【正文】 .........................................................................7 程序流程圖與仿真圖 ...........................................................................................................7 結(jié)論 ...........................................................................................................................................15 答謝 ...........................................................................................................................................16 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................................16 7 單片機(jī)概述 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，中央處理器 (CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器 (ROM)、 (I/O)接口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和串行通信接口，以及其他一些計(jì)算機(jī)外圍電路等均可集成在一塊芯片上構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱為單片機(jī)。單片機(jī)具有體積小、成本低，性能穩(wěn)定、使用壽命長等特點(diǎn)。其最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中，這是其他計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)都無法做到的 [1,2]。 信號(hào)發(fā)生器的分類 范圍分類可以分為：超低頻信號(hào)發(fā)生器、低頻信號(hào)發(fā)生器、視頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類也不盡一致。按照頻率波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻信號(hào)發(fā)生器。按照輸出波形分類可以分為：正弦信號(hào)發(fā)生器和非正弦信號(hào)發(fā)生器，非正弦信號(hào)發(fā)生器又包 括：脈沖信號(hào)發(fā)生器，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字序列波形發(fā)生器、圖形信號(hào)發(fā)生器、噪聲信號(hào)發(fā)生器等。按照信號(hào)發(fā)生器性能指標(biāo)可以分為一般信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。前者指對(duì)輸出信號(hào)的頻率、幅度的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類信號(hào)發(fā)生器。后者是指其輸出信號(hào)的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號(hào)發(fā)生器 [1,2]。 研究內(nèi)容 本文是做基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，將采用編程的方法來實(shí)現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各 種波形的頻率進(jìn)行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。在程序運(yùn)行中，當(dāng)接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時(shí)再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù) /模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器處理后，從信號(hào)發(fā)生器的輸出端口輸出 8 2. 方案的設(shè)計(jì)與選擇 方案的比較 方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如 8038）， 8038 可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制電壓，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號(hào)的頻率穩(wěn)定度不高。 方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用 鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（ VCO）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難以達(dá)到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復(fù)雜。 方案三：采用單片機(jī)編程的方法來實(shí)現(xiàn)。該方法可以通過編程的方法來控制信號(hào)波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實(shí)現(xiàn)頻率的變換。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào)，所以信號(hào)的精度可以做的很高。 鑒于方案一的信號(hào)頻率不夠穩(wěn)定和方案二的電路復(fù)雜，頻率覆蓋系數(shù)難以達(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)，所以決定采用方案三的設(shè)計(jì)方法。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬件的方法來實(shí)現(xiàn)，使得信號(hào)頻率的穩(wěn)定性 和精度的準(zhǔn)確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價(jià)格便宜，使得硬件的開銷達(dá)到最省 [3,4]。 設(shè)計(jì)原理 數(shù)字信號(hào)可以通過數(shù) /模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，因此可通過產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方法來獲得所需要的波形。 80C51 單片機(jī)本身就是一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，具有組成微型計(jì)算機(jī)的各部分部件：中央處理器 CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、 I/O 接口電路、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等，只要將 80C51 再配置鍵盤及其接口、顯示器及其接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換及波形輸出、指示燈 及其接口等四部分，即可構(gòu)成所需的波形發(fā)生器，其信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成原理框圖如圖 所示。 圖 21信號(hào)發(fā)生器原理框圖 如圖 所示 80C51 是整個(gè)波形發(fā)生器的核心部分，通過程序的編寫和執(zhí)80C51 單片機(jī) 接口 電路 D/A 轉(zhuǎn)換器 濾波放大 輸出 9 行，產(chǎn)生各種各樣的信號(hào)，并從鍵盤接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種功能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過接口電路到達(dá)轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)也就是所需要的輸出波形。 設(shè)計(jì)思想 （ 1）利用單片機(jī)產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波等信號(hào)波形，信號(hào)的頻率。 （ 2）將一個(gè)周期的信號(hào)分離成 256 個(gè)點(diǎn)（按 X 軸等分），每兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為 ??，用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生，其表示式為： / 256???? 。 如果單片機(jī)的晶振為 12MHz，采用定時(shí)器方式 0，則定時(shí)器的初值為： 152 mec??? ? ? ? () 定時(shí)時(shí)間常數(shù) 為 ： ( 81 29 ) / ( 25 6)L M O D? ? ? ? ? () (8129 ) / ( 256)?? ? ? ?? () MOD32 表示除 32取余數(shù) （ 3）正弦波的模擬 信號(hào) 是 D/A轉(zhuǎn)換器的模擬量輸出，其計(jì)算公式為： ( / 2 si n ) / 2Y ? ? ?? ? ? 其中 refV?? () t? ???? 其中 1~ 256N? () 那么對(duì)應(yīng)著存放在計(jì)算機(jī)里的這一點(diǎn)的數(shù)據(jù)為： ( 2 5 5 ) ( si n 1 ) 2 5 52i YD ? ? ? ? ???? （ 4）一個(gè)周期被分離成 256 個(gè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的四種波形的 256 個(gè)數(shù)據(jù)存放在以TAB1— TAB4 為起始地址的存儲(chǔ)器中。 設(shè)計(jì)功能 本方案利用 8255A 擴(kuò)展 8個(gè)獨(dú)立式按鍵， 6個(gè) LED顯示器。其中“ S0”號(hào)鍵代表方波輸出，“ S1”號(hào)鍵 代表正弦波輸出，“ S2”號(hào)鍵代表三角波輸出，“ S3” 號(hào)鍵代表鋸齒波輸出。 “ S4”號(hào)鍵為 10Hz 的頻率信號(hào)，“ S5”號(hào)鍵為 100Hz 的頻率信號(hào)，“ S6”號(hào)鍵為 500Hz 的頻率信號(hào)，“ S7”號(hào)鍵為 1KHz 的頻率信號(hào)， 6個(gè) LED 顯示器輸出信號(hào)的頻率值，選用共陽極 LED。利用 DAC0832 實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)的信號(hào)源。頻率范圍： 10Hz,100Hz,500Hz,1000Hz。輸出波形幅度為 0～ 5V。 10 3. 硬件設(shè)計(jì) 硬件原理圖 硬件原理方框圖如圖 。 圖 31 硬件原理框圖 如圖 所示 80C51 單片機(jī)為硬件系統(tǒng)的核心，單片機(jī)對(duì)鍵盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率，通過顯示電路顯示頻率值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器放大電路輸出波形，通過示波器可以觀察波形與頻率，復(fù)位電路用于系統(tǒng)復(fù)位重啟。 主控電路顯示 電路 鍵盤 電路 放大 電路 復(fù)位 電路 波形 輸出 數(shù) /模轉(zhuǎn) 換電路 單 片 機(jī) 11 RE TD0D0D1D1D2D2D3D3D4D4D5D5D6D6D7D7D0D1P 2 7P 2 7WRRDB0B1B2B3B4B5B6B70001020304050607X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1D034D133D232D331D430D529D628D727RD5WR36A0