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基于51单片机的信号发生器仿真设计

10/08 10:24
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仿真原版本:proteus 7.8

程序编译器:keil 4/keil 5

编程语言:C语言

设计编号:S0015

1 设计说明:

1、本设计采用AT89C51单片机作为控制核心,外围采用数字/模拟转换电路(DAC0832)、运放电路(LM324)、按键和LCD1602液晶显示电路。

2、电路采用单片机和一片DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器,可产生正弦波矩形波锯齿波三角波四种波形。

3、通过键盘来控制四种波形的类型选择、频率变化,并通过液晶1602显示其各自的波形类型以及频率数值。

本设计硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠,性价比较高,具有一定的实用价值和参考价值

2 讲解视频:

包含程序讲解和代码讲解

3 仿真电路:

imgimgimgimg

程序

image-20220903210034666
部分代码

uchar code tosin[256]=
{0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,
0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,
0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,
0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,
0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,
0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,0xd8,
0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,
0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,
0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,
0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,
0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,
0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02 ,0x02,0x03,0x04,
0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,
0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,
0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e ,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66 ,
0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80 }; //正弦波码 128取值到256

//--延时MS
void DelayMS(uchar ms)
{
	uchar i;
	while(ms--) for(i=0;i<120;i++);
}
//--延时y*9us
 void Delay1(uint y)
 {
 	uint i;
	for(i=y;i>0;i--);
 }
//-------------
//忙检查
//-----------------------------
uchar Busy_Check()
{
	uchar LCD_Status;
	RS=0;  //	寄存器选择
	RW=1; //读状态寄存器
	EN=1;  // 开始读
	DelayMS(1);
	LCD_Status=P1;
	EN=0;
	return  LCD_Status;

}
//----------------------------
//写LCD命令
//---------------------------------
void Write_LCD_Command(uchar cmd)
{
	   while((Busy_Check()&0x80)==0x80);   //忙等待
	   RS=0;  //选择命令寄存器
	   RW=0;  //写
	   EN=0;
	   P1=cmd;EN=1;DelayMS(1);EN=0;
}										  
//--------------------------------------
//发送数据
//---------------------------------------
void Write_LCD_Data(uchar dat)
{
	 while((Busy_Check()&0x80)==0x80);   //忙等待	
	  RS=1;  RW=0; EN=0; P1=dat;EN=1;DelayMS(1);EN=0;	
}
//------------------------------------
//LCD初始化			   
//-----------------------------------------
void Init_LCD()
{		
	Write_LCD_Command(0x38);
	DelayMS(1);
	Write_LCD_Command(0x01); //清屏
	DelayMS(1);
	Write_LCD_Command(0x06); //字符进入模式:屏幕不动,字符后移
	DelayMS(1);
	Write_LCD_Command(0x0C); //显示开、关光标
	DelayMS(1);
}

//--向LCD写频率值
void Write_freq(uint k)
{
	uchar qian,bai,shi,ge;
	qian=k/1000;
	bai=k/100%10;
	shi=k/10%10;
	ge=k%10;
	Write_LCD_Command(0x86+0x40);
	Write_LCD_Data(0x30+qian);
	Write_LCD_Data(0x30+bai);
	Write_LCD_Data(0x30+shi);
	Write_LCD_Data(0x30+ge);
	Write_LCD_Data(0x48);
	Write_LCD_Data(0x5a);
}

 //--LCD上显示不同波形频率
  void Xianshi_f()		   
{
  if(WaveChoice==1)
  {
     freq=(10000000/(50000+2860*ys));
	 Write_freq(freq);
  }
  if(WaveChoice==2)
  {
     freq=(10000000/(50000+2300*ys));
	 Write_freq(freq);
  }
   if(WaveChoice==3)
  {
     freq=(10000000/(14000+2300*ys));
	 Write_freq(freq);
  }
    if(WaveChoice==4)
  {
     freq=(10000000/(15000+2300*ys));
	 Write_freq(freq);
  }
}
//--LCD上写波形类型
void Write_wave(uchar  t )
{
	switch(t)
	{
		case 0:
				//-- 无输出
				 Write_LCD_Command(0x86);
  				 DelayMS(5);
   				 for (i=0;i<sizeof(No)-1;i++)
					{
						Write_LCD_Data(No[i]);
						DelayMS(5);
					}
					break;
		case 1:
				//--正弦波
				ys=25;
				Write_LCD_Command(0x86);
  				 DelayMS(5);
   				 for (i=0;i<sizeof(Sin)-1;i++)
					{
						Write_LCD_Data(Sin[i]);
						DelayMS(5);
					}
				break;
		case 2:
				//---矩形波
				ys=30;
				Write_LCD_Command(0x86);
  				 DelayMS(5);
   				 for (i=0;i<sizeof(Squ)-1;i++)
					{
						Write_LCD_Data(Squ[i]);
						DelayMS(5);
					 }
			
				break;
		case 3:
				//---三角波
				ys=30;
				Write_LCD_Command(0x86);
  				 DelayMS(5);
   				 for (i=0;i<sizeof(Tri)-1;i++)
					{
						Write_LCD_Data(Tri[i]);
						DelayMS(5);
					}
				break;
		case 4:
				//----锯齿波
				ys=30;
			  	 Write_LCD_Command(0x86);//液晶显示位置
  				 DelayMS(5);
   				 for (i=0;i<sizeof(Saw)-1;i++)
					{
						Write_LCD_Data(Saw[i]);
						DelayMS(5);
					 }
				break;
	}
}
//---输出波形
void Out_Wave(uchar i)
{	 uchar j;	
	switch(i)
	{
		case 0:	P0=0x00;break;
		case 1:
				//---正弦波
				for (j=0;j<255;j++)
				{
					P0=tosin[j];
					Delay1(ys);
				} 
				 break;
		case 2:
				//----矩形波 相当于写0和写1
				{
					if(a<sqar_num)
						{
							P0=0xff;
							Delay1(ys);//改变周期
						}
					else  
						{
							P0=0x00;
							Delay1(ys);
						}
						a++;
				}  break;
		case 3:
				//----三角波//数值的递加和递减
				{
					if(a<128) 
						{
							P0=a;
							Delay1(ys);
						}
					else  
						{
							P0=255-a;
							Delay1(ys);
						}
						a++;
				}   break;
		case 4:
			   //----锯齿波//数值的递增和归零
				{
		 			if(a<255)
					{
						P0=a;
						Delay1(ys);
					}
				
				a++;
			if(a==255)
				{
					a=0;
				}   break;
		}
	}
}
//----按键扫描
void keyscanf()
{	
	if(K2==0)
	{
		DelayMS(5);
		if(K2==0)
		{
			while(!K2);
			ys--;
			if(ys==0)
			ys=20;
		}
	}
	if(K3==0)
	{
		DelayMS(5);
		if(K3==0)
		{
			while(!K3);
			ys++;
			if(ys>22)
			ys=20;
		}
	}
	if(K4==0)
	{
		DelayMS(5);
		if(K4==0)
		{
			while(!K4);
			if(WaveChoice==2)
			sqar_num=sqar_num+2;
			if(sqar_num==238)
				sqar_num=128;
		}
	}
	if(K5==0)
	{
		DelayMS(5);
		if(K5==0)
		{
			while(!K5);
			if(WaveChoice==2)
			sqar_num=sqar_num-2;
			if(sqar_num==18)
				sqar_num=128;			
		}
	}
} 

//----主程序--- 
void main()
{
	Init_LCD();
	IE=0X81;
	IT0=1;
	Write_LCD_Command(0x80);//--显示wave:
   	DelayMS(5);	 	
   for (i=0;i<sizeof(Wave)-1;i++)
		{
			Write_LCD_Data(Wave[i]);
			DelayMS(5);
		}
   	 Write_LCD_Command(0x80+0X40);//----显示freq:
     DelayMS(5);
    for (i=0;i<sizeof(Fre)-1;i++)
		{
			Write_LCD_Data(Fre[i]);
			DelayMS(5);
		}
	   Write_wave(WaveChoice);
	while (1)
	{
			 keyscanf();
		Out_Wave(WaveChoice);
		if(!(K1&K2&K3))
				Xianshi_f();
	}	  
}

程序设计流程图

img

LCD1602显示

//----------------------------
//写LCD命令
//---------------------------------
void Write_LCD_Command(uchar cmd)
{
	   while((Busy_Check()&0x80)==0x80);   //忙等待
	   RS=0;  //选择命令寄存器
	   RW=0;  //写
	   EN=0;
	   P1=cmd;EN=1;DelayMS(1);EN=0;
}										  
//--------------------------------------
//发送数据
//---------------------------------------
void Write_LCD_Data(uchar dat)
{
	 while((Busy_Check()&0x80)==0x80);   //忙等待	
	  RS=1;  RW=0; EN=0; P1=dat;EN=1;DelayMS(1);EN=0;	
}
//------------------------------------
//LCD初始化			   
//-----------------------------------------
void Init_LCD()
{		
	Write_LCD_Command(0x38);
	DelayMS(1);
	Write_LCD_Command(0x01); //清屏
	DelayMS(1);
	Write_LCD_Command(0x06); //字符进入模式:屏幕不动,字符后移
	DelayMS(1);
	Write_LCD_Command(0x0C); //显示开、关光标
	DelayMS(1);
}

//--向LCD写频率值
void Write_freq(uint k)
{
	uchar qian,bai,shi,ge;
	qian=k/1000;
	bai=k/100%10;
	shi=k/10%10;
	ge=k%10;
	Write_LCD_Command(0x86+0x40);
	Write_LCD_Data(0x30+qian);
	Write_LCD_Data(0x30+bai);
	Write_LCD_Data(0x30+shi);
	Write_LCD_Data(0x30+ge);
	Write_LCD_Data(0x48);
	Write_LCD_Data(0x5a);
}

 //--LCD上显示不同波形频率
  void Xianshi_f()		   
{
  if(WaveChoice==1)
  {
     freq=(10000000/(50000+2860*ys));
	 Write_freq(freq);
  }
  if(WaveChoice==2)
  {
     freq=(10000000/(50000+2300*ys));
	 Write_freq(freq);
  }
   if(WaveChoice==3)
  {
     freq=(10000000/(14000+2300*ys));
	 Write_freq(freq);
  }
    if(WaveChoice==4)
  {
     freq=(10000000/(15000+2300*ys));
	 Write_freq(freq);
  }
}
//--LCD上写波形类型
void Write_wave(uchar  t )
{
	switch(t)
	{
		case 0:
				//-- 无输出
				 Write_LCD_Command(0x86);
  				 DelayMS(5);
   				 for (i=0;i<sizeof(No)-1;i++)
					{
						Write_LCD_Data(No[i]);
						DelayMS(5);
					}
					break;
		case 1:
				//--正弦波
				ys=25;
				Write_LCD_Command(0x86);
  				 DelayMS(5);
   				 for (i=0;i<sizeof(Sin)-1;i++)
					{
						Write_LCD_Data(Sin[i]);
						DelayMS(5);
					}
				break;
		case 2:
				//---矩形波
				ys=30;
				Write_LCD_Command(0x86);
  				 DelayMS(5);
   				 for (i=0;i<sizeof(Squ)-1;i++)
					{
						Write_LCD_Data(Squ[i]);
						DelayMS(5);
					 }
			
				break;
		case 3:
				//---三角波
				ys=30;
				Write_LCD_Command(0x86);
  				 DelayMS(5);
   				 for (i=0;i<sizeof(Tri)-1;i++)
					{
						Write_LCD_Data(Tri[i]);
						DelayMS(5);
					}
				break;
		case 4:
				//----锯齿波
				ys=30;
			  	 Write_LCD_Command(0x86);//液晶显示位置
  				 DelayMS(5);
   				 for (i=0;i<sizeof(Saw)-1;i++)
					{
						Write_LCD_Data(Saw[i]);
						DelayMS(5);
					 }
				break;
	}
}

按键扫描

//----按键扫描
void keyscanf()
{	
	if(K2==0)
	{
		DelayMS(5);
		if(K2==0)
		{
			while(!K2);
			ys--;
			if(ys==0)
			ys=20;
		}
	}
	if(K3==0)
	{
		DelayMS(5);
		if(K3==0)
		{
			while(!K3);
			ys++;
			if(ys>22)
			ys=20;
		}
	}
	if(K4==0)
	{
		DelayMS(5);
		if(K4==0)
		{
			while(!K4);
			if(WaveChoice==2)
			sqar_num=sqar_num+2;
			if(sqar_num==238)
				sqar_num=128;
		}
	}
	if(K5==0)
	{
		DelayMS(5);
		if(K5==0)
		{
			while(!K5);
			if(WaveChoice==2)
			sqar_num=sqar_num-2;
			if(sqar_num==18)
				sqar_num=128;			
		}
	}
} 

主函数

//----主程序--- 
void main()
{
	Init_LCD();
	IE=0X81;
	IT0=1;
	Write_LCD_Command(0x80);//--显示wave:
   	DelayMS(5);	 	
   for (i=0;i<sizeof(Wave)-1;i++)
		{
			Write_LCD_Data(Wave[i]);
			DelayMS(5);
		}
   	 Write_LCD_Command(0x80+0X40);//----显示freq:
     DelayMS(5);
    for (i=0;i<sizeof(Fre)-1;i++)
		{
			Write_LCD_Data(Fre[i]);
			DelayMS(5);
		}
	   Write_wave(WaveChoice);
	while (1)
	{
			 keyscanf();
		Out_Wave(WaveChoice);
		if(!(K1&K2&K3))
				Xianshi_f();
	}	  
}

本系统采用编程的方法,来输出四种不同的波形即正弦波、矩形波、三角波、锯齿波。各种波形的产生方法如下。

正弦波发生子程序

正弦波的产生比较特殊,它不能由单片机直接产生,只能由如图17所示的阶梯波来向正弦波逼近。很显然,在一个周期内阶梯波的阶梯数目越多,单片机输出的波形也就越接近正弦波。

img

图17 正弦波信号的产生

先假定正弦波的振幅是2.56 V,则波谷对应的数字量为最小值00H,波峰对应的数字量为最大值FFH。将正弦波的第一个周期的波形按角度均分为若干等份,并计算出各点对应的电压值,电压值计算方法:Vx=2.5·(1+sinθ),因为00H~FFH对应的数字量为0~255,所以根据算出的电压就可直接写出各点所对应的数字量。单片机将一个周期的数字量存入一定的存储区域中,然后依次循环取出这些数字量,并送D/A电路转换成阶梯波,即近似的正弦波输出。图18为正弦波产生的流程图。

img

图18 正弦波产生的流程图

矩形波发生子程序

如图19所示,矩形波的实现比较简单。首先定义一个无符号字符型变量i=0,使自变量i不断的自动加1,若i的值小于squa_num,将P0口赋值为0xFF;若i的值大于squa_num,则将P0口赋值为0x00。当i自加到256后又自动变为0,以此循环,即可得到矩形波。当squa_num=128时,此时输出的为方波。调节squa_num的大小,即可实现矩形波占空比的调节;调节延时时间的大小,即可实现矩形波频率的改变。

img

图19 矩形波产生流程图

三角波发生子程序

三角波中的斜线用一个个小台阶来逼近,当台阶间隔很小时,波形基本上近似一直线。首先定义一个无符号字符型变量i=0,使自变量i不断的自动加1,若i的值小于128,将P0口赋值为i;若i的值大于128,则将P0口赋值为256-i。当i自加到256后又自动变为0,以此循环,从而P0口实现了周期性的数字量变换,在经过数模转换后转变成模拟信号,经运算放大电路后就得到了周期性的三角波。三角波产生流程图如图20所示。

img

​ 图20 三角波发生流程图

锯齿波发生子程序

锯齿波的实现过程与三角波类似,也是定义一个变量i=0,并使P0=i,自变量i不断的自动加1,直到加到255,然后i又可以自动归为0,再不断的重复上过程。在此过程中,P0口的值也随着i一样变化,经数模转换DAC0832后,周期性逐一变化的数字量就转换为锯齿波输出了。通过调节P0口每相邻两个值之间的延迟时间,就可以改变锯齿波的频率。图21为锯齿波发生流程图。

img

图21 锯齿波发生流程图

设计说明书

image-20231026123744873

信号发生器是一种常用的信号源,广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。 本设计采用AT89C51单片机作为控制核心,外围采用数字/模拟转换电路(DAC0832)、运放电路(LM324)、按键和LCD液晶显示电路。电路采用单片机和一片DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器,可产生正弦波、矩形波、锯齿波和三角波四种波形。系统通过单片机产生数字信号,通过DAC0832转换为模拟信号,再通过放大器LM324就可以得到双极性的各种波形,最终由示波器显示出来。通过键盘来控制四种波形的类型选择、频率变化,并通过液晶1602显示其各自的波形类型以及频率数值。

本设计硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠,性价比较高,具有一定的实用价值和参考价值。

关键词: AT89C51 单片机; 函数信号发生器;DAC0832;LCD液晶显示

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0、常见问题 必读!!!!
1、源程序
2、proteus仿真
3、开题报告
4、论文报告
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image-20231026123822944

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