【正文】 司公布了最高取樣頻率為 5MHz，可以形成 256 點(diǎn)（存儲長度）波形數(shù)據(jù)，垂直分辨率為 8bit，主要用于振動，醫(yī)療，材料等領(lǐng)域的第一代高性 能信號源，經(jīng)過將近 30 年的發(fā)展，伴隨著電子元器件，電路，及生產(chǎn)設(shè)備的高速化，高集成化，波形發(fā)生器的性能有了飛速的提高。 8 2 方案論證與比較 依據(jù)應(yīng)用場合，需要實(shí)現(xiàn)的波形種類，波形發(fā)生器的具體指標(biāo)要求會有所不同。依據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求選擇不同的設(shè)計(jì)方案。通常，波形發(fā)生器需要實(shí)現(xiàn)的波形有正弦波，三角波，方波和鋸齒波。有些場合可能還需要任意波形產(chǎn)生。各種波形共有的指標(biāo)有：波形的頻率，幅度要求，頻率穩(wěn)定度等。對不同的波形，具體的指標(biāo)要求也會有所差異，例如，占空比是脈沖波形特有的指標(biāo)。波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案多 種多樣，大致可以分為三大類：純硬件設(shè)計(jì)法，純軟件設(shè)計(jì)法和軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)法。 方案一 波形發(fā)生器設(shè)計(jì)的純硬件法早期，波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)主要采用運(yùn)算放大器加分元件來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的波形比較單一，主要為正弦波，方波和三角波。工作原理也簡單：先是產(chǎn)生正弦波，然后通過波形變換（正弦波通過比較器產(chǎn)生方波，方波經(jīng)過積分器變?yōu)槿遣ǎ?shí)現(xiàn)方波和三角波。在各種波形后加上一級放大電路，可以使輸出波形的幅度達(dá)到要求，通過開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)不同輸出波形的切換，改變電路的具體參數(shù)可以實(shí)現(xiàn) 頻率，幅度和占空比的改變。通過對電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 及所用元件的嚴(yán)格選取可以提高電路的頻率穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。純硬件法中，正弦波的設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)方法也比較多，電路形式一般有 LC， RC 和石英晶體振蕩器三類。 LC 振蕩器適合宜于產(chǎn)生幾 HZ至幾百 MHZ 的高頻信號：石英晶體振蕩器能產(chǎn)生幾進(jìn) KHZ 至幾十 MHZ 的高頻信號且信號穩(wěn)定：對于頻率低于幾MHZ，特別是在幾百 HZ 時(shí)，常采用 RC 振蕩電路。 RC 振蕩電路又分為橋式振蕩電路，雙 T 網(wǎng)絡(luò)移相式振蕩電路等類型。其中以橋式振蕩電路最為常用。目前實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器最為簡單的方法是采用單片機(jī)集成的函數(shù)信號發(fā)生器。它是將產(chǎn)生各種各樣波形的功能 電路集成優(yōu)化到一個(gè)集成電路芯片里，外加少量的電阻，電容元件來實(shí)現(xiàn) ，采用這種方法的突出優(yōu)勢是電路簡單，實(shí)現(xiàn)方便，精度高，性能優(yōu)越：缺點(diǎn)是功能較全的集成芯片價(jià)格較貴。 9 方案二 波形發(fā)生器設(shè)計(jì)的純軟件法，波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)還可以采用純軟件的方法來實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器使傳統(tǒng)儀器發(fā)生了很大的變化，是現(xiàn)在發(fā)展的重要方向。它以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，軟件為核心，沒有傳統(tǒng)儀器那樣具體的物理結(jié)構(gòu)。在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)儀器的虛擬面板，通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和改變儀器的功能。用圖形化編程工具LabVIEW 來實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器的功能：在 LabVIEW 軟件的前面板通過拖放控件， 設(shè)計(jì)儀器的功能面板（如波形顯示窗口，波形選擇按鍵，波形存儲回放等工作界面），在軟件的后面板直接拖放相應(yīng)的波形函數(shù)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或直接調(diào)用編程函數(shù)來設(shè)計(jì)任意波形以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生功能：完成軟件打包后，可脫離編程環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行。 實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器的功能。采用軟件的虛擬儀器設(shè)計(jì)思路可以使設(shè)計(jì)簡單，高效，僅改變軟件程序就可以輕松實(shí)現(xiàn)波形功能的改變和升級。 10 方案三 勢：既具有純硬件設(shè)計(jì)的快速，高 性能，同時(shí)又具有軟件控制的靈活性，智能性。如以單片集成函數(shù)發(fā)生器為核心（如下圖 1）。輔以 鍵盤控制，液晶顯示等電路，設(shè)計(jì)出智能型函數(shù)波形發(fā)生器，采用軟硬件結(jié)合的方法可以實(shí)現(xiàn)功能較全，性能更優(yōu)的波形發(fā)生器，同時(shí)還可以擴(kuò)展波形發(fā)生器的功能，比如通過軟件編程控制實(shí)現(xiàn)波形的存儲，運(yùn)算，打印等功能，采用 USB 接口設(shè)計(jì)。使波形發(fā)生器具有遠(yuǎn)程通信功能。 圖 1 2 純硬件設(shè)計(jì)法功能較單一，波形改變困難，控制的靈活性不夠，不具備智能性，其中運(yùn)算放大器分立元件組成的波形發(fā)生器，除在學(xué)生實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練中使用外?；静槐徊捎?。純硬件 設(shè) 計(jì)法實(shí)現(xiàn)簡單，程序改變及工；升級靈活，但實(shí)現(xiàn)的波形精度及響應(yīng)速度不如硬件法高。純軟件法主要適用于對波形精度、 響應(yīng)速度要求不是很高的場合。相比之下，軟硬件結(jié)合的方法可以設(shè)計(jì)出性能最優(yōu)、功能擴(kuò)展靈活、控制智能化的新一代波形發(fā)生器，可以滿足教學(xué)、科研、工業(yè)生產(chǎn)等各方面對波形發(fā)生器性能 有較高要求的應(yīng)用。跟據(jù)上述所介紹，我們知道方案三最好，最容易實(shí)現(xiàn)。所以我們選擇用方案三。 11 3 硬件原理 波形的產(chǎn)生是通過 AT89S52 單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向 D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在 D/A 轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。 AT89S52 單片機(jī)的最小系統(tǒng)有三種聯(lián)系方式。一種是兩級緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級緩沖器后，送 D/A 黯然失色電路。第二種是單級緩沖器型，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)寄存器直接送入 DAC 寄存器 ，然后送 D/A 轉(zhuǎn)換電路。第三種是兩個(gè)緩沖器直通，輸入數(shù)據(jù)直接送 D/A 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本電路仿真的總圖 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 典型的 MSC51 單片機(jī)芯片集成了以下幾個(gè)基本組成部分。 1 一個(gè) 8 位的 CPU 如圖 2： 12 1 28B 或是 56B 單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 2 4KB 或 8KB 片內(nèi)程序存儲器（ ROM 或 EPROM） 3 4 個(gè) 8 位并行 I/O 接口 P0P3 4 兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 5 5 個(gè)中斷源的中斷管理控制系統(tǒng) 6 一個(gè)全雙工串行 I/O 口 UART（通用異步接收、發(fā)送器） 7 一個(gè)片內(nèi)振蕩器的時(shí)鐘產(chǎn)生電路 如圖 3 如圖 3 13 CPU 是單片機(jī)的核心部件。它由運(yùn)算器和控制器等部件組成。 1 運(yùn)算器 運(yùn)算器以完成二進(jìn)制的算術(shù) /邏輯運(yùn)算部件 ALU 為核心。它可以對半字節(jié)水（ 4）、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。例如 ，能完成加、減、乘、除、加 減 BCD 碼十進(jìn)制、比較等算術(shù)運(yùn)算，完成與、或、異或、求反、循環(huán)等邏輯操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。 運(yùn)算器還包含有一個(gè)布爾處理器，用以處理位操作。它以進(jìn)位標(biāo)志位 C 為累加器，可執(zhí)行、復(fù)位、取反、位判斷轉(zhuǎn)移，可在進(jìn)位標(biāo)志位與其他位尋址之間進(jìn)行位數(shù)據(jù)傳誦等操作，還可以完成進(jìn)位標(biāo)志標(biāo)志位與其他可位尋址之間進(jìn)行邏輯與、或操作。 2 程序計(jì)數(shù)器 PC PC 是一個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器，用于存放一條要執(zhí)行和指令地址，尋址范圍為 64KB， PC 有自動加 1 功能，即能完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動加 1 。 3 指令寄存器 指令寄存器用于存放指令代碼。 CPU 執(zhí)行指令時(shí)，由程序存儲器中讀取的指令代碼送如指令寄存器，經(jīng)過指令譯碼器譯碼后由定時(shí)有控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，完成指令功能。 存儲器和特殊功能寄存器 （ Memory） j 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放 程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲器中。它是根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。 2 特殊功能寄存器 特殊功能寄存器（ SFR）的地 址范圍為 80H~FFH。在 MSC— 51 中，除程序計(jì)數(shù)器 PC 和四個(gè)工作寄存器區(qū)外，其余二十一個(gè)特殊功能寄存器都在這SFR 中。 其中 5 個(gè)是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了 26 個(gè)字節(jié)。各特殊功能寄存器的符號和地址見附表 2。其中帶 *號的可位尋址。特殊功能寄存器反映了 8051的狀態(tài)，實(shí)際上是 8051 的狀態(tài)字節(jié)控制寄存器。用于 CPU PSW 便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功 14 能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是 P0~P3， P0~P3 口實(shí)際上是 4個(gè)八位鎖存器，每個(gè)鎖存器附 加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個(gè)并行接口。 MSC— 51 共有 P0~P3 四個(gè)這樣的并行接口，可提供 32 根 I/O 線 ，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中，累加器A、標(biāo)志寄存器 PSW、數(shù)據(jù)指針 DPTR 等的功能前也介紹了。 P0P3 口結(jié)構(gòu) P0 口功能： P0 口具有兩種功能：第一， P0 口可以作為通用 I/O 接口使用， — 用于傳送 CPU 的輸入 /輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)時(shí)可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖。第二， — 在 CPU 訪問片外存儲器時(shí)用于傳送片外存儲器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對片外存儲器的讀寫 P1 口 功能： P1 口的功能和 P0 口的第一功能相同， 僅用于傳遞 I/O 輸入 /輸出數(shù)據(jù)。 P2 口的功能： P2 口的第一功能和上述兩組引腳相同，即它可以作為通用 I/O 使用。它的第二功能和 P0 口引腳的第二功能相配合，作為地址總路線用于輸出片外存儲器的高 8 位地址。 P3 口功能： P3 口有兩個(gè)功能： 第一個(gè)功能與其余三個(gè)端口一第一功能一樣；第二功能作控制用，每個(gè)引腳都不同。 — RXD 串行數(shù)據(jù)接收口 — TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 — INT0 外中斷 0 — INT1 外中斷 1 — T0 計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 — T1 計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)輸入 — WR 外部 RAM 寫選通信號 — RD 外部 RAM 讀選通信號 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)：復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。 15 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。 如圖 4 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器或陶瓷振蕩器，構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有 一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自積振蕩，并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選擇用 6MHZ、 12MHZ、 24MHZ。 單片機(jī)的時(shí)序單位 振蕩周期：晶振的振蕩周期，又稱時(shí)鐘周期，為最小的時(shí)序單位。 狀態(tài)周期：振蕩頻率經(jīng)單片機(jī)內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi) CPU 的時(shí)鐘周期。因此一個(gè)狀態(tài)周期包含 2 個(gè)振蕩周期。 機(jī)器周期： 1 個(gè)機(jī)器周期由 6 個(gè)狀態(tài)周期 12 個(gè)振蕩周期組成，是計(jì)算機(jī)執(zhí)行一種基本操作的時(shí)間單位。 指令周期；執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。一個(gè)指令周期，由 1— 4 個(gè)機(jī)器周期組成，依據(jù)指令不同而不同。 單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài) 當(dāng) MCS— 51 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST（全稱 RESET）出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上和高電平時(shí)，根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。上電后，由于電容 C3 的充電和反相門的作用，使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn) 行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 K 16 后松開，也能使 RST 為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。 圖 5 復(fù)位電路 如圖 5 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC=0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動后，片內(nèi)RAM 為隨機(jī)值，運(yùn)行中的各位操作不不變換片內(nèi) RAM 區(qū)中的內(nèi)容， 21 個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。 51 單片機(jī)的復(fù)位是由 RESET 引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才 檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。 51 單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，將其內(nèi)部的一些重寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部 RAM 內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不孌。 DAC0832 的引腳及功能 1 DAC0832 是 8 分辨率的