基于51的波形发生器设计报告

摘要：系统采用单片机stc90c51为控制核心，输出数字量，然后由pcf8591p进行数模转换，

在示波器中显示波形。显示利用的是动态LED共阴极数码管，显示其波形，频率。按键采用的是独立按键，用来切换波形及调整频率。波形通过对给定的点定义数组输出进行显示。频率通过中断时间进行调节。8路LED检测按键使用。

关键词：stc90c51，pcf8591p，独立按键

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一、题目要求

题目：设计基于51的波形发生器。

设计要求：1、可产生正弦波及方波；

2、频率可调节，并显示在数码管上。 3、LED在运行过程中按要求亮。

二、设计方案

2.1总体设计思路

根据题目的要求，制定了整体方案：以STC90C51单片机为控制核心，P2^0、P2^1口接pcf8591p信号输入并进行数模转换，P3口接8路独立按键，P1口接8路LED ，P0口接数码管显示，由程序控制P2口产生波形（分别是正弦波、方波），再由按键及按键次数控制产生波形的种类及频率在一定范围内可调。在LED上实时的显示波形的频率和种类，波形在示波器上产生。正弦波波形的发生：在产生正弦波时，每周期只取80个点，在波形尽量不失贞的前提下，使其频率达到的值尽量大，以便示波器显示。

2.2总体框图

P2.2 p2.3 138译码器 系统复位 p2.4 P0 数码 显示 系统时钟 STC90C51 P2.0p2.1 D/A转换 波形 P3 独立按键

2.3波形发生

采用单片机和数模转换pcf8591p实现波形的产生。通过STC90C51执行方波正弦波程序，向D/A转换器的输入端按I2C总线方式发送数据，从而在D/A转换电路输出端得到相应的电压波形。在STC90C51的P3口接矩阵按键，通过软件编程来选择波形、频率，每种波形对应一个按键，频率增加、减少各对应一个按键。

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2.3显示部分

8段LED共阴极数码管，138译码器进行位选，P0口输出段选信号。

2.4按键部分

采用独立按键，它相比较矩阵键盘，按键的数目比少，结构简单，方便操作，执行效率高。

三、硬件电路

硬件电路原理图

3.1显示及键盘接口电路

功能：led显示，按键扫描。

由LED数码管显示器和独立按键组成。当某一按键按下一次时，扫描程序扫描到之后，通过P0口将信号发送到LED。扫描及显示利用程序实现，不断扫描独立按键，当某一按键按下时，随即执行程序段，完成相应的功能。

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共阴极数码管

8路独立按键

3.2 D/A转换电路

功能：将波形样值编码转换成模拟值，输出波形。

由一片PCF8591组成。PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。有四路A/D转换输入，1路D/A模拟输出，也就是既可以作D/A转换也可以作A/D转换。

PCF8591靠数据线SDA和时钟线SCL和90C51联系。单片机以I2C协议向PCF8591发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各种波形进行抽样，然后把各种采样值进行编码，收到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表的方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。如N个点构成波形的一个周期，则PCF8591输出N个样点值后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。利用单片机的中断时间控制输出周期的速度，也就是控制输出的波形的频率。

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D/A转换电路图

3.3 复位电路

单片机的复位电路在刚接通电时，刚开始电容是没有电的，电容内的电阻很低，通电后，5V的电通过电阻给电容进行充电，电容两端的电会由0V慢慢的升到4V左右（此时间很短一般小于0.3秒），RC构成的微分电路在上电瞬间产生一个微分脉冲，其宽度大于两个机器周期，90C51复位。因此，复位脚的电由低电位升到高电位，引起了内部电路的复位工作，RST端电压慢慢下降，降到一定电压值以后，即为低电平，单片机开始正常工作（即上电复位，也叫初始化复位）；当按下复位键时，电容两端放电，电容又回到0V了，于是又进行了一次复位工作（即手动复位）。

复位电路

3.4 8路LED

发光二极管用于按键检测，检查按键扫描是否成功，以验证程序的有效性。

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8路LED图

四、软件设计

主程序和子程序都存放在PCF8591单片机中。主程序的功能是：开机做键盘扫描及显示工作，然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理。子程序的功能有：延时子程序、中断程序、显示子程序、按键子程序，按键子程序中有频率的加和减键、波形的转换键等共4个键。

五、软硬件测试

在单片机编程中主要出现了以下问题：

1) 键盘扫描时，多次扫描的问题，最终加入循环语句，是按键松开时执行，解决。 2) 共256个样值点的正弦波输出时，不能完整显示的问题，采用每隔3个样值点输出

一个的方案，减少样值数量从而增大输出频率。 3) 中断时间问题，因为定时器中断时间过短引起的波形不能正常显示问题。最终考虑

了D/A转换时间，以及程序段的执行时间，使一次中断时间不小于100毫秒，得以解决。

4) 数码管显示的闪动问题，加大了对动态显示数码管的扫描频率，更改了由浮点数构

成的频率计算公式，解决了计算引起的程序执行时间过长问题。

5) 正弦波频率范围问题，通过计算子程序段执行时间，定时器中断时间，DA转换时

间，最终确定频率输出范围10hz—800hz。

六、心得体会

在做课程设计的过程中我学到了很多东西，有如下收获：

1) 对51系列单片机的原理和功能有了进一步的了解，学到了更多的电路知识，如复

位电路的原理，晶振电路的作用，旁路电容的作用，上拉电阻的功能。

2) 在对单片机编程过程中，认识了解了IIC总线输入方式，了解了PCF8591类芯片的

使用方法。

3) 对于示波器显示有了更深刻了解，知道了它对于输出信号频率的要求，频率过大时

会造成不能完整显示，或者显示呈现为动态点的现象。 4) 更深刻的了解了51中定时器的使用，及应该注意到事项。

5) 通过本次课程设计，我更加深刻的认识到团队合作的重要性，小组成员分工合作，

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8路LED图

四、软件设计

主程序和子程序都存放在PCF8591单片机中。主程序的功能是：开机做键盘扫描及显示工作，然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理。子程序的功能有：延时子程序、中断程序、显示子程序、按键子程序，按键子程序中有频率的加和减键、波形的转换键等共4个键。

五、软硬件测试

在单片机编程中主要出现了以下问题：

1) 键盘扫描时，多次扫描的问题，最终加入循环语句，是按键松开时执行，解决。 2) 共256个样值点的正弦波输出时，不能完整显示的问题，采用每隔3个样值点输出

一个的方案，减少样值数量从而增大输出频率。 3) 中断时间问题，因为定时器中断时间过短引起的波形不能正常显示问题。最终考虑

了D/A转换时间，以及程序段的执行时间，使一次中断时间不小于100毫秒，得以解决。

4) 数码管显示的闪动问题，加大了对动态显示数码管的扫描频率，更改了由浮点数构

成的频率计算公式，解决了计算引起的程序执行时间过长问题。

5) 正弦波频率范围问题，通过计算子程序段执行时间，定时器中断时间，DA转换时

间，最终确定频率输出范围10hz—800hz。

六、心得体会

在做课程设计的过程中我学到了很多东西，有如下收获：

1) 对51系列单片机的原理和功能有了进一步的了解，学到了更多的电路知识，如复

位电路的原理，晶振电路的作用，旁路电容的作用，上拉电阻的功能。

2) 在对单片机编程过程中，认识了解了IIC总线输入方式，了解了PCF8591类芯片的

使用方法。

3) 对于示波器显示有了更深刻了解，知道了它对于输出信号频率的要求，频率过大时

会造成不能完整显示，或者显示呈现为动态点的现象。 4) 更深刻的了解了51中定时器的使用，及应该注意到事项。

5) 通过本次课程设计，我更加深刻的认识到团队合作的重要性，小组成员分工合作，

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qrnr.html