代码收藏家技术教程 2023-12-30

基于51单片机的信号发生器仿真设计详解

基于51单片机信号发生器仿真设计

（仿真+程序源码+设计说明书）

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

目录标题

基于51单片机信号发生器仿真设计

讲解视频

仿真电路

程序

LCD1602显示

按键扫描

主函数

正弦波发生子程序

矩形波发生子程序

三角波发生子程序

锯齿波发生子程序

设计说明书

设计清单

设计说明：

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

讲解视频

51单片机数字多种波形信号发生器仿真设计（程序+仿真+报告+代码讲解）

仿真电路

矩形波

程序

程序设计流程图

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。

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。

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。

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。

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。

图21 锯齿波发生流程图

设计说明书

摘要

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