【正文】 緒論 1 第 1 章 緒論 課題的背景 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器被廣泛運(yùn)用在工業(yè)自動(dòng)化，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，教學(xué)科研等多個(gè)方面，它能夠產(chǎn)生方波，鋸齒波，正弦波還有三角波，這種波形可以作為一種常見(jiàn)的信號(hào)運(yùn)用在測(cè)試方面。利用 示波器，顯示器和其他設(shè)備，以便根據(jù)相關(guān)的規(guī)則，來(lái)讓電子運(yùn)動(dòng)，在熒光屏上產(chǎn)生圖像，經(jīng)常會(huì)利用鋸齒波信號(hào)發(fā)生器作為時(shí)基電路。 要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測(cè)信號(hào)波形，要求在水 平偏轉(zhuǎn)線圈上加隨時(shí)間線性變化的電壓 —— 鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向勻速搜索熒光屏。 對(duì)示波器屏幕上所測(cè)量的波形，在水平偏轉(zhuǎn)線圈和電壓不變形隨時(shí)間線性變化， 對(duì)于三角波，方波也有重要的作用 。通常情況下，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是可以自動(dòng)產(chǎn)生三角波，正弦波和鋸齒波的階梯電壓波形。 因此， 希望設(shè)計(jì)出來(lái)一種 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，可產(chǎn)生正弦波，三角波，方波 的方案 。 課題的可行性研究 為適應(yīng)特定的功能和需求，一個(gè)函數(shù)發(fā)生器，可以產(chǎn)生三種或更多種波形。在該裝置中利用到的可以是一個(gè)分離裝置，并且也能是集成型的設(shè)備，并且能夠利用它有很多 種方法來(lái)產(chǎn)生正弦波，三角波和方波。如果按照周期來(lái)確定一個(gè)由整形電路，正弦波到方波，積分電路后，讓它實(shí)現(xiàn)一個(gè)三角波變換成正弦波的功能。非正弦波，正弦波，還可以生成三角波 和 方波，然后三角波和方波轉(zhuǎn)換成正弦波。 由于電子科技在飛速發(fā)展，新型的材料，更加完善的設(shè)備層出不窮地出現(xiàn)，新型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，在設(shè)備上面的選擇可以更加多。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案 2 第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案 方案一 利用文氏電橋產(chǎn)生正弦振蕩，再經(jīng)由比較器得到方波，方波通過(guò)積分從而可以得到三角波。 此方案由于是開(kāi)環(huán)電路，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，它所能 夠產(chǎn)生出來(lái)的正弦波跟方波失真會(huì)比較小。但會(huì)在產(chǎn)生的過(guò)程中存在一些難題，因?yàn)樗枰念l率覆蓋系數(shù)需要達(dá)到1000 倍，明顯可以看出 1000 倍的頻率的變化將改變 DT 積分需要的時(shí)間造成了 1000的輸出電壓振幅產(chǎn)生變化的三角波次，而這是電路所不希望的。在幅度的穩(wěn)定性上很難滿足條件，這樣容易在仿真的時(shí)候使積分器發(fā)生失調(diào)的現(xiàn)象。 方案二 利用 ICL8038 芯片構(gòu)成 8038 集成函數(shù)發(fā)生器。 8038 是一種能夠產(chǎn)生多種波形輸出的精密振蕩集成電路，是一個(gè)多用途，可以用來(lái)產(chǎn)生正弦波，三角波，鋸齒波，方波，并且 可以施加直流電壓來(lái)調(diào)整振蕩產(chǎn)生的頻率。因?yàn)橥獠侩娙萜?C的充電，放電電流是通過(guò)兩個(gè)電流源來(lái)控制輸出的，所以電容器 C 兩端的電壓 u和時(shí)間呈線性關(guān)系，可以輸出三角波波形。 方案三 利用單片機(jī) AT89C52 程序設(shè)計(jì)由轉(zhuǎn)換器 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換。 AT89C52 單片機(jī)使用的程序代碼設(shè)計(jì)的方法，產(chǎn)生鋸齒波，三角波，正弦波，方波，然后將數(shù)字信號(hào)用模擬信號(hào)顯示，通過(guò)四波的 D / A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 濾波器放大，最后由示波器顯示，選擇頻率的類型通過(guò)鍵盤來(lái)改變，以控制四個(gè)波形，最終輸出和顯示類型和它們的 值。 系統(tǒng)方案論證 使用單芯片的軟件設(shè)計(jì)的方法被用來(lái)制造四種波形，通過(guò)鍵盤選擇四種波形，頻率可由 LCD1602 型和波形顯示的頻率進(jìn)行調(diào)整。 通過(guò)單片機(jī)控制轉(zhuǎn)換，輸出四種波形、易操作，成本較低。 總結(jié)之前的三種情況，我們最終決定以方案三來(lái)產(chǎn)生信號(hào)。南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 芯片介紹 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要使用到的芯片是 DAC0832 和 AT89C52。 DAC0832 的介紹 DAC0832 是一種轉(zhuǎn)換的 D / A 芯片，他的采樣頻率為 8 位，集成電路具有兩個(gè)輸入 寄存器， DAC0832 芯片的緩沖方式有單個(gè)緩沖器、雙緩沖和直通，通過(guò)三種不同的輸入方法，能夠適用于各種電路（例如：多模擬 D / A 同步異步輸入，轉(zhuǎn)換）。所以 DAC0832 在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的運(yùn)用。 關(guān)于 DAC0832 應(yīng)用的一些重要資料見(jiàn)下圖 圖 DAC0832 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖 以電流的形式來(lái)顯示轉(zhuǎn)換得到的結(jié)果 。 如果有必要，可以模擬對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，由線性運(yùn)算放大器高輸入阻抗來(lái)實(shí)現(xiàn)。可通過(guò) RFB 端引用片內(nèi)固有電阻 來(lái)調(diào)整 運(yùn)放的反饋電阻， 或者通過(guò) 外接 來(lái)調(diào)整 。 TTL 電平 滿足 DAC0832 的邏輯輸入 ，可 直接連接在TTL 電路，或者計(jì)算機(jī)上面。 DAC0832 芯片引腳功能： D0? D7： 8 個(gè)數(shù)據(jù)輸入， TTL 電平，有效時(shí)間應(yīng)當(dāng)超過(guò) 90ns（或鎖存數(shù)據(jù)錯(cuò)誤）； ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效； CS：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； WR1：數(shù)據(jù)鎖存寫(xiě)選通輸入線，負(fù)脈沖（ 脈沖的周期需超過(guò) 500ns 時(shí)）有效。生產(chǎn) LE1 由 ILE， CS 邏輯 WR1，當(dāng)所述 LE1 高時(shí)， 數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換， LE1 的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù) 據(jù)鎖存； 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 4 XFER：通過(guò)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)靡钥刂菩盘?hào)的輸入，低電平有效，負(fù)脈沖（脈沖寬度應(yīng)超過(guò)500ns 時(shí)）有效 。 WR2： DAC 寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈沖寬度應(yīng)超過(guò) 500ns 的）有效。 WR2: DAC 寄存器選通輸入線， 負(fù)脈沖 （脈寬需大于 50ns 時(shí)）有效。 由 WR2 、 XFER 的邏輯組合 ，生成 LE2。當(dāng) LE2 是高電平的時(shí)候，輸入二會(huì)導(dǎo)致 DAC 寄存器輸出的結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 LE2 的負(fù)跳變將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容轉(zhuǎn)入 DAC 寄存器，同時(shí)也會(huì)進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換。 IOUT1：電流輸出端 1， 它的值隨著 DAC 的內(nèi)容而產(chǎn)生線性變化 ； IOUT2：電流輸出端 2， 它的值跟 IOUT1 的 值 相加會(huì)得到一個(gè)常數(shù) ； RFB：反饋信號(hào)輸入線，改變的 RFB 的電阻大小可以調(diào)整并且轉(zhuǎn)換全部量程的精度值 。 Vcc：電源輸入端， Vcc 的范圍為 +5V～ +15V； VREF： 基準(zhǔn)電壓 輸入線， VREF 的范圍為 10V～ +10V； AGND：模擬信號(hào)地； DGND：數(shù)字信號(hào)地。 單片機(jī) AT89C52 的介紹 AT89C52 是由美國(guó)制造的低電壓，且高性能的單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi) 8k 字節(jié)的，可以反復(fù)擦寫(xiě)的 FLASH 只讀程序存儲(chǔ)器。并且該單片機(jī)還帶有 256 字節(jié)的能夠隨機(jī)存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器該公司所用的相關(guān)技術(shù)，具有密度高，不易丟失數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，并且可以兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) 。 單片機(jī)內(nèi)具有通用的 8 位中央處理器， FLASH 存儲(chǔ)單元。 如 圖是 AT89C52 的引腳圖。 圖 AT89C52 引腳圖 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的整體設(shè)計(jì) 采用單片機(jī) AT89C52 DAC0832 LCD1602 組成的控制系統(tǒng) ，其系統(tǒng)硬件總體方框圖如圖 所示 : 圖 整體設(shè)計(jì)框圖 在圖 的系統(tǒng)中，以高性能 /價(jià)格比的 AT89C52 為核心，采用新型單片數(shù)字DAC0832 來(lái)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換， LCD1602 顯示，此外，還 有鍵盤 /顯示電路等，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的基本組成 主要由單片機(jī) ,數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 ,放大器模塊 ,顯示模塊 ,按鍵設(shè)定模塊組成。 如 圖所示 鍵盤顯示控制器 顯示模塊 鍵盤模塊 波形輸出模塊 電 源 源 主 控 器 AT89C52 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6 圖 系統(tǒng)原理圖 Vcc： 電源電壓 GND ：地 P0 口： P0 口是一組 8開(kāi)漏雙向 I/ O 口，即復(fù)用地址 /數(shù)據(jù)總線端口。作為輸出端口，每個(gè)都能夠吸收 8 TTL 邏輯門電路，寫(xiě)入到端口“ 1”，可作為高阻抗來(lái)進(jìn)行輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)存的過(guò)程中，這組線時(shí)間轉(zhuǎn)換（低 8）地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在進(jìn)行 FLASH 程序編寫(xiě)的時(shí)候，指令字節(jié)通過(guò) P0接口來(lái)接收，在程序驗(yàn)證的過(guò)程中，輸出代碼的指令字節(jié)，在檢查的同時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 是一 個(gè)帶內(nèi) 部上拉 電 阻的 邏輯門電 路 ，有 8 位 雙向 I / O口， P1 的輸 出 緩 沖 級(jí) 可 驅(qū)動(dòng) （吸收或 輸 出 電 流 ） 4 個(gè) TTL。 作為輸出口使用的時(shí)候， 通 過(guò)內(nèi) 部的上拉 電 阻把端口 調(diào)節(jié)至 高 電 平 ，對(duì)端口寫(xiě)“ 1”。 作 輸 入口使用 的時(shí)候 ，因 為內(nèi) 部具有 上拉 電阻，當(dāng)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 FLASH 編 程和程南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 7 序校 驗(yàn)期間， P1 接收低 8位地址。 P2 口： P2 是一 個(gè)帶 有 內(nèi) 部上拉 電 阻的 8 位 雙 向 I／ O 口， P2 的 輸 出 緩 沖 級(jí) 可吸收或 輸 出 電流， 4 個(gè) TTL 邏輯門電路 。 對(duì) 端口 寫(xiě) “1” ，通 過(guò)內(nèi) 部的上拉 電 阻把端口 調(diào)整 到高 電平 ，可 以 作 為輸 入口 。 作 輸 入口使用 時(shí) ，因 為內(nèi) 部存在上拉 電阻，當(dāng)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 在外部數(shù)據(jù)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)的 16 位地址（例如，執(zhí)行 MOVX @ DPTR）的時(shí)候， P2口送出高 8的地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)中與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址的（如 MOVX 執(zhí)行 @ RI 指令），（在 R2 寄存器的內(nèi)容即特殊功能寄存器（ SFR）） P2 線上內(nèi)容，并沒(méi)有在整個(gè)訪問(wèn)過(guò)程中改變。 在進(jìn)行 FLASH 代碼編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 也會(huì)接收高位地址和一些其他的控制信號(hào)。 P3 口： P3口是一 組帶 有 內(nèi) 部上拉 電 阻的 8 位 雙向 I／ O口。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 門。當(dāng)對(duì) P3入口輸入“ 1”的時(shí)候，他們通過(guò)內(nèi)部上拉電阻 被拉高，并且可以作為輸入端口來(lái)使用。當(dāng)作為輸 入端 時(shí) ，被外部拉低的 P3口 將利用 上拉 電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口 一般可以用來(lái)作為 I / O 口 線，另外它還有第二個(gè)很重要的功能，如下表所示： 表 P3 口第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時(shí)／計(jì)數(shù)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)／計(jì)數(shù)器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口還 會(huì) 接收一些用于 FLASH 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器， RST 引腳出現(xiàn)高層次兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使MCU 復(fù)位。 ALE/ PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許） 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié) 。即使存在外部存儲(chǔ)器沒(méi)有訪問(wèn)， ALE 為仍 L / 6 的固定時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸出的振蕩頻率，因此它可用于外部定時(shí)或時(shí)鐘。注意：每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）