【正文】 ............................ 23 2 鋸齒波程序 ....................................................... 24 附錄 2 系統(tǒng)電路圖 .................................................... 27 4 1 緒 論 隨著電子測量及其他部門對各類信號發(fā)生器的廣泛需求及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，促使信號發(fā)生器種類增多，性能 提 高 。 尤其隨著 70 年代微處理 器的出現(xiàn)，更促使信號發(fā)生器向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。現(xiàn)在，許多信號發(fā)生器帶有微處理器，因而具備了自校、自檢、自動(dòng)故障診斷和自動(dòng)波形形成和修正等功能，可以和控制計(jì)算機(jī)及其他測量儀器一起方便的構(gòu)成自動(dòng)測試系統(tǒng)。當(dāng)前信號發(fā)生器總的趨勢是向著寬頻率覆蓋、 低功耗 、高頻率精度、多功能、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。 在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)分析、材料試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號發(fā)生器。而在我們 日 常生活中，以及一些科學(xué)研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號是常用 的基本測試信號。譬如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時(shí)基電路。 信號 發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。 但市面上能看到的儀器在頻率精度、帶寬、波形種類及程控方面都已不能滿足許多方面實(shí)際應(yīng)用的需求。加之各類功能的半導(dǎo)體集成芯片的快速生產(chǎn)，都使我們研制一種 低功耗 、寬頻帶，能產(chǎn)生多種波形并具有程控等 低頻的信號 發(fā)生器成為可能。 信號發(fā)生器廣泛應(yīng)用于電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、 遙測控制、測量儀器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域。采用集成運(yùn)放和分立元件相結(jié)合的方式，利用遲滯比較器電路產(chǎn)生方波信號，以及充分 利用差分電路進(jìn)行電路轉(zhuǎn)換，從而設(shè)計(jì)出一個(gè)能變換出鋸齒波、 方波的簡易信號發(fā)生器。通過對電路分析，確定了元器件的參數(shù)，并利用軟件仿真電路的理想輸出結(jié)果，克服了設(shè)計(jì)低頻信號發(fā)生器電路方面存在的技術(shù)難題，使得設(shè)計(jì)的低頻信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便。 5 隨著人們生活水平的不斷提高，單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對它的要求越 來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。 2 低頻信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案 總體方案論證與設(shè)計(jì) 信號發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法通常有以下幾種： 方案一： 用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。 方案二： 可以由晶體管、運(yùn)放 IC 等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信號發(fā)生器 IC 產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號發(fā)生器 IC，如 L803 BA20 XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻 率上限只有 300kHz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者互相影響。 方案三： 利用專用直接數(shù)字合成ＤＤＳ芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。但成本較高。 方案四：采用 AT89C51 單片機(jī)和 DAC0832 芯片，直接連接鍵盤和顯示。該種方案主要對 AT89C51 單片機(jī)的各個(gè) I/O 口充分利用 . P1 口是連接鍵盤以及接顯示電路 ,P2 口連接 DAC0832 輸出波形 .這樣總體來說 ,能對單片機(jī)各個(gè)接口都利用上 ,而不在多用其它芯片 ,從而減小了系統(tǒng)的成本 .也對按照系統(tǒng)便攜式低 頻信號發(fā)生器的要求所完成 .占用空間小 ,使用芯片少 ,低功耗。 綜合考慮，方案四各項(xiàng)性能和指標(biāo)都優(yōu)于其他幾種方案，能使輸出頻率有較好的穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)的要求，而且這些芯片及器件均為通用器件，在 6 市場上較常見，價(jià)格也低廉，樣品制作成功的可能性比較大，所以本設(shè)計(jì)采用方案四。 低頻信號發(fā)生器的性能 主要 產(chǎn)生 波形 方波、鋸齒波 頻率范圍 一般為 20Hz～ 12MHz 頻率準(zhǔn)確度 177。（ 1～ 3） %。 頻率穩(wěn)定度 一般為（ ～ ） %/小時(shí)。 輸出電壓 0～ 10V 輸出功率 ～ 5W 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)框架 本設(shè)計(jì)是用開關(guān)控制單片機(jī)執(zhí)行不同的波形發(fā)生子程序，即改變程序的運(yùn)行狀態(tài)，使信號發(fā)生單元能產(chǎn)生所需的波形。通過按鈕開關(guān)控制 AT89C51 單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的波形，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換和放大后顯示輸出。本 設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、 D/A 轉(zhuǎn)換、放大電路 、 按鈕開關(guān)和波形輸出 五部分組成。電路的總體設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示。 圖 1 波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)框圖 按 鈕 單 片 機(jī) 控 制 D / A 轉(zhuǎn) 換 放 大 電 路 波形輸出 7 根據(jù)圖 1 的總體設(shè)計(jì)框圖，設(shè)計(jì)出波形發(fā)生器的總體硬件電路圖，如圖 2 所示。 AT89C51 的 P1 口接一組轉(zhuǎn) 換開關(guān) DIPSW4,將 DIPSW4 的選擇信息通過 P1 口送到單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行波形選擇，控制輸出所需波形。單片機(jī) ～ 兩 個(gè)接口分別對應(yīng)方波、鋸齒波，并分別驅(qū)動(dòng)紅、藍(lán)兩 個(gè)發(fā)光二極管作為對應(yīng)波形的指示燈。單片機(jī)輸出的數(shù)字信號通過 DAC0832 轉(zhuǎn)換成模擬信號，模擬信號經(jīng)過 LM324 放大后顯示輸出。 AT8951 單片機(jī)介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存 儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C 單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 主要技術(shù)指標(biāo)和特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 8 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 外部引腳 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存