智能仪器课程设计函数发生器

哈尔滨理工大学

测通学院

课程设计任务书

课程：智能仪器课程设计

题目：函数发生器

1、课程设计概述

本文是做基于单片机的信号发生器的设计，将采用编程的方法来实现正弦波的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。

由于本设计运用C语言，导致用独立式键盘来实现简单控制。本方案所产生的信号频率稳定性高，反应速度快。而且在硬件方面它所选的元器件比较常见。所以总的来说本方案的性价比高。

2、课程设计题目和实现目标

题目：《函数发生器》

要求：

1、键盘输入产生下半波正弦波 (用示波器观察)

2、频率可调

3、设计方案

（1）独立式键盘电路

独立式键盘中，各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，每根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态就可以很容易的判断按键是否被按下了。独立式键盘电路配置灵活，软件结构简单。但每个按键需占用一根输入线，在按键数量较多时，输入口浪费大，电路结构显得很繁杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。

（2）I2C总线特性

I2C总线是不同的IC或模块之间的双向两线通信。这两条线是串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。这两条线必须通过上拉电路连接至正电源。数据传输只能在总线不忙时启动。

1.一个数据位在每一个时钟脉冲期间传输。SDA线上的数据必须在时钟脉冲的高电压期间保持稳定，这个期间数据线上的改变将被当作控制信号。图12 位传输

2 数据和时钟线在总不忙时保持高电平。在时钟为高电平时，数据线上的一个由高到低的变化被定义为开始条件。时钟为高电平时，数据线上的一个由低到高的变化被定义为停止条件。

(3）主控电路

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

（3.1）主要特性

·与MCS-51 兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

寿命：1000写/擦循环

数据保留时间：10年

·全静态工作：0Hz-24MHz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

（3.2）编辑本段结构特点

8位CPU；

片内振荡器和时钟电路；

32根I/O线；

外部存贮器寻址范围ROM、RAM64KB

2个16位的定时器/计数器；

5个中断源，两个中断优先级；

全双工串行口；

布尔处理器；

4、Proteus仿真原理图

开始工作频率为190时的电路图：

处理器的结构：

5、程序代码：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define AddWr 0x90

#define AddRd 0x91

#define DM P1

#define WM P0

void start_i2c();//i2c启动

void stop_i2c();//i2c停止

void sendbyte(uchar c);//发送数据

void display();

void Hello();

bit DAC(uchar dat);

unsigned char x=0,m=0,y=128;

sbit S1=P3^1; //频率减

sbit S2=P3^2; //频率加

sbit S3=P3^3;

sbit SDA=P2^1;//S数据线

sbit SCL=P2^0;//S时钟线

sbit begin=P2^7;

int KaiShi = 0;

bit ack;

uchar code SinTab[256]={0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80, 0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,

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};

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

uchar code DuanMa[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x71,0x76};// 显示段码值0~9

uchar code WeiMa[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//分别对应相应的数码管点亮,即位码

uchar code HelloTab[]={0x76,0x79,0x38,0x38,0x3f}; //HELLO数模

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

//抖动延时

void delayms(uint t)

{

uint i;

while(t--)

{

for (i=0;i<125;i++);//对于12M时钟，约延时1ms

}

}

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

//延时函数

void delay(uint t)

{

uint i;

for (i=t;i>0;i--);

}

void Hello()

{

unsigned int i;

for(i=0;i<5;i++)

{

WM=0xff;

WM=WeiMa[i];

DM=0xff;

DM=HelloTab[i];

delayms(1);

}

}

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

// 定时器初始化

void time0_init()

{

TMOD=0x01;//定时器设置16位

TH0=(65536-5000)/256;

TL0=(65536-5000)%256;//初始化值

ET0=1;

TR0=1;

EA=1;

}

//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

//中断1

void time0_int(void) interrupt 1

{

TR0=0;//关闭定时器

TH0=(65536-5000)/256;

TL0=(65536-5000)%256;//重装初值

if(S1==0)

{

delayms(10);

if(S1==0) x=x+10;

while(!S1);//松手检测

}

if(S2==0)

{

delayms(10);

if(S2==0) x=x-10;

while(!S2);//松手检测

}

if( KaiShi )

{

display();

}

if(y>254) y=0;

if(m>1) m=0;

if(x>200) x=0;

TR0=1;//启动定时器

//display();

}

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

void sin()//下半波正弦波

{

uchar a;

for(a=0;a<255;a++)

{

sendbyte(SinTab[a]);

delay(x);

}

}

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

void display()

{

uchar bai,r,shi,ge;

bai=(200-x)/100;//百位

r=(200-x)%100;

shi=r/10; //十位

ge=r%10; //个位

WM=0xff;

WM=WeiMa[4];

DM=0xff;

DM=0x71;

delayms(1);

WM=0xff;

WM=WeiMa[7];

DM=0xff;

DM=DuanMa[ge];

delayms(1);

WM=0xff;

WM=WeiMa[6];

DM=0xff;

DM=DuanMa[shi];

delayms(1);

WM=0xff;

WM=WeiMa[5];

DM=0xff;

DM=DuanMa[bai];

delayms(1);

}

//-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

void start_i2c()

{

SDA=1;

delay(1);

SCL=1;

delay(6);

SDA=0;

delay(5);

SCL=0;

delay(5);

}

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

void sendbyte(uchar c)

{

uchar BitCnt;

for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)

{

if((c<

SDA=1;

else

SDA=0;

delay(1);

SCL=1;

delay(5) ;

SCL=0;

}

delay(2) ;

SDA=1;

delay(2) ;

SCL=1;

delay(3) ;

if(SDA==1)

ack=0;

else

ack=1;

SCL=0;

delay(2) ;

}

//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

bit DAC(uchar dat)

{

start_i2c();

sendbyte(AddWr);

if(ack==0)return(0);

sendbyte(0x40);

if(ack==0)return(0);

sendbyte(dat);

if(ack==0)return(0);

return(1);

}

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-------------------//

main()

{

time0_init();

//begin=1;

DAC(0);

Hello();

if(begin == 0)

{

KaiShi = 1;

while(1)

{

sin(); //下半波正弦波

}

}

}

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------//

6、调试总结

1．把程序分模块，一部分一部分调试，可以轻松找到症结所在，所有模块

都通过之后，再组合在一起，一般就没什么问题了，可以节省很多工作量2．Proteus用多了，画起来就很的心应手

7、设计心得体会

设计函数信号发生器有很多种方法,本文只是一种可能实现的方法。此法的频率控制和幅度控制分辨率高，且硬件集成度高,整机自动化程度高,性能优良,具有很高的实用价值。该信号发生器在调试时，总是出现许多的错误，软件上除了许多的问题，之后纠正和向老师、同学请教慢慢的改了过来。可是在仿真时依然存在很多的问题，开始的时候是仿真出不了波形，之后改了改电路的一根线，出现了。在频率的调节问题更多，而

使频率无法调节，同时信号的频率无法在示波器显示，鉴于此，我认为应该是输出中断出了问题，造成所定义的频率的个位，十位，百位都没有跟随键盘的输入而赋值，使其值时钟为初始设定值。

同时该信号源设计尚存在的不足之处，主要有两个方面，第一为缺乏频率准确显示的手段，可以配备相应的数字频率计模块，但如何将显示的精度与信号源的频段配合有待讨论研究；第二转换时可以加一个锁存器，并且放大电路有待进一步改进使其具有更强的输出能力。

参考文献

[1] 中国仪器仪表学会电磁测量信息处理仪器分会.发展中的远方集中抄表技术.电测与仪

表.2001，38(430）:5-9

[2] 赵伟,吕鸿莉,郭蕴蛟.电子式电能表及其在现代用电管理中的应用.北京:中国电力出版

社,1999.

[3] 韩光辉.住宅电能表的发展浅析.洛阳工业高等专专学校报.2005,15(1):18-20

[4] 万莉群.发展中的远方集中抄表技术.江西电力.2005，29(4）:48-51