waveform]++;
  170. if(wavefreq[waveform]>10) wavefreq[waveform]=1; // /*這邊要用“>10”，因為它比“=11”可靠
  171. break;              //   性更高,使加數有個上限，不會一直加下去*/
  172.     case 0xb0:  //頻率按規定單位依次衰減
  173.      wavefreq[waveform]--;
  174. if(wavefreq[waveform]<1) wavefreq[waveform]=10; //這邊要用“<1”，因為它比“=0”可靠性更高
  175. break;
  176.     case 0x70:    //TTL輸出
  177.      DA_S2=1; //使DAC寄存器關閉
  178. break;
  179. }
  180.     THtemp=waveTH[waveform*10+(wavefreq[waveform]-1)]; //方括號中選取第幾個數后，并把該值賦給T_temp
  181. TLtemp=waveTL[waveform*10+(wavefreq[waveform]-1)];
  182.     total_freq= wavefreq[waveform] * freq_unit[waveform]; //求輸出頻率（個數*單位）
  183.     lcd_hang2[5]=total_freq%10+0x30;                 //在液晶中顯示個位，(0x30 在液晶顯示中表示數字0)
  184.     total_freq/=10; lcd_hang2[4]=total_freq%10+0x30; //在液晶中顯示時十位
  185.     total_freq/=10; lcd_hang2[3]=total_freq%10+0x30; //在液晶中顯示時百位
  186.     total_freq/=10; lcd_hang2[2]=total_freq%10+0x30; //在液晶中顯示時千位
  187.     disp_lcd(0x80,&lcd_hang1[waveform*16]);  //在第一行顯示
  188.     disp_lcd(0xc0,lcd_hang2);  //在第二行顯示
  189. }
  190. wavecount=0; //'抽點'計數清零
  191. while(!key);
  192. EA=1; TR0=1;     //開啟總中斷與定時器
  193. }
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沙發
ID:1 發表于 2016-9-12 12:53 | 只看該作者
51黑論壇有你更精彩！！！
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板凳
ID:121114 發表于 2016-11-2 22:57 | 只看該作者
哈哈 程序改過的吧？？？？？？？
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地板
ID:154794 發表于 2016-12-14 18:42 | 只看該作者
不錯！！！！
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5#
ID:160691 發表于 2017-1-8 02:14 來自手機 | 只看該作者
很好很有收獲
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6#
ID:213573 發表于 2017-6-26 11:06 | 只看該作者
這個程序在很多地方都有，但是并不符合樓主的課題，只能輸出三種波形和固定頻率，并不能實現選擇任意波形和頻率
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7#
ID:203433 發表于 2017-10-11 15:21 | 只看該作者
為什么沒有波形顯示
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8#
ID:266252 發表于 2017-12-24 23:24 | 只看該作者
我想下載VC
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9#
ID:334111 發表于 2018-5-20 11:48 | 只看該作者
henhao
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10#
ID:460562 發表于 2019-1-3 19:00 | 只看該作者
準備下載，聽說很不錯
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11#
ID:514789 發表于 2019-4-17 17:32 | 只看該作者
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。
這個原理同樣適用于STM32嗎
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12#
ID:810496 發表于 2020-8-4 09:51 | 只看該作者
為什么我的Proteus7.8打不開原理圖
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