函数信号发生器实验报告

课程设计报告

课程 微机原理课程设计 题目 系 别 物理与电子工程学院

年 级 专 业 电子信息工程

班 级 3 学 号 160408

学生姓名

指导教师 马玉龙 职 称

设计时间 2011.5.30~2011.6.3

目录

绪论 .................................................................................................................................................. 2

第一章 题目要求 ............................................................................................................................. 3

1.1 设计要求 ............................................................................................................................. 3

1.2 设计目的 ............................................................................................................................. 3

1.3设计环境 .............................................................................................................................. 3

第二章 方案设计与论证 .................................................................................................................... 4

2.1主要芯片介绍 ....................................................................................................................... 4

2．1.1 DAC0832芯片介绍.................................................................................................. 4

2.1.2 8255A芯片介绍 ......................................................................................................... 7

2.2 主要设计思想 ...................................................................................................................... 8

第三章 结构框图等设计步骤 ............................................................................................................. 9

3.1总体设计流程图 ................................................................................................................... 9

3.2 锯齿波实现过程................................................................................................................... 9

3.3三角波实现过程 ................................................................................................................. 10

3.4 正弦波实现过程..................................................................................................................11

3.5 方波实现过程 .................................................................................................................... 12

第四章 测试结果及相关分析 ........................................................................................................... 13

4.1 调试步骤 ........................................................................................................................... 13

4.2 硬件实物连线图 ................................................................................................................. 13

4.3 运行结果 ........................................................................................................................... 14

第五章 总结与体会 ......................................................................................................................... 19

参考文献 ......................................................................................................................................... 20

绪论

函数信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、函（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。

信号发生器用来产生频率为20Hz～200kHz的正弦信号（低频）。除具有电压输出外，有的还有功率输出。所以用途十分广泛，可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。另外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。低频信号发生器的原理：系统包括主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和指示电压表。

第一章 题目要求

1.1 设计要求

函数信号发生器：利用微机原理实验箱D/A转换制作一个可输出正弦波、方波、锯齿波、三角波等等波形的信号发生器，用示波器可观察。要求能够实现频率、幅值的可调。

1.2 设计目的

利用所学微机原理的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。

我们这次的课程设计是以微机原理为基础，设计并开发能利用按键输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、方波）。

掌握各个接口芯片(如0832和8255等)的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。

在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的练习大家也都是分散的对各个章节的内容进行练习。因此，缺乏一种系统的设计锻炼。在课程所学结束以后，这样的课程设计十分有助于学生的知识系统的总结到一起。

通过这几个波形进行组合形成了一个函数发生器，使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以锻炼大家微机原理知识的应用。

1.3设计环境

1、计算机一台

2、实验箱一台（DICE-8086KⅡ）

3、示波器一个

4、导线若干

第二章 方案设计与论证

2.1主要芯片介绍

2．1.1 DAC0832芯片介绍

DAC0832当今世界在以电子信是8位分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容，这个系列的芯片 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了广泛的应用。这类D/A转换器由8位输入锁存器，8位DAC寄存器，8位DA转换电路及转换控制电路构成。单电源供电,在+5~+15V范围内均可正常工作。基准电压的范围为±10V,电流建立时间为1μs,CMOS工艺,低功耗20mW。

1、DAC0832的引脚及功能：

DAC0832芯片是一种具有两个输入数据寄存器的8位DAC，它能直接与MCS51单片机

接口，其主要特性参数如下：

·分辨率为8位；

·电流稳定时间1us;

·可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；

·只需在满量程和下调整其线性度；

·单一电源供电（＋5V～＋15V）；

·低功耗，200mW。

为便于DAC0832的使用，特将其应用特性总结如下：

·DAC0832是微处理器兼容型D/A转换器，可以充分利用微处理器的控制能力实现对D/A

转换的控制。这种芯片有许多控制引脚，可以和微处理器控制线相连，接受微处理器的控

制，如ILE、/CS、/WR1、/WR2、/XFER端。

·有两级锁存控制功能，能够实现多通道D/A的同步转换输出。

·DAC0832内部无参考电压源；须外接参考电压源。

·DAC0832为电流输入型D/A转换器，要获得模拟电压输出时，需要外加转换电路。

DAC0832的引脚图及逻辑结构如下图：

图 1.1 DAC0832结构框图及引脚排列

DAC0832各引脚的功能如下：

DI0～DI7： 数据输入线。

ILE ： 数据允许锁存信号，高电平有效；

/CS： 输入寄存器选择信号，低电平有效。/WR1为输入寄存器的写选通信号。输入寄存器的锁存信号/LE1由ILE 、/CS、/WR1ILE 为高电平、/CS为低电平、

/WR1输入负脉冲时，在/LE1产生正脉冲；/LE1为高电平，输入锁存器的状态随数据输入线的状态变化，/LE1的负跳变将数据线上的信息锁入输入寄存器。

/XFER: 数据传送信号，低电平有效。/WR2为DAC寄存器的写选通信号。DAC寄存器的锁存信号/LE2,由/XEFR、/WR2的逻辑组合产生。当/XFER为低电平，/WR2输入负脉冲，则在/LE2产生正脉冲；/LE2为高电平是时，DAC寄存器的输出和输入寄存器的状态一致，/LE2负跳变，输入寄存器的内容打入DAC寄存器。

VREF ： 基准电源输入引脚 。

Rfb ： 反馈信号输入引脚，反馈电阻在芯片内部。

IOUT1、IOUT2 ： 电流输出引脚。电流IOUT1、IOUT2 的和为常数，IOUT1、IOUT2 随DAC寄存器的内容线性变化。

VCC： 电源输入引脚。

AGND： 模拟信号地

DGND： 数字地。

2、DAC0832三种数据输入方式：

（1）双缓冲方式：即数据经过双重缓冲后再送入D／A转换电路，执行两次写操作才能完成一次D／A转换。这种方式可在D／A转换的同时，进行下一个数据的输入，可提高转换速率。更为重要的是，这种方式特别适用于要求同时输出多个模拟量的场合。此时，要用多片DAC0832组成模拟输出系统，每片对应一个模拟量。

（2）单缓冲方式：不需要多个模拟量同时输出时，可采用此种方式。此时两个寄存

器之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入D／A转换电路。这种方式只需执行

（3、、和端都接数字地，ILE接高电平，使LE1、LE2均为高电平，致使两个锁存寄存器同时处于放行直通状态，数据直接送入D／A转换电路进行D／A转换。这种方式可用于一些不采用微

机的控制系统中或其他不须0832缓冲数据的情况。

2.1.2 8255A芯片介绍

8255A可编程并行输入/输出接口芯片是Intel公司生产的外围接口电路。它采用NMOS工艺制造，用单一+5V电压供电，具有40条引脚，采用又列直插式封装。它有A 、B、 C、3个端口，24条I/O线，可以通过编程的方法来设定各种I/O功能。由于它功能强，又能方便地与各种8/16位微机系统相配，所以应用较为普遍。8255的引脚图图如下所示：

PA7~PA0：A口的8条I／O线。8条线只能同时作为输入或输出，不能分开使用，可设置成双向口，也只有A口允许这样做。

PB7~PB0：B口的8条I／O线。不可以设置成双向口，其它和A口一样。

PC7~PC0：C口的8条I／O线。不可以设置成双向口，但它可以分拆为两组即高4位和低4位，这两组可以任意设置为输入或输出。除了作为独立的I／O线外，C口还经常为A口、B口服务，配合A口、B口作联络线使用。

A1、A0：端口地址选择信号。用于选择8255A的3个数据端口和一个控制口。当

A1A0=00时，选择端口A；为01时，选择端口B；为10，选择端口C；为11时，选择控制口。引脚图如下：

图2 8255引脚图

2.2 主要设计思想

课设需要各个波形的基本输出。如输出锯齿波、三角波、正弦波。这些波形的实现的具体步骤：锯齿波实现很简单，只需要一开始定义一个初值，然后不断的加1，当溢出后又重初值开始加起，就这样循环下去。三角波的实验过程是先加后减，我的一开始的实现方法是先是从00H开始加1直到溢出后就执行减1操作，就这样不断调用这个循环。正弦波的实现是非常麻烦的。它的实现过程是通过定义一些数据，然后执行时直接输出定义的数据就可以了。我们使用的解决方法是人为计算出要输出的点，然后建一个表通过查表来进行输出，这样主要工作任务就落到了建表的过程中。这样做的好处在于，查表所耗费的时钟周期相同，这样输出的点与点之间的距离就相等了，输出的波形行将更趋于完美，不过由于实验箱的限制，如果表中的数据太多的话，就会出现跳转的错误，所以我们选取了一百多个点，不过由于选取的点不是很精确，所以波形会有点失真。

通过8255和B5区的按键相连接来控制各个波形的输出。能根据1-4键状态进行波形切换，按一下键，产生波形，不按键无波形输出。如按“1”键，其它键不按，产生三角波；按“2”键，其它键不按，产生锯齿波；按“3”键，其它不按，产生方波；按“4”键，其他键不按，产生正弦波。反复按键，不断产生相应的波形。

第三章 结构框图等设计步骤

3.1总体设计流程图

图3 总体设计流程图

3.2 锯齿波实现过程

锯齿波的实现过程是首先定义一个初值然后进行加法操作，然后加到某个数之后与选定的值相比较，相同的话就再重新设置为初值，再重复执行刚刚的操作，如此循环下去。流程图如下所示：

图5 锯齿波实现流程图

3.3三角波实现过程

三角波的实现是设置一个初值，然后进行加数，同样是加到某个数之后再进行减数，减到初值之后就再返回到先前的操作，这个操作跟锯齿波的实现是相似的。该波形输出的最大频率是初值为00H和最终值为0FFH，且步数为1，这样输出的波形是最大的。程序流程图如下图所示：

图6 三角波实现流程图

3.4 正弦波实现过程

正弦波的实现则相对比较复杂，因为正弦波的实现是输出各个点的值就行了，可是各个点值则要通过正弦函数来求出，不过这些值直接去网上下载下来使用就可以了。输出的数据是111个数据，这样则可以直接相加就行了。流程图如下所示：

图7 正弦波实现流程图

3.5 方波实现过程

方波的实现过程比较简单，先给一个循环次数的值，然后给Al一个初值，然后循

环一定的时间，再给Al另一个值，再次循环相同的时间，就得到了方波。

图8 三角波实现流程图

第四章 测试结果及相关分析

4.1 调试步骤

按照实验原理图及电路图和接线步骤连好实验线路。

把设计好的程序放在D盘下，运行DICE8088软件，首次要进行仿真机的设置，按照它自带的说明进行设置。

打开实验箱和示波器的外置电源，在DICE8088这个软件中打开自己设计好的程序，然后检查下位机是否已经连上，若连上则“编译、装载、运行”，将示波器的探头连接到DAC0832的OUT，观察波形是否满足设计要求。

4.2 硬件实物连线图

表1 线路连接说明

4.3 运行结果

根据8255的PA口输入不同的值，来选择不同的波形。按“1”为三角波，按“2”为锯齿波，按“3”为方波，“4”为正弦波。各个波形的运行结果如下： 三角波输出波形

实现代码如下：

SAN PROC NEAR MOV DX,ADDR_0832 MOV AL,00H MOV CX,1000 BEGAIN1:

INC AL

OUT DX,AL

CMP AL,0FFH JNZ BEGAIN1 BEGAIN2:

DEC AL

OUT DX,AL CMP AL,00H JNZ BEGAIN2 LOOP BEGAIN1 RET SAN ENDP

；定义三角波过程 ；给AL赋初值 ；设置循环次数

；比较值是不是已满 ；未满则跳转BEGAIN1

锯齿波输出波形

实现代码如下：

JU PROC NEAR MOV DX,ADDR_0832 MOV CX,100 LP1: MOV AL,00H STEP: OUT DX,AL INC AL CMP AL,0FFH JNZ STEP LOOP LP1 RET JU ENDP

方波输出波形

图11 方波输出波形

FANG PROC NEAR MOV DX,ADDR_0832 MOV BX,1000 LP2: MOV CX,256 BEGAIN3:

MOV AL,0FFH

OUT DX,AL LOOP BEGAIN3 MOV CX,256 BEGAIN4:

MOV AL,01H

OUT DX,AL LOOP BEGAIN4 DEC BX JNZ LP2 RET FANG ENDP

正弦波输出波形

图12 正弦波输出波形

SINE PROC NEAR MOV DX,ADDR_0832 MOV BX,100 LP3: LEA SI,TAB MOV CX,111 NEXT1: MOV AL,[SI] OUT DX,AL

；将tab地址赋给si ；将si地址里面的内容给al

INC LOOP DEC JNZ RET SINE ENDP

SI

NEXT1 BX LP3

第五章 总结与体会

本次课程设计的内容为利用微机原理实验箱D/A转换制作一个可输出正弦波、方波、锯齿波、三角波等等波形的信号发生器，综合运用了所学的微机原理知识，通过DICE8086KⅡ平台，用示波器输出波形，用了一周的时间基本完成了本次实训。

在课程设计中，我们三人分工明确，每个人负责完成各个分支代码，然后共同研究硬件线路的连接。每个人在设计过程中都遇到了不同程度的问题，然后通过讨论，查阅资料和请教老师，各个难点都基本得到了解决。在调试过程中，我们采纳了老师的建议，将各个子程序分别调试，通过许多次的调试和修改，不断的修改和完善各个分支，最后将分支整合，组成一个完整的程序。尽管失败是一次又一次，但是我们没有气馁，一步一个脚印的去发现问题，解决问题，在摸索中不断进步。

这次设计是一次团队合作的生动体现，每个人都充分发挥他们的擅长之处，有的程序的编写，有的擅长硬件的连接，有的擅长报告的归纳、总结，总的来说这次设计让我们团队中的每个成员都得到了充分的锻炼，每个人在这个过程中都复习了以前所学的知识并且学到了新的知识，能力都得到不同程度的提高，可以说这是一次检验我们在大学中学习和运用知识的很好机会。为我们以后的学习和工作打下了一个良好的基础。

当然在编写程序的过程中，我们也清醒的认识到自己的编程能力都有待提高，许多基本指令都不能够熟练运用，整体编程思想不够清晰。这些不足都需要我们在平时的学习过程中去弥补，通过对基本知识的学习和掌握，以及要勤于练习勤于编程，只有这样才能够去顺利完成一个程序的编写，所谓熟能生巧。

参考文献

[1]范立南.微型计算机原理与应用.沈阳：东北大学出版社，2001

[2]赵国相,于秀峰.微型计算机原理及接口技术. 北京:科学出版社，2004.4

[3]张有德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验.上海:复旦大学出版社，1994.6

[4]丁元杰主编．单片微机原理及应用（第2版）．北京：机械工业出版社，2001

[5]潘新民王燕芳编著．微型计算机控制技术．北京：高等教育出版社，2004

附录源代码及注释

CODE SEGMENT

ASSUME CS:CODE

START: JMP START0

ADDR_0832 EQU 8000H

C8255 EQU 0FF2BH

PA8255 EQU 0FF28H

TAB DB 80H,85H,89H,8DH

DB 99H,9FH,0A2H,0ABH

DB 0B1H,0BAH,0BFH,0C2H

DB 0C7H,0CCH,0D1H,0D6H

DB 0DAH,0DFH,0E3H,0E7H

DB 0EAH,0EEH,0EFH,0F2H

DB 0F8H,0F9H,0FAH,0FBH

DB 0FDH,0FFH,0FFH,0FFh

DB 0FDH,0FBH,0FAH,0F9H

DB 0F5H,0F2H,0F1H,0EEH

DB 0E9H,0E3H,0E1H,0DEH

DB 0C5H,0BFH,0BAH

DB 0AEH,0ABH,0A2H,9CH

DB 96H, 93H,8DH, 86H

DB 7CH,79H,6CH,69H

DB 66H,63H,5AH,57H DB 4CH,48H,40H,3AH DB 38H,30H,2EH,29H DB 25H,22H,1EH,1AH DB 09H,08H,07H,00H DB 02H,04H,05H,08H DB 0AH, 0EH,11H,13H DB 16H, 1AH,1EH,22H DB 15H,13H,0EH,0DH

DB 29H,2BH,30H,35H

DB 3AH,3DH,43H,48H

DB 51H,57H,5AH,60H

DB 69H,6CH,6FH,80H

START0:

MOV DX,C8255 MOV AL,90H OUT DX,AL MOV DX,PA8255 IN AL,DX CMP AL,0FFH JZ START XOR AL,0FFH ;8255初始化 ;判断是否有按键按下 ;若无键，则跳转 ;对AL按位取反

START1:

TEST AL,01H

JZ START2 CALL SJ ;测试是不是第一个按键按下 ;如果不是则跳转到START2 ;否则调用SJ子程序

JMP START

START2:

TEST AL,02H

JZ CALL START3 JUCHI ;测试是不是第二个键按下

JMP START

START3:

TEST AL,04H

;测试是不是第三个键按下 JZ START4 CALL FB

JMP START

START4:

TEST AL,08H

JZ START1

CALL SIN ;测试是不是第四个键按下

JMP START

;**************三角波****************

SJ PROC NEAR ;定义三角波过程

;给AL赋初值

;设置循环次数 MOV DX,ADDR_0832 MOV AL,00H MOV CX,10

BEGAIN1:

INC AL ;执行加1操作

;比较值是不是已满 ;未满则跳转BEGAIN1 OUT DX,AL CMP AL,0FFH JNZ BEGAIN1

BEGAIN2:

DEC AL

DX,AL

AL,00H ;执行减1操作 ;比较是不是等于00H OUT CMP

JNZ BEGAIN2

LOOP BEGAIN1

RET

SJ ENDP

;*************锯齿波*****************

JUCHI PROC NEAR

MOV DX,ADDR_0832

MOV CX,10

LP1: MOV AL,00H

STEP: OUT DX,AL

INC AL

;对AL赋初值

CMP

JNZ AL,0FFH STEP

;比较AL是不是为0FFH ;不是的话跳转到STEP ;如果是的话跳转到LP1 LOOP LP1

RET

JUCHI ENDP

;**************方波*****************

FB PROC NEAR

MOV BX,10 MOV DX,ADDR_0832

LP2: MOV CX,0FFH

BEGAIN3:

MOV AL,0FFH ;对AL赋值——高电平

OUT LOOP DX,AL BEGAIN3 ;将AL值赋给DX所在的地址中

MOV CX,0FFH

BEGAIN4:

MOV AL,00H

OUT DX,AL LOOP BEGAIN4 DEC BX JNZ LP2 ;对AL赋值——低电平

RET

FB ENDP

;***************正弦波**************

SIN PROC NEAR

MOV DX,ADDR_0832

MOV BX,111

LP3: LEA SI,TAB

MOV CX,111

NEXT1: MOV AL,[SI]

OUT DX,AL INC SI LOOP NEXT1 DEC BX JNZ LP3 RET

START ;将tab地址赋给si ;将si地址里面的内容给al ;到CX为0的时候结束跳转 ;增加正弦波的周期数 SIN ENDP CODE ENDS END