波形发生器设计--按键控制频率

课程设计报告

课题名称 波形发生器设计——按键控制频率 学 院 ________ 专 业 ________ 班 级 学 号 __________ 姓 名 _________ 指导教师__________

定稿日期： 2014 年 6月20日

目录

一．内容摘要 ................................................................................................................................... 2 二．设计目的和要求 ....................................................................................................................... 2

2.1 设计目的 ........................................................................................................................... 2 2.2 设计要求 ........................................................................................................................... 2 三．系统方案 ................................................................................................................................... 2

3.1 设计思路 ........................................................................................................................... 2 3.2 DAC0832芯片 .................................................................................................................... 3 3.2.1 DAC0832主要特性 .................................................................................................. 3 3.2.2 DAC0832引脚 .......................................................................................................... 4 3.2.3 DAC0832内部框图 .................................................................................................. 5 3.3 系统框图 ........................................................................................................................... 6 四．系统调试 ................................................................................................................................... 6

4.1使用的主要仪器 ................................................................................................................ 6 4.2 实验步骤 ......................................................................................................................... 6 4.2.1 设计方法——硬件设计 ......................................................................................... 6 4.2.2 设计方法——软件设计 ......................................................................................... 7 4.3 测试数据及波形分析 ..................................................................................................... 8 4.3.1 实验步骤 ............................................................................................................... 8 4.3.2 实验结果 ............................................................................................................... 9 4.4 故障分析 ......................................................................................................................... 10 五．答辩题目及回答 ..................................................................................................................... 10 六．课程设计体会 ......................................................................................................................... 10 参考文献......................................................................................................................................... 11

一．内容摘要

单片机（Single chip microcomputer）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

单片机（Single chip microcomputer）微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）， 常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。

二．设计目的和要求

2.1 设计目的

（1）掌握DAC0832与PC机的接口方法。 （2）掌握D/A转换应用程序设计方法。

2.2 设计要求

利用DAC0832产生锯齿波。在矩形按键中任选三个键作为按键“1”，“2”，“3”。按“1”键频率为100HZ；按“2”键频率变为150HZ；按“3”键频率为200HZ。用示波器观察输出。

三．系统方案

3.1 设计思路

1.首先对于本次课题：波形发生器设计——按键控制频率而言，需要对产生锯齿波形进行程序上的编写

2.当锯齿波形图在keil软件以及示波器中正确显示后，通过调节程序代码中的不同延时子程序来控制延时的长短，从而达到调整实验中锯齿波形相对应“100Hz”、“150Hz”和

“200Hz”的频率输出结果。

3.程序中必须设置3个不同延时子程序来控制延时的长短，每个子程序对应于不同频率的锯齿波形图。

4.程序中设置按键程序（SWITCH语句），当对应按键按下时实现不同频率锯齿波的输出。 5.最后利用DAC0832数模转换口进行结果的输出操作，其中锯齿波形图参见示波器的连接显示。

3.2 DAC0832芯片

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

DAC0832引脚功能电路应用原理图DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。所以这个芯片的应用很广泛,关于DAC0832应用的一些重要资料见下图： D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。 3.2.1 DAC0832主要特性

（1）分辨率：为8位，逻辑电平与TTL兼容。 （2）电流稳定时间：1us。

（3）参考电压工作范围：-10V~+10V。 （4）可单缓冲、双缓冲或直接数字输出。 （5）只需在满量程下调整其线性度； （6）单一电源供电（+5V～+15V）； （7）低功耗：200mW。

3.2.2 DAC0832引脚

图3.2.1 DAC0832引脚图

DAC0832引脚功能如下：

○1 D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；

○2 ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； ○3 CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效，CS与ILE信号结合，可控制WR1是否起作用。

○4 WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；

○5 WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

○6XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效,用来控制WR2，选通DAC寄存器。

○7 IOUT1：DAC电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化； ○8 IOUT2：DAC电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数； ○9 RFB：反馈信号输入线，改变RFB端外接电阻值可调整转换满量程精度，为DAC提供电压输出；

1○0 VCC：电源输入端，VCC的范围为+5V～+15V； 1○1 VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V，通过它将外加高精度电压源与内部的电阻网络连接；

1○2 AGND：模拟信号地； 1○3 DGND：数字信号地

3.2.3 DAC0832内部框图

图 3.2.2 DAC0832逻辑框图

DAC0832转换器的内部框图如图3.2.2所示，是由一个输入寄存器、DAC寄存器和D\A转换器组成的。DAC0832为电流输出型D/A转换器，实际应用中可以通过外接运算放大器将电流转换为电压。

DAC0832是典型的带内部双缓数据缓冲器的8位D/A芯片，其逻辑结构如图所示。当ILE=1时，寄存器输出随着输入变化；当ILE=0时，数据锁存在寄存器中，不再随数据线上数据的变化而变化；当ILE端为高电平，CS与WR1同时为低电平时，使得LE1=1；当XFER与WR2同时为低电平时，使得LE2=1，DAC寄存器的输出随着寄存器的输入变化，WR2沿将输入寄存器的信息锁存在该寄存器中，RFB为外部运算放大器提供的反馈电阻。VREF端是由外电路为芯片提供一个-10~10V的基准电源。IOUT1和IOUT2为电流的输出端，两者之和为一个常数。

3.3 系统框图

图3.3.1 系统框图

调试过程的顺序是：首先硬件的调试，要先检查电路的逻辑线路是否正确，如果正确再检查原理图的线路连接是否正确，电路的布局安排是否合理等。其次软件的调试需要检查程序的语法是否正确，数据结构安排是否妥当，时序是否正确，整体流程安排是否合理等。只有硬件调试和软件调试分别检查妥当后，才可以进行系统调试最关键的一步，即软硬件的协同调试。

四．系统调试

4.1使用的主要仪器

DS5022ME示波器，XL2000MCU单片机实验箱，连接线若干

4.2 实验步骤

4.2.1 设计方法——硬件设计

A.电路原理图

图4.2.1 电路原理图

B.电路原理图说明

连线过程：

1.CS-片选位连接P2.7 2.WR-写入位连接P3.4

3.DAC0832数模转换器连接输出 4.按键J37连接89C51 \P1端口 5.连接于电脑 4.2.2 设计方法——软件设计 A.程序流程图

B.源程序

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define DATA P0 #define KEY P1 sbit wr=P3^4; sbit cs=P2^7; void delay1() {uchar i,j; cs=0; wr=0;

for(i=0;i

for(j=0;j

void delay2() {uchar i,j; cs=0; wr=0;

for(i=0;i

void delay3() {uchar i,j; cs=0; wr=0;

for(i=0;i

for(j=0;j

void main() {

switch(KEY) {

case 0xfd: delay1(); break;

case 0xfb:delay2(); break;

case 0xf7: delay3(); break; } }

4.3 测试数据及波形分析

4.3.1 实验步骤

1.了解课题：波形发生器设计——按键控制频率相关信息以及所用到的课设知识。 2.软件设计：

（1）编写波形图——锯齿波程序代码；

（2）编写3个不同频率的延时子函数代码控制编写不同锯齿波输出。 （3）编写主程序main（）函数的不同频率相对应的3个按键控制。 3.硬件设计：

连接线路于XL2000MCU单片机实验箱，本实验连线过程： （1）CS-片选位连接P2.7 （2） WR-写入位连接P3.4

（3） DAC0832数模转换器连接输出 （4）按键J37连接89C51 \P1端口 （5）连接于电脑

4.3.2 实验结果

图4.3.1（1） 频率99HZ锯齿波

图4.3.1(2) 频率159HZ锯齿波

图4.3.1(3) 频率211HZ锯齿波

4.4 故障分析

本次对于课题：波形发生器设计——按键控制频率的课程设计过程中产生了很多的问题：

1.硬件：

仪器客观问题，导致波形图迟迟不出现。

解决：反复替换仪器，进行尝试。

2.软件：

程序编程代码出错。对3个延迟子函数的编写中参变量只设置了一个i，造成频率变化超出字符0~255范围，导致示波器波形图不能正常显示。

解决：

在老师的指导下，反复修改程序。增加参变量J进行控制频率。

五．答辩题目及回答

DAC0832用了几级缓冲？哪几个控制信号？

答：用了单缓冲，CS和WR控制信号

六．课程设计体会

1

参考文献

1、《单片机原理及应用技术》万隆主编，清华出版社

2、《单片机原理及应用（第2版）》姜志海主编，电子工业出版社

3、《单片机原理与应用》（C语言版）王浩全等主编，人民邮电出版社 1 1

课程设计报告

课题名称 波形发生器设计——按键控制频率 学 院 ________ 专 业 ________ 班 级 学 号 __________ 姓 名 _________ 指导教师__________

定稿日期： 2014 年 6月20日

目录

一．内容摘要 ................................................................................................................................... 2 二．设计目的和要求 ....................................................................................................................... 2

2.1 设计目的 ........................................................................................................................... 2 2.2 设计要求 ........................................................................................................................... 2 三．系统方案 ................................................................................................................................... 2

3.1 设计思路 ........................................................................................................................... 2 3.2 DAC0832芯片 .................................................................................................................... 3 3.2.1 DAC0832主要特性 .................................................................................................. 3 3.2.2 DAC0832引脚 .......................................................................................................... 4 3.2.3 DAC0832内部框图 .................................................................................................. 5 3.3 系统框图 ........................................................................................................................... 6 四．系统调试 ................................................................................................................................... 6

4.1使用的主要仪器 ................................................................................................................ 6 4.2 实验步骤 ......................................................................................................................... 6 4.2.1 设计方法——硬件设计 ......................................................................................... 6 4.2.2 设计方法——软件设计 ......................................................................................... 7 4.3 测试数据及波形分析 ..................................................................................................... 8 4.3.1 实验步骤 ............................................................................................................... 8 4.3.2 实验结果 ............................................................................................................... 9 4.4 故障分析 ......................................................................................................................... 10 五．答辩题目及回答 ..................................................................................................................... 10 六．课程设计体会 ......................................................................................................................... 10 参考文献......................................................................................................................................... 11

一．内容摘要

单片机（Single chip microcomputer）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

单片机（Single chip microcomputer）微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）， 常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。

二．设计目的和要求

2.1 设计目的

（1）掌握DAC0832与PC机的接口方法。 （2）掌握D/A转换应用程序设计方法。

2.2 设计要求

利用DAC0832产生锯齿波。在矩形按键中任选三个键作为按键“1”，“2”，“3”。按“1”键频率为100HZ；按“2”键频率变为150HZ；按“3”键频率为200HZ。用示波器观察输出。

三．系统方案

3.1 设计思路

1.首先对于本次课题：波形发生器设计——按键控制频率而言，需要对产生锯齿波形进行程序上的编写

2.当锯齿波形图在keil软件以及示波器中正确显示后，通过调节程序代码中的不同延时子程序来控制延时的长短，从而达到调整实验中锯齿波形相对应“100Hz”、“150Hz”和

“200Hz”的频率输出结果。

3.程序中必须设置3个不同延时子程序来控制延时的长短，每个子程序对应于不同频率的锯齿波形图。

4.程序中设置按键程序（SWITCH语句），当对应按键按下时实现不同频率锯齿波的输出。 5.最后利用DAC0832数模转换口进行结果的输出操作，其中锯齿波形图参见示波器的连接显示。

3.2 DAC0832芯片

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

DAC0832引脚功能电路应用原理图DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。所以这个芯片的应用很广泛,关于DAC0832应用的一些重要资料见下图： D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。 3.2.1 DAC0832主要特性

（1）分辨率：为8位，逻辑电平与TTL兼容。 （2）电流稳定时间：1us。

（3）参考电压工作范围：-10V~+10V。 （4）可单缓冲、双缓冲或直接数字输出。 （5）只需在满量程下调整其线性度； （6）单一电源供电（+5V～+15V）； （7）低功耗：200mW。

3.2.2 DAC0832引脚

图3.2.1 DAC0832引脚图

DAC0832引脚功能如下：

○1 D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；

○2 ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； ○3 CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效，CS与ILE信号结合，可控制WR1是否起作用。

○4 WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；

○5 WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

○6XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效,用来控制WR2，选通DAC寄存器。

○7 IOUT1：DAC电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化； ○8 IOUT2：DAC电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数； ○9 RFB：反馈信号输入线，改变RFB端外接电阻值可调整转换满量程精度，为DAC提供电压输出；

1○0 VCC：电源输入端，VCC的范围为+5V～+15V； 1○1 VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V，通过它将外加高精度电压源与内部的电阻网络连接；

1○2 AGND：模拟信号地； 1○3 DGND：数字信号地

3.2.3 DAC0832内部框图

图 3.2.2 DAC0832逻辑框图

DAC0832转换器的内部框图如图3.2.2所示，是由一个输入寄存器、DAC寄存器和D\A转换器组成的。DAC0832为电流输出型D/A转换器，实际应用中可以通过外接运算放大器将电流转换为电压。

DAC0832是典型的带内部双缓数据缓冲器的8位D/A芯片，其逻辑结构如图所示。当ILE=1时，寄存器输出随着输入变化；当ILE=0时，数据锁存在寄存器中，不再随数据线上数据的变化而变化；当ILE端为高电平，CS与WR1同时为低电平时，使得LE1=1；当XFER与WR2同时为低电平时，使得LE2=1，DAC寄存器的输出随着寄存器的输入变化，WR2沿将输入寄存器的信息锁存在该寄存器中，RFB为外部运算放大器提供的反馈电阻。VREF端是由外电路为芯片提供一个-10~10V的基准电源。IOUT1和IOUT2为电流的输出端，两者之和为一个常数。

3.3 系统框图

图3.3.1 系统框图

调试过程的顺序是：首先硬件的调试，要先检查电路的逻辑线路是否正确，如果正确再检查原理图的线路连接是否正确，电路的布局安排是否合理等。其次软件的调试需要检查程序的语法是否正确，数据结构安排是否妥当，时序是否正确，整体流程安排是否合理等。只有硬件调试和软件调试分别检查妥当后，才可以进行系统调试最关键的一步，即软硬件的协同调试。

四．系统调试

4.1使用的主要仪器

DS5022ME示波器，XL2000MCU单片机实验箱，连接线若干

4.2 实验步骤

4.2.1 设计方法——硬件设计

A.电路原理图

图4.2.1 电路原理图

B.电路原理图说明

连线过程：

1.CS-片选位连接P2.7 2.WR-写入位连接P3.4

3.DAC0832数模转换器连接输出 4.按键J37连接89C51 \P1端口 5.连接于电脑 4.2.2 设计方法——软件设计 A.程序流程图

B.源程序

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define DATA P0 #define KEY P1 sbit wr=P3^4; sbit cs=P2^7; void delay1() {uchar i,j; cs=0; wr=0;

for(i=0;i

for(j=0;j

void delay2() {uchar i,j; cs=0; wr=0;

for(i=0;i

void delay3() {uchar i,j; cs=0; wr=0;

for(i=0;i

for(j=0;j

void main() {

switch(KEY) {

case 0xfd: delay1(); break;

case 0xfb:delay2(); break;

case 0xf7: delay3(); break; } }

4.3 测试数据及波形分析

4.3.1 实验步骤

1.了解课题：波形发生器设计——按键控制频率相关信息以及所用到的课设知识。 2.软件设计：

（1）编写波形图——锯齿波程序代码；

（2）编写3个不同频率的延时子函数代码控制编写不同锯齿波输出。 （3）编写主程序main（）函数的不同频率相对应的3个按键控制。 3.硬件设计：

连接线路于XL2000MCU单片机实验箱，本实验连线过程： （1）CS-片选位连接P2.7 （2） WR-写入位连接P3.4

（3） DAC0832数模转换器连接输出 （4）按键J37连接89C51 \P1端口 （5）连接于电脑

4.3.2 实验结果

图4.3.1（1） 频率99HZ锯齿波

图4.3.1(2) 频率159HZ锯齿波

图4.3.1(3) 频率211HZ锯齿波

4.4 故障分析

本次对于课题：波形发生器设计——按键控制频率的课程设计过程中产生了很多的问题：

1.硬件：

仪器客观问题，导致波形图迟迟不出现。

解决：反复替换仪器，进行尝试。

2.软件：

程序编程代码出错。对3个延迟子函数的编写中参变量只设置了一个i，造成频率变化超出字符0~255范围，导致示波器波形图不能正常显示。

解决：

在老师的指导下，反复修改程序。增加参变量J进行控制频率。

五．答辩题目及回答

DAC0832用了几级缓冲？哪几个控制信号？

答：用了单缓冲，CS和WR控制信号

六．课程设计体会

1

参考文献

1、《单片机原理及应用技术》万隆主编，清华出版社

2、《单片机原理及应用（第2版）》姜志海主编，电子工业出版社

3、《单片机原理与应用》（C语言版）王浩全等主编，人民邮电出版社 1 1


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