正弦信号发生器

作者：刘 伟 卓 崇 马浩杰 (电信 2组)

摘 要

本文主要介绍了一种以单片机AT89C52为核心的小系统，该系统产生一个正弦波，并由键盘来控制。在各种电子电路实验中，正弦波信号是一种必不可少的信号，该系统能按照使用者的意图输出相应的频率，并配有LED同步显示输出频率按键，能方便地提供预置的能方便地提供预置的频率的正弦波，而且能实现对频率的步进和步减，它可以看作一种功率的低频信号发生器，对于初步接触单片机的同学来说，确实是一种很有意义的设计。

关键词 ：单片机 正弦波 频率

一、方案设计与论证

1、设计任务和要求

设计一个单片机最小系统：

(1)、带有键盘(0~~9)，其中有步进和步减键，预置健。可以用4*4键盘

(2)、该系统由一个D/A输出口输出一个正弦波，(用D/A0832)。

(3)、带有6位数码管，采用动态显示方式。

(4)、当按下第一个键时，最右边的数码管亮，

以后每按下一个键，最右边显示相应的数字，原先的数字都向左移一位。(不能用8279)

(5)、设计完成后，用伟福进行仿真，调试成功后完成设计报告。

方案一 :

P1单口 P0口

键盘 D/A08

片 机 滤 波 OUT

P0口

数码 8155 PA口

方案说明：这个方案主要是由4个部分来构

成的，

即键盘部分，显示部分，单片机部分，

数模转换部分。其中，键盘是接在单片机的

P10—P17口，DA转换器接在单片机的P00—P07口，而数显部分通过扩展8155端口来完成显示功能。

方案二 : 单

片

机 P0口

键盘 数8155 同，方案三充分利用单片机资源，同时又考PA口 滤到扩展8155后端口的合理利用。 PB,PC口 以上三个方案都可以总概括成为下图。 键盘 数控部分 PB口 数字显示 OUT 方案一，二对于完成设计要求并非不 方案说明：该系统在构成上与第一种方案相同，不同的是，单片机由8155扩展后，利用8155的端口，接入了键盘，数码管，DA转换电路。从电路的结构来看，8155几乎所有的端口都用上了，而单片机有空余的两个端口。 可行，只是未加考滤到整个系统的结构安排。方案一占用相对太多的单片机资源，不利于响应中断。方案二，又使单片机有两个空余的端口，而8155的端口全部用完了。这样使单片机系统资源不合理分配。方案三，综合了方案一和方案二，能使整个单片机系统分配合理化了。因而是最后的实施方案。 方案三 : 二、理论分析与计算 （系统硬件部分） D/A 1. 系统设计原理 单 P0口 原理分析如下： 该系统主要是单片机为核心的小系统，滤波器 机 它产生正弦波并由键盘来控制频率的大小。 OUT 该系统主要是利用单片机并通过8155扩展 端口来实现和键盘，数码管，D/A转换电路 的连接，从而来实现波形的输出。单片机的 键盘 P0P00~~P07分别和8155的AD0~~AD7相连接来口 实现扩展，数码管采用的是共阴动态显示。 通过8155的PB口和PC口来实现键盘的控数码管 PB、PC口 制。数模转换电路把由单片机P0口送来的 数字信号转换成为模拟信号，DAC用作双极 性电压输出把信号送到端口，再经过一级滤PA口 波电路实现理想正弦波的输出。 (1) 系统设计原理框 ---------------- 方案说明：该方案在组成结构上都和方案-------------------- 一，方案二相同，但是不同的是在接法上不------------------------ 片 8155 单D/A0832 驱动电路

A B 片C 键 盘 滤波电路 机

8155 数码管

out --------------- -------------------- ------------------------ (2) 系统设计各模块说明 可以把系统分成A、B 、C三个模块来理解，A包括数模转换转换电路和滤波电路，B包括单片机和8155，C包括驱动、显示电路、键盘电路。 A、D/A和滤波电路部分 模数转换采用8位D/A0832。D/A输出采用双级性输出。.为了提高正弦波的输出频率，把正弦波的数据存储在单片机的数据存储器上，通过查表来输出数据。采用低通电路把理想正弦波输出来。 B、单片机核心部分 首先就是要对单片机进行端口扩展。使用8155对单片机的P0口进行并行口扩展。 C、显示部分和键盘部分 采用六位LED动态显示，我们挂在8155的扩展口上。段码线接在8155的PA口，而六根位选线恰好接在8155的PC口。考虑到单片机的任务较多。键盘采用中断方式，在按键时向单片机产生中断请求，单片机只有检测到有中断时才对键盘进行扫描，这样减轻了单片机的部分负担。 2. 主要模块具体电路设计及参数计算 1）、滤波电路的设计。

该电路采用的是二阶低通滤波器电路。由实际的电路截止频率f=30Khz,取C=0.01uF,满足公式 K=100/(f*C). 1键盘与单片机的接口有以下几种方案：

（1）、键盘直接挂在单片机的P1口。定时器0中断程序 考虑到单片机的可扩充性，我们不采用这种方案。 （2）、键盘挂在8155的扩展口上。开输出正弦波 始我们选择挂在8155的PB端口上，高四位和低四位分别接键盘的行和列。但是，经过实验这种方案行不通。所以我们选择键盘的列接在8155PB的低四位，行接在PC口的中断返回 低四位。但是这样会与显示的位选线有冲突，只有采用分时送数据的办法来解决。经过实验这是可行的。

三、系统程序设计 （系统软件部分）

1. 本系统的硬件设计相对来说较

简单，而程序设计却复杂些。因为单片机要同时处理三方面的工作，时序上的处理要十分巧妙。我们充分利用单片机的中断资源来解决时序问题。键盘采用主程序 中断方式，动态显示利用定时器1来处理，正弦波的数据用定时开始 器0来处理，并且把定时器0的优先级设为最高。程序整体流程框图如下： 初始化 外部中断0程序

判断中断 取键值子程序 标志flag 左移子程序 定时器1中断程序 显示子程序 是否有键按下 NO 结束 功能键子程序 YES ABC输频频出率率基加 减 准频率 是否功能键 NO 结束返回 YES DEF粗复预调 位 置 附 系统设计具体电路图 : 四、系统测试方法及数据记录 1、测试仪器 DS1 DS2 DS3 1 1 2 2 数字示波器(TektronixTDS1002) 稳压直流 3 3 4 4 5 5 ） 数字万用表 6 电源（SG1732SC3A 6 7 7 8 8 函数信号发生器。 GND GND GND DPY_7-SEG_DP DPY_7-SEG_DP DPY_7-SEG_DP 9 9 9 12345678DPYaabcfbgdeecdfdpgdpDPYaabcfbgdeecdfdpgdpDPYaabcfbgdeecdfdpgdp

P27 13 14 15 16 4 5 6 7 P0.0--P0.7 171+5C1 12345678 DS4GNDDPY_7-SEG_DP9DPYaabcfbgdeecdfdpgdp Y112m20PFR4 20PFC2 SW-PBC3R?2.2uF300 U8DAC0832XferCS msbDI7 DI6 DI5 Vref DI4 DI3 Rfb DI2 DI1 Iout2 lsbDI0 Iout1 Vcc 20 WR1WR2ILE 4 6 U2B U2C U2D 74LS04 74LS04 74LS04 6只 74LS244 3 1 9 共阴数码管 1PC5 5PC3PC4PC274LS04 1 74LS00 2 U3 74LS21 1 39 DAC0832 12 U4 1 1 P0.0 21 P10/T P00 AD0 PA0 2 38 P0.1 13 22 P11/T P01 AD1 PA1 3 37 P0.2 14 23 P12 P02 AD2 PA2 8155 1 OP07 2 4 36 P0.3 15 24 P13 P03 AD3 PA3 5 35 P0.4 16 25 P14 P04 AD4 PA4 INT0 6 34 P0.5 17 26 P15 10K * P05 AD5 PA5 3 20K * 2 4.7K* 8 7 电阻33 P0.6 18 27 P16 P06 AD6 PA6 8 32 P0.7 19 28 P17 P07 AD7 PA7 13 5.1K* 4 21 29 PB0 INT1 P20 PB0 12 22 8 30 PB1 INT0 P21 CE PB1 23 9 31 PB2 P22 RD PB2 15 电解电容24 8孔接头底座 10 32 PB3 2.2uf 1 T1 P23 WR PB3 14 25 7 33 T0 P24 IO/M PB4 26 11 34 P25 ALE PB5 31 27 35 EA/VP P26 PB6 28 36 P27 PB7 19 P27 6 X1 TMROUT 2、 测试结果分析 18 37 PC0 X2 PC0 38 PC1 PC1 9 10 3 39 PC2 RESET RXD TMRIN PC2 RESET 11 1 PC3 TXD PC3 17 经过硬件和程序测试，30 ALE 2 PC4 我们的系统功能基本RD ALE/P PC4 16 29 4 5 PC5 WR PSEN PC5 RESET RESET 8052 8155 上能达到设计任务要求。开机运行程序依次16 R5A 10k 显示从0到5，按依次0到9的数字键在显+5 1 R R VREF 示的第一位显示对应的数字，按下一数字键20k 20k Rfb U5 时，显示向左移一位并在第一位显示对应数2 WR 7 U6 18 7 19 ALE Iout1 2 字，在六位LED显示满以后，再按一数字R 6 2 OP07 Iout2 3 6 10k 8 VREF 8 3 键把LED清除，在第一位显示。当按键时，1 8 4 OP07 9 Rfb 1 4 9 12 Iout2 -5 D/A输出频率为937.5Hz的正弦波，在LED20K 11 Iout1 R 上显示937。每按一次B键则把正弦波的频20K 率减一次，步进为78Hz。C键与B键的功能恰好相反。D键作为频率粗调。E键作为复位键，作用是返回开机是的设置。F键作为频率预置作用而且在LED显示出来。测量的部分数据如下：

开机频率(按A键)：937.5 HZ

2U2A74LS042元件清单 8 12345678 DS5Dabcfdeefgdp DPY_7INT0调节(步减) 显示 测量值(HZ) 调节(步加) 显示 测量值(HZ) -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9

五、结论

859 781 702 625 547 468 390 312 234 859.6 781.5 702.2 625 547.5 468.2 390.6 312.5 234.5 应用系统中，软件设计与硬件设计是紧密相关，互补互依的。有时，硬件的任务可由软件完成，软件的任务亦可由硬完成，

结束语

此次设计综合了模电、数电、单片机等多科专业知识，特别了解了在数字化的今天，单片机的应用是不可少的。单片机是一个软硬结合的过程，这个过程是个不容易掌握的过 程，任何的一个误点都会使整个器件无法正常很好的使用。单片机应用系统的设计，首先面临的是选择单片机机型。从性能价格比，开发工具、设计人员熟悉程度考虑，除某些高精度、快速系统需要采用6位或更高级的单片机外，目前情 况下， 首选择单片机机型MCS－51单片机中的89S51芯片。单片机的

应根据具体情况，选择最佳的方案，达到最佳的性价比。

总之，设计一个好的单片机系统决不是单纯的编程，还必须具备系统所涉及到的专业知识和电子电路知识。本次设计取得成功，在设计和调试的过程中，我们学会到了很多东西。

参考资料

（1）、电子线路设计 实验 测试(第二版) /谢自美主编 华中科技大学出版社 （2）、单片微型计算机与接口技术/李群芳等编著――北京：电子工业出版社2001.9 （3）、单片微型计算机原理与接口技术（第二版）/陈光东 赵性初――武汉：华中科技大学出版社 1994.4

（4）、数字电子技术基础 /沈任无 吴勇 主编 高等职业技术学院教育机电类专业教材编委会 组编2006.6 （6）、模拟电子技术/ 胡宴如 主编－高等教育出版社2002.9 （7）、全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选（1994－1999）全国大学生电子设计竞赛组委会编 （8）、单片机原理应用孙利 /蒋从根 主编――北京：机械工业出版社

参考网站： www.21ic.com www.eetchina.com www.mucfan.com

2002.12