基于51单片机的信号发生器的设计

通信工程学院

课程设计说明书

题       目      信号发生器的设计       

课 程 名 称      单片机原理及应用A     

专       业        电子信息工程         

班       级        K电信ZB102          

学 生 姓 名          刘婷婷             

学       号         240106807           

设 计 地 点        信息楼C210           

指 导 教 师           宗  慧             

起 止 日 期  2013-6-17/24至2013-6-21/28 

一、课程设计目的

二、课程设计任务

三、课程设计要求

四、课程设计思路

五、课程设计软件仿真结果截图

六、课程设计体会

七、主要参考文献

八、附录：源程序代码

1、课程设计目的：

在学习《单片机原理及应用A》课程的基础上，进一步深入理解MCS-51单片机的结构、工作原理和应用技术，提高单片机控制系统设计、研发的能力；按照教学计划的要求，利用一周时间，综合应用所学知识，设计具有一定功能的小型单片机控制系统，培养学生一定的自学能力和分析问题、解决问题的能力，要求学生能通过思考、查阅工具书、参考文献，提出自己的设计方案，找出设计中遇到问题的解决途径。

2、课程设计要求：

1、整个课程设计的各个环节都要自己动手。

2、通过TLC5615串行D/A转换芯片完成信号发生器设计，经由示波器观察信号波形；

3、采用C语言编程实现； 

4、其他要求参见“nKDE-51单片机实验教学系统实验指导书；

5、基本任务为必做项目，附加任务为选做项目；

6、对课程设计进行总结，撰写课程设计说明书。

三、课程设计任务：

1、基本任务：利用nKDE-51单片机实验教学系统上的硬件资源，实现信号发生器的功能。

2、附加任务：通过键盘（1）选择输出信号的波形；

                     （2）调整幅度、频率等参数。

3、工作量要求：（1）设计的硬件电路图与程序流程图；

              （2）源程序代码；

              （3）系统运行结果符合课程设计要求。

四、课程设计思路：

1、TLC5615芯片结构：

引脚功能：DIN：串行数据输入端           OUT                              SCLK

           SCLK：串行时钟输入端         REFin                             CS        

           CS：片选端，低电平有效                                         DIN     

           OUT:DAC模拟电压输出端                                         DOUT  

           REFin：基准输入端

2、TLC5615芯片工作原理：

TLC5615由16位转换寄存器、控制逻辑、10位DAC寄存器、上电复位、DAC、外部基准放大器、基准电压倍增器等部分组成。

TLC5615通过固定增益为2 的运放缓冲电阻串接网络，把10位数字数据转换成模拟电压。上电时，内部电路吧10DAC寄存器复位至全0，其输出具有与基准输入相同的极性。

（1）数据输入。由于DAC是12位寄存器，所以在写入10位数据后，最低2位写入2个“0”。

（2）输出缓冲器。输出缓冲器具有满电源电压幅度输出，它带有短路保护并能驱动有100pF负载电容的2kΩ负载。

（3）外部基准。外部基准电压输入经过缓冲，使得DAC输入电阻与代码无关。因此，REFin的输入电阻为10MΩ，输入电容典型值为5pF，它们与输入代码无关。基准电压决定DAC的满度输出。

（4）逻辑接口。逻辑输入端可使用TTL或CMOS逻辑电平。使用满电源电压幅度时，CMOS逻辑可得到最小的功耗。使用TTL逻辑电平是，功耗需求增加约2倍。

（5）串行时钟和更新速率。TLC5615的最大串行时钟频率近似为14MHz。通常，数字更新速率受片选周期的。对于满度输入阶跃跳变，10位DAC的建立时间约为12.5μs，这把更新频率在80KHz。

当片选信号为低电平时，输入数据读入16bit移位寄存器。SCLK输入的上升沿把数据移入输入寄存器，接着，CS的上升沿把数据传送至DAC寄存器，当CS为高电平时，输入的数据不能由时钟同步送入输入寄存器。所有CS的跳变应发生在SCLK输入为低电平时。

DIN只需要输入12位数据，DIN输入的12位数据中，前10位为TLC5615输入的D/A转换数据，并且输入时，高位在前，低位在后，后2位必须写入为0的2位数值，因为TLC5615的DAC输入锁存器为12位宽。

3、总流程图：

4、程序编译及软件仿真电路原理图：

元器件列表：

1、按下三角波键示波器输出三角波，同时液晶屏上显示“san jiao bo”

2、按下“锯齿波”键示波器输出三角波，同时液晶屏上显示“ju chi bo”

3、按下“方波”键示波器输出三角波，同时液晶屏上显示“fang bo”

4、按下“正弦波”键示波器输出三角波，同时液晶屏上显示“sine”

5、当无任何键按下时示波器输出直线，同时液晶屏上显示“wave” 

6、显示字符“三”：

6、课程设计体会：

本次课程设计我做的是信号发生器，参考相关书籍和老师给的程序，很快就把三角波、锯齿波、方波、正弦波四种波形显示出来了。后面就是波形显示切换和在液晶屏上显示对应波形说明的问题。在老师同学和自己的努力下，在原程序上利用IF语句和SWITCH语句实现了波形按键切换功能，即想要显示方波按下“方波”键即可。另外我们这组还在LCM 1602液晶屏上显示出了汉字，通过参考资料加上自己对汉字显示原理的理解，最终在液晶屏上显示出汉字“三”，虽然只是简单的“三”，但是过程是相当不容易。这次课程设计很有趣，让我实实在在收获了不少东西，知道了DA转换和LCM1602显示的原理，尤其是在LCM 1602汉字的显示原理。这次课程设计也提高了我的编程能力和同学的合作能力。

7、主要参考文献：

1、《nKDE51单片机实验教学系统实验指导书》南京邮电大学，2011年

2、《单片机原理与应用及C51程序设计》（第2版），谢维成等编著，清华大学出版社，2009年

3、《单片机原理及应用》（第2版），李建忠，西安电子科技大学出版社，2008年

4、《基于protues的51系列单片机设计与仿真》侯玉宝 陈忠平 李成群等编著，电子工业出版社

八、源程序代码： 

LCM1602.H

#ifndef LCM1602_h

#define LCM1602_h

#define BUSYFLAG    0x80

#define BLINK        0x01

#define NOBLINK        0x00

unsigned char LCMReadState(void);

void LCMDelay(int);

void LCMWriteCmd(unsigned char);

void LCMWriteData(unsigned char);

void LCMClear(void);

void LCMInit(void);

void LCMGotoXY(unsigned char,unsigned char);

void LCMDisplayChar(unsigned char,unsigned char,unsigned char);

void LCMDisplayString(unsigned char,unsigned char,unsigned char*);

void LCMBlink(unsigned char,unsigned char,unsigned char);

#endif

BOXING.H

#include

#include

#include

#include

#define OSC            22118400

#define BAUDRATE    9600

sbit    DIN = P1^4;          //串行数据输入端

sbit    SCK = P1^5;         //串行时钟输入端

sbit    CS  = P1^6;      //DA片选端

sbit     S0    = P2^0;      // 三角波

sbit     S1    = P2^1;         //    锯齿波

sbit     S2    = P2^2;         //    方波波

sbit     S3    = P2^3;        //    正弦波

  //正弦波

unsigned char code type[256]={     

0x80,0x83,0x86,0x,0x8c,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,

0xae,0xb1,0xb3,0xb6,0xb9,

0xbc,0xbf,0xc1,0xc4,0xc7,0xc9,0xcc,0xce,0xd1,0xd3,0xd5,0xd8,0xda,0xdc,0xde,

0xe0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe8,

0xea,0xeb,0xed,0xef,0xf0,0xf1,0xf3,0xf4,0xf5,0xf6,0xf8,0xf9,0xfa,0xfa,0xfb,

0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xfe,

0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfe,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,

0xfa,0xfa,0xf9,0xf8,0xf6,

0xf5,0xf4,0xf3,0xf1,0xf0,0xef,0xed,0xeb,0xea,0xe8,0xe6,0xe4,0xe2,0xe0,0xde,

0xdc,0xda,0xd8,0xd5,0xd3,

0xd1,0xce,0xcc,0xc9,0xc7,0xc4,0xc1,0xbf,0xbc,0xb9,0xb6,0xb3,0xb1,0xae,0xab,

0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,

0x99,0x96,0x93,0x90,0x8c,0x,0x86,0x83,0x80,0x7d,0x7a,0x77,0x74,0x70,0x6d,

0x6a,0x67,0x,0x61,0x5e,

0x5b,0x58,0x55,0x52,0x4f,0x4d,0x4a,0x47,0x44,0x41,0x3f,0x3c,0x39,0x37,0x34,

0x32,0x2f,0x2d,0x2b,0x28,

0x26,0x24,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0f,0x0d,

0x0c,0x0b,0x0a,0x08,0x07,

0x06,0x06,0x05,0x04,0x03,0x03,0x02,0x02,0x02,0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,0x01,

0x01,0x02,0x02,0x02,0x03,

0x03,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0f,0x10,0x11,0x13,

0x15,0x16,0x18,0x1a,0x1c,

0x1e,0x20,0x22,0x24,0x26,0x28,0x2b,0x2d,0x2f,0x32,0x34,0x37,0x39,0x3c,0x3f,

0x41,0x44,0x47,0x4a,0x4d,

0x4f,0x52,0x55,0x58,0x5b,0x5e,0x61,0x,0x67,0x6a,0x6d,0x70,0x74,0x77,0x7a,

0x7d};

void DAConvert(unsigned int da)    //并行转串行

{

    int i;

da <<= 2;

    da &= 0xFFC;

    SCK = 0;

    CS = 0;

for(i=0;i<12;i++)

    {

        if(da & 0x800)

        DIN = 1;

        else DIN = 0;

        SCK = 1;

        SCK = 0;

        da <<= 1;

    }

    CS = 1;

    SCK = 1;

    DIN = 1;

}

void Delay(unsigned int t)

{

  unsigned int i;

  while(t--)

{for(i=0;i<100;i++);}

}

void ling ()

{       LCMClear()  ;

       LCMDisplayString(1,5,"wave ");

           while(1)

        { DAConvert(0);

              if(S0==0||S1==0||S2==0||S3==0)break;

        }

}

void sanjiaobo()

{         LCMClear()  ;

       LCMDisplayString(1,2,"san jiao bo");

        while(1)

        {  unsigned int i;

            for(i=0;i<256;i++)

            {DAConvert(i);} 

            for (i=256;i>0;i--)

            { DAConvert(i);}

        if(S0==1)break;}

 }    

void juchibo()

{           LCMClear()  ;

       LCMDisplayString(1,2,"ju chi bo");

        while(1)

        {    unsigned int i;

            for (i=0;i<256;i++)

            { DAConvert(i);}

         if(S1==1)break;}

}    

void fangbo()

{        LCMClear()  ;

       LCMDisplayString(1,2,"fang bo");

        while (1)

        {

            DAConvert(40);

            Delay(50);

            DAConvert(0);

            Delay(50);    

        if(S2==1)break; }    

}

void sine()

{          LCMClear()  ;

       LCMDisplayString(1,5,"sine");

      while(1)

     {

             unsigned char i;

            DAConvert(type[i]);

            i++;

     if(S3==1)break;}

}

void boxing(void)

{      int key=0;

    while(1)

{      

     if ( S0==1&&S1==1 && S2==1 &&S3==1 ) key=0;

        if ( S0==0) key=1;

     if ( S1==0) key=2;

     if ( S2==0) key=3;

     if ( S3==0) key=4;

    switch (key)

    {case 0: ling();     

             break;

     case 1: sanjiaobo();    

             break;

     case 2: juchibo();

             break;

     case 3: fangbo();

             break;

      case 4: sine();

             break;

            }

}        

}        

LCM1602.C

#include

#include

#include

#include

#define BUSYFLAG    0x80

#define BLINK        0x01

#define NOBLINK        0x00

#define LCM_DB    P0

sbit LCM_RS        = P1^0;

sbit LCM_RW        = P1^1;

sbit LCM_E        = P1^2;

sbit LCM_BLC    = P1^3;

unsigned int data DelayConst = 140;

/******************************************************************************

函数名：LCMDelay

功  能：通过循环的方式延时

参  数：int，表示要延时的毫秒数

******************************************************************************/

void LCMDelay(int ms)

{

    unsigned int i,cnt;

    cnt = DelayConst * ms;

for(i=0;i}

/******************************************************************************

函数名：LCMReadState

功  能：查询LCM的忙标志/当前AC地址

返  回：BYTE，最高bit为1表示忙，为0表示闲

******************************************************************************/

unsigned char LCMReadState(void)

{

    unsigned char state;

    LCM_E = 0;

    LCM_RS = 0;

    LCM_RW = 1;

    LCM_E = 1;

    _nop_();

    _nop_();

    state = LCM_DB;

    LCM_E = 0;

    return state;

}

/*******************************************************************************

函数名：LCMClear

功  能：清屏

*******************************************************************************/

void LCMClear(void)

{

    LCMDelay(1);

    LCM_E = 0;

    LCM_RS = 0;

    LCM_RW = 0;

    LCM_DB = 0x01;

    LCM_E = 1;

    _nop_();

    _nop_();

    LCM_E = 0;

    LCMDelay(1);

}

/*******************************************************************************

函数名：LCMWriteCmd

功  能：向LCM写入控制字

参  数：BYTE，命令字节。写入前不判断忙表示(因为初始化过程中不能判断)

*******************************************************************************/

void LCMWriteCmd(unsigned char cmd)

{

    LCMDelay(1);

    LCM_E = 0;

    LCM_RS = 0;

    LCM_RW = 0;

    LCM_DB = cmd;

    LCM_E = 1;

    _nop_();

    _nop_();

    LCM_E = 0;

}

/******************************************************************************

函数名：LCMWriteData

功  能：向LCM写入数据

参  数：BYTE，将要写入的数据

******************************************************************************/

void LCMWriteData(unsigned char dc)

{

    while(LCMReadState() & BUSYFLAG);

    LCM_RS = 1;

    LCM_RW = 0;

    LCM_DB = dc;

    LCM_E = 1;

    _nop_();

    _nop_();

    LCM_E = 0;

}

/******************************************************************************

函数名：LCMInit

功  能：初始化LCM

参  数：DWORD，晶振频率(Hz)，供计算延时常数

******************************************************************************/

void LCMInit(void)

{

    LCMDelay(60);                    // 延时60ms，等待LCM复位

    LCMWriteCmd(0x38);                // 功能设置：8位接口，2行，5x7字符点阵

    LCMDelay(5);                        // 延时

    LCMWriteCmd(0x38);                // 第二次

    LCMDelay(1);                        // 延时

    LCMWriteCmd(0x38);                // 此后可以通过监测忙标志判断指令执行情况

    while(LCMReadState() & BUSYFLAG);

    LCMWriteCmd(0x08);                // 关闭显示 

    while(LCMReadState() & BUSYFLAG);

    LCMWriteCmd(0x01);                // 清屏

    while(LCMReadState() & BUSYFLAG);

    LCMWriteCmd(0x06);                // 显示地址自动增量，整体不移位

    while(LCMReadState() & BUSYFLAG);

    LCMWriteCmd(0x0e);                // 开显示，开光标，不闪烁

    while(LCMReadState() & BUSYFLAG);

}

/******************************************************************************

函数名：LCMGotoXY

功  能：移动光标到X行，Y列

参  数：BYTE，x表示行(0,1)，y表示列(横向，取值0~0x0f)

******************************************************************************/

void LCMGotoXY(unsigned char x,unsigned char y)        // x:行(0~1) y:列(0~F)

{

    unsigned char cmd;

    if(x==0)

    {

        cmd = 0x80 | y;

    }

    else

    {

        cmd = 0x80 | 0x40 | y; //（第1行第0列为40H开始）

    }

    LCMWriteCmd(cmd);

    while(LCMReadState() & BUSYFLAG);

}

/******************************************************************************

函数名：LCMDisplayString

功  能：从指定的位置开始显示字符串

参  数：x表示行(0,1)，y表示列(横向，取值0~0x0f)，*str为指向将要显示的字符串的指针

******************************************************************************/

void LCMDisplayString(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char* str)

{

    unsigned char ptr;

    ptr = 0;

    while(*(str+ptr) != 0)

    {

        LCMDisplayChar(x,(y+ptr),*(str+ptr));

        ptr++;

    }

}

#include

#include

#define BUSYFLAG    0x80

#define BLINK        0x01

#define NOBLINK        0x00

#define OSC    22118400

unsigned char ucTH,ucTL,Ticks;

//*****************************************************************************

// 函数名：T0ISR

// 功  能：50ms中断服务程序

//*****************************************************************************

void T0ISR(void) interrupt 1

{

    TH0 = ucTH;

    TL0 = ucTL;

    TR0 = 1;

    Ticks ++;

    if(Ticks == 20)

    {

        Ticks = 0;

         LCM_BLC = 0;

    }

}

void main(void)

{

    // 初始化

    EA = 0;                    // 停止所有中断

    Ticks = 0;

    ucTH = (65536-OSC/12/20)/256;        // 计算50ms定时的时间常数

    ucTL = (65536-OSC/12/20)%256;

    TMOD = 0x01;                // T0：模式1，16位定时器

    TH0 = ucTH;

    TL0 = ucTL;

    ET0 = 1;                // T0允许中断

    TR0 = 1;                // 启动定时器

    EA = 1;                    // 打开总中断允许    

    LCMInit();

    LCMClear();

          while(1)

         {boxing();}     

}

汉字显示程序

#include

#define uint unsigned int 

#define uchar unsigned char 

sbit rs=P1^0; 

sbit rw=P1^1; 

sbit en=P1^2;

sbit LCM_BLC = P1^3; 

//字符“三”

uchar code table[]={0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0F,//“三”左上半部分

                0x00,0x00,0x7E,0x00,0x00,0x00,0x00,0x7C, //“三”右上半部分

                0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x7F,0x00,0x00, //“三”左下半部分

                0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x7F,0x00,0x00//“三”右下半部分

};

void delay(uint n)                              //延时  

{ 

    uint x,y; 

for(x=n;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

} 

void lcd_wcom(uchar com)                      //向lcm1602写入命令字 

{ 

    rs=0; 

    rw=0; 

    P0=com; 

    delay(5); 

    en=1; 

    en=0; 

} 

void lcd_wdat(uchar dat)                      //向lcm1602写入数据 

{ 

    rs=1; 

    rw=0; 

    P0=dat; 

    delay(5); 

    en=1; 

    en=0; 

} 

void lcd_init()                             //lcm1602初始化

{ 

         lcd_wcom(0x38);             

         lcd_wcom(0x0c);           

         lcd_wcom(0x06);             

         lcd_wcom(0x01);             

}

void main() 

{     

    char m=0;

    LCM_BLC = 0; 

    lcd_init(); 

    lcd_wcom(0x40);                     //设定CGRAM地址 

    for(m=0;m<;m++)                    //将代码写入CGRAM中 

    { 

            lcd_wdat(table[m]);           

    } 

    lcd_wcom(0x85);                    //设定上排的显示位置 

for(m=0;m<2;m++)

    { 

            lcd_wdat(m); 

    } 

    lcd_wcom(0xc5);                    //设定下排的显示位置 

for(m=2;m<4;m++)

    { 

            lcd_wdat(m); 

    } 

while(1); 

}