【正文】 1 摘 要 本系統(tǒng)是基于 AT89C51 單片機(jī)的數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器。采用 AT89C51單片機(jī)作為核心控制，外圍采用數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換電路（ DAC0832），運(yùn)放電路（ LM324），按鍵和 8 位數(shù)碼管等。通過按鍵控制可產(chǎn)生方波，正弦波，三角波等，同時(shí)用數(shù)碼管指示其對應(yīng)的頻率。其設(shè)計(jì)簡單，性能好，可用在多種需要低頻信號(hào)的 場所，具有一定的實(shí)用性。 各種各樣的信號(hào)是通信領(lǐng)域的重要組成部分，其中正弦波，方波和三角波是比較常用的信號(hào)。在科學(xué)研究和教學(xué)實(shí)驗(yàn)中常常需要這幾種信號(hào)的發(fā)生裝置。為了實(shí)驗(yàn)，研究方便，研 制一種靈活實(shí)用，功能齊全，實(shí)用方便的信號(hào)源是十分需要的。 本文介紹的是利用 AT89C51 單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件 DAC0832 產(chǎn)生所需不同的低頻信號(hào)源，其信號(hào)幅度和頻率都是可以按要求控制的。文中簡要介紹了DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理的使用方法， AT98C51 的基礎(chǔ)理論，以及與設(shè)計(jì)有關(guān)的各種有關(guān)的芯片。文中著重介紹了如何利用單片機(jī) 控制 D/A 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號(hào)彈的硬件電路和軟件編程。信號(hào)頻率幅度也按要求可調(diào)。 本次關(guān)于產(chǎn)生不同低頻信號(hào)的信號(hào)源是設(shè)計(jì)方案，不公在理論的實(shí)踐上都能滿足實(shí)驗(yàn)的要求，而且具有很強(qiáng)的可行性。該信號(hào)源的特點(diǎn)是：體積小，價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)方便，功能齊全。 關(guān)鍵詞： AT89C51 DAC0832 LM324 8 位數(shù)碼管顯示 2 Abstract Waveform The system is a digital generator based on single chip is used as a posed by digtal/analog version(DAC0832),imply circuit button and nixie. It can be used for a signal soure in the lowfrequency signal soure. It is very practical. Various signals are an important part of correspondent area. In this area , sine wave, triangle wave are mon signals. In science rescarch and teaching experiment,we often neet the occurrence equipment of these signals . full functional and eaily used signals source is essential. This paper introduces the low frequency sources of different signals that are produced by AT89c51 SCM and DAC0832. Its signal range and frequenre can be controlled by requirement. This paper briefly introduces the structure principle and usage of DAC0832, the basic theory of AT89c51 and various chips which relevant to design paper emphasized how to use SCM to control the hardware circuit and software program of the signals above which produced by DAC0832. The signal frequency range also can be adjusted by requirement. This signal source desing plan concerns on producing different low frequency signals ,not only meet the request of exqeriment in theory and in practice ,but also have strong feasibilily. The trait of this signal source is: small volume ,low piece , stable function, easily achievable, and full function. Keywords:AT98c51,DA0832,LM324,8 nixie tube display 3 目 錄 摘要 ……………………………………………………………………………… .I Abstract…………………………………………… …………………………… II 目錄 ………………………………………………………………………………..III 前 言 …………………………………………………………………………… ....1 波形發(fā)生器概述 ……………………………………………………… .…… .… ..2 波形發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r ……………………………………………… .……… ...2 國內(nèi)外波形發(fā)生器產(chǎn)品比較 ………………………………… ………………… 4 方案論證與比較 ………………………………………………… ..…………… ..5 方案一 …………………………………………………………………………… 5 方案二 …………………………………………………………………………… 6 方三 ……………………………………………………………………………… 6 3 硬件原理 ……………………………………………………………………… ..8 MCS51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) …………………………………… ..……………… 8 內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述 ……………………………………………… .…… ……… 8 CPU 結(jié)構(gòu) ……………………………………………… .……………… ..9 存儲(chǔ)器的特殊功能寄存器 ……………………………… … ...…………10 P0— P3 口結(jié)構(gòu) ……………………………………………… .…… ..11 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 …………… ..……………………………… .11 時(shí)鐘電路 ………………………………………………… 11 單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài) ………………… … ..……………… … 12 DAC0832 的引腳和功能 ……………………………… ....……… ...13 4 軟件原理 …………………………………… … ……… … ………………… 15 主流程圖 ………………………………… … .……………………… 15 鋸齒波仿真圖 ………………………………………… … ..………… 16 三角波仿真圖 …………………………………… … ..……………… 17 4 方波仿真圖 ………………………………… … ..…………………… 19 正弦波仿真圖 ………………………………………… ..…………… 20 總結(jié) ……………………………………………………… … ..………………… .22 致謝 ………………………………………………… ..………………………… .23 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………… … …………… .24 5 前 言 波形發(fā)生器也稱為函數(shù)發(fā)生器，作為實(shí)驗(yàn)信號(hào)源，是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接 而成，且波形種類有限，多為鋸齒波，正弦波，方波，三角波等波形。 信號(hào)發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用 5555 振蕩電路發(fā)生正弦波，三角波和方波的電路便是可取的路經(jīng)之一，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等 缺點(diǎn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域常常要用到低頻信號(hào)源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào)其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號(hào)源所需要的 RC 很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的 精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是致命的弱點(diǎn)。一旦工作需求功能增加，則電路復(fù)雜程度會(huì)大大增加。 6 1 波形發(fā)生器概述 在電子工程，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)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號(hào)波形發(fā)生器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號(hào)波形發(fā)生器。用集成電路實(shí)現(xiàn)的信號(hào)波形發(fā)生器與其它信號(hào)波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量，幅度和頻率穩(wěn)定等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。 波形發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r 波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 和用戶定義信號(hào)，并保證高精度，高穩(wěn)定性，可重復(fù)性和易 操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號(hào)，還可對頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)的控制，并能夠與其他儀器進(jìn)行通訊，組成自動(dòng)測試系統(tǒng)，因此被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、震動(dòng)激勵(lì)、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。 在 70 年代前，信號(hào)發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，兒函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余泫波、方波、三角波、上玄波等幾種常用 標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其他波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存 在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形，則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。同時(shí)，主要表現(xiàn)為很難將頻率調(diào)到某一固定值：二是脈沖的占空間比不可調(diào)節(jié)。 在 70 年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、 A/D 和 D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。這時(shí)期波形發(fā)生器多年以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對 DAC 的程序控制，就可以得好各種簡單的波形。 90 年代，出現(xiàn)幾種真正 搞性能、高價(jià)格低的函數(shù)發(fā)生器，但是 HP 公司推出了型號(hào)為 HP770S 的信號(hào)模擬裝置系統(tǒng)，它由 HP8770A 任意波形數(shù)字化和HP1776A 波形發(fā)生器軟件組成 .HP 8770A 實(shí)際上也只能產(chǎn)生 8 種波形，而且價(jià)格昂貴。不久以后， Analogicgic 公司推出了型號(hào)為 Data2020 的多波形合成器，Lccroy 公司產(chǎn)生的型號(hào)為 9100 的任意波形發(fā)生器。 到了 21 世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可以 GHz的 DDs 芯片，同時(shí)也推動(dòng)了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展， 2021 年， Agilent 的產(chǎn)品 7 33220A 能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達(dá)到 20M， 2021 年得產(chǎn)品 N6030A 能夠產(chǎn)生高達(dá) 500MHZ 的頻率，采樣的頻率可達(dá) 。由上面的產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快近幾年來，國際上波形發(fā)生器技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 ： （ 1） 過去由于頻率很低應(yīng)用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應(yīng)用越來越廣的領(lǐng)域。波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得更加方便和容易。波形發(fā)生器通常允許用一系列的點(diǎn)、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。同時(shí)可以利用一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)方式，復(fù)雜的波形可以由幾個(gè)比較簡單的公式復(fù)合成 V=f（ t）形式的波形方程的數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生。從而促進(jìn)了函數(shù)波形發(fā)生器想任意波形發(fā)生器的發(fā)展，各種計(jì)算機(jī) 語言的飛速發(fā)展也對任意波形發(fā)生器向任意 軟件技術(shù)起到了推動(dòng)作用。目前可以利用可視化編程語言（如 Visual Basic、Visual C 等等）編寫任意波形發(fā)生器的軟件，這樣允許從計(jì)算機(jī)顯示上輸出任意波形，來實(shí)現(xiàn)波形的輸入 （ 2） 與 VXL 資源結(jié)合。目前，波形發(fā)生器由獨(dú)立的臺(tái)式儀器和適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的插卡以及新近開發(fā)的 VXL 模塊。由于 VXL 總線的產(chǎn)生復(fù)雜的波形， VXL 的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性，但由于開發(fā) VXL模塊的周期長，而且需要專門的 VXl 機(jī)箱的配套使用。使得波形發(fā)生器VXL 模塊僅限于航空、軍事及國防等大型領(lǐng)域。 在民用方面， VXL 模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺(tái)式儀器更為方便。 （ 3） 隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺(tái)式儀器在走了一段下坡路之后，有重新繁榮起來，不過現(xiàn)在新的臺(tái)式儀器的形態(tài)，和幾年前 的已有很大的不同。這些新一代臺(tái)式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。而且外形尺寸與價(jià)格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。 國內(nèi)外波形發(fā)生器產(chǎn)品比較 早在 1978 年，由美國 Wavetek 公司和日本東亞電波工業(yè)公