【正文】 1 摘 要 本系統(tǒng)是基于 AT89C51 單片機的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器。采用 AT89C51單片機作為核心控制，外圍采用數(shù)字 /模擬轉換電路（ DAC0832），運放電路（ 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，同時用數(shù)碼管指示其對應的頻率。其設計簡單，性能好，可用在多種需要低頻信號的 場所，具有一定的實用性。 各種各樣的信號是通信領域的重要組成部分，其中正弦波，方波和三角波是比較常用的信號。在科學研究和教學實驗中常常需要這幾種信號的發(fā)生裝置。為了實驗，研究方便，研 制一種靈活實用，功能齊全，實用方便的信號源是十分需要的。 本文介紹的是利用 AT89C51 單片機和數(shù)模轉換器件 DAC0832 產(chǎn)生所需不同的低頻信號源，其信號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)模轉換器的結構原理的使用方法， AT98C51 的基礎理論，以及與設計有關的各種有關的芯片。文中著重介紹了如何利用單片機 控制 D/A 轉換器產(chǎn)生上述信號彈的硬件電路和軟件編程。信號頻率幅度也按要求可調(diào)。 本次關于產(chǎn)生不同低頻信號的信號源是設計方案，不公在理論的實踐上都能滿足實驗的要求，而且具有很強的可行性。該信號源的特點是：體積小，價格低廉，性能穩(wěn)定，實現(xiàn)方便，功能齊全。 關鍵詞： 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)展狀況 ……………………………………………… .……… ...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 單片機的內(nèi)部結構 …………………………………… ..……………… 8 內(nèi)部結構概述 ……………………………………………… .…… ……… 8 CPU 結構 ……………………………………………… .……………… ..9 存儲器的特殊功能寄存器 ……………………………… … ...…………10 P0— P3 口結構 ……………………………………………… .…… ..11 時鐘電路和復位電路 …………… ..……………………………… .11 時鐘電路 ………………………………………………… 11 單片機的復位狀態(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 ……………………………………………………… … ..………………… .22 致謝 ………………………………………………… ..………………………… .23 參考文獻 ……………………………………………………… … …………… .24 5 前 言 波形發(fā)生器也稱為函數(shù)發(fā)生器，作為實驗信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設計應用中必不可少的儀器設備之一。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。 信號發(fā)生器作為一種常見的應用電子儀器設備，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。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復雜和體積大等 缺點。在科學研究和生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學，地震模擬機械振動等領域常常要用到低頻信號源。而由硬件電路構成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所需要的 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。一旦工作需求功能增加，則電路復雜程度會大大增加。 6 1 波形發(fā)生器概述 在電子工程，通信工程，自動控制，遙測控制，測量儀器，儀表和計算機領域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號波形發(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成各種信號波形發(fā)生器。用集成電路實現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量，幅度和頻率穩(wěn)定等性能指標，都有了很大的提高。 波形發(fā)生器的發(fā)展狀況 波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標準信號 和用戶定義信號，并保證高精度，高穩(wěn)定性，可重復性和易 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，不僅可以模擬各種復雜信號，還可對頻率、幅值、相移、波形進行動態(tài)、及時的控制，并能夠與其他儀器進行通訊，組成自動測試系統(tǒng)，因此被廣泛應用于自動控制系統(tǒng)、震動激勵、通訊和儀器儀表領域。 在 70 年代前，信號發(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 標準波形，產(chǎn)生其他波形發(fā)生器多采用模擬電子技術，而且模擬器件構成的電路存 在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點，并且要產(chǎn)生較為復雜的信號波形，則電路結構非常復雜。同時，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)生器的功能擴大，產(chǎn)生更加復雜的波形。這時期波形發(fā)生器多年以軟件為主，實質(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、高價格低的函數(shù)發(fā)生器，但是 HP 公司推出了型號為 HP770S 的信號模擬裝置系統(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 實際上也只能產(chǎn)生 8 種波形，而且價格昂貴。不久以后， Analogicgic 公司推出了型號為 Data2020 的多波形合成器，Lccroy 公司產(chǎn)生的型號為 9100 的任意波形發(fā)生器。 到了 21 世紀，隨著集成電路技術的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可以 GHz的 DDs 芯片，同時也推動了函數(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，最高頻率可達到 20M， 2021 年得產(chǎn)品 N6030A 能夠產(chǎn)生高達 500MHZ 的頻率，采樣的頻率可達 。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)生器技術發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面 ： （ 1） 過去由于頻率很低應用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應用越來越廣的領域。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、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲器。同時可以利用一種強有力的數(shù)學方式，復雜的波形可以由幾個比較簡單的公式復合成 V=f（ t）形式的波形方程的數(shù)學方式產(chǎn)生。從而促進了函數(shù)波形發(fā)生器想任意波形發(fā)生器的發(fā)展，各種計算機 語言的飛速發(fā)展也對任意波形發(fā)生器向任意 軟件技術起到了推動作用。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，這樣允許從計算機顯示上輸出任意波形，來實現(xiàn)波形的輸入 （ 2） 與 VXL 資源結合。目前，波形發(fā)生器由獨立的臺式儀器和適用于個人計算機的插卡以及新近開發(fā)的 VXL 模塊。由于 VXL 總線的產(chǎn)生復雜的波形， 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域。 在民用方面， VXL 模塊遠遠不如臺式儀器更為方便。 （ 3） 隨著信息技術蓬勃發(fā)展，臺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