【正文】 I 摘 要 本課題主要是設(shè)計(jì)一臺(tái)波形發(fā)生器。它可產(chǎn)生正弦波、三角波和方波，波形的幅值和頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，幅值和頻率的具體數(shù)值可通過數(shù)碼管顯示，方便使用。本課題采用 AT89C51 單片機(jī)為中心控制單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊、鍵盤輸入模塊、數(shù)碼顯示模塊、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊和幅值頻率調(diào)整模塊組成。其中 D/A 轉(zhuǎn)換模塊任務(wù)是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，產(chǎn)生相應(yīng)波形，此次設(shè)計(jì)采用常用的 DAC0832 芯片來完成，幅值頻率調(diào)整模塊通過調(diào)節(jié)連接在 ADC0809 通道上的電位器來實(shí)現(xiàn)，數(shù)碼顯示模塊使用了 ZLG7289 芯片來完成 幅值和頻率同時(shí)顯示的任務(wù)。 關(guān)鍵詞 ：單片機(jī)；波形發(fā)生器；幅值頻率可調(diào)。 II ABSTRACT This paper is mainly to design a Waveform Generator. It can produce sine, square and triangle wave39。s amplitude and frequency is adjustable within a certain is easy to use that the specific numerical of the frequency and amplitude can be showed on zhe the design,AT89C51 is the central control unit,and the entire system includes the MCU control module, a key module, digital display module, D/A converter module,the amplitude and frequency adjustment module. The D/A converter module is used to convert digital to analog,then generate the amplitude frequency adjustment module is realized by adjusting the potentiometer connected to the display module used ZLG7289 chip to show the amplitude and frequency at the same time. Key words: SCM。 waveform generator。 amplitude and frequency adjustable. III 目 錄 第一章 概述 ........................................... 1 波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)意義 ......................................... 1 波形發(fā)生器的發(fā)展和使用價(jià)值 ................................... 1 第二章 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................... 3 波形發(fā)生器方案的確定 ......................................... 3 各模塊的工作原理 ............................................. 4 鍵盤輸入模塊 ............................................... 4 數(shù) 碼顯示模塊 ............................................... 5 D/A 轉(zhuǎn)換模塊 ............................................... 6 幅值頻率調(diào)整模塊 ........................................... 6 第三章 硬件設(shè)計(jì) ....................................... 8 D/A 電路設(shè)計(jì) ................................................. 8 D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇 ........................................... 8 DAC0832 芯片介紹 ........................................... 8 DAC 的應(yīng)用 ................................................ 10 DAC 與單片機(jī)的連接 ........................................ 12 LM324 芯片介紹 ............................................ 13 A/D 電路設(shè)計(jì) ................................................ 14 A/D 芯片的選擇 ............................................ 14 ADC0809 引腳及功能 ........................................ 14 ADC0809 結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理 .................................... 15 ADC0809 與單片機(jī)的接口 .................................... 16 AT89C51 單片機(jī)的介紹 ........................................ 18 AT89C51 芯片介紹 .......................................... 18 AT89C51 引腳功能介紹 ...................................... 19 AT89C51 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) .................................. 21 鍵盤顯示電路的設(shè)計(jì) .......................................... 21 LED 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 ........................................ 21 ZLG7289 芯片介紹 .......................................... 22 ZLG7289 引腳圖功能說明 .................................... 23 ZLG7289 芯片 SPI 串行接口 .................................. 24 ZLG7289 與單片機(jī)的接口電路 ................................ 26 第四章 軟件設(shè)計(jì) ...................................... 27 程序總體概述 ................................................ 27 IV 各程序模塊說明 .............................................. 29 初始化模塊 ................................................ 29 A/D 采樣模塊 .............................................. 30 計(jì)算并顯示頻率和幅值模塊 .................................. 31 波形產(chǎn)生模塊 .............................................. 35 第五章 結(jié)論 .......................................... 38 參考文獻(xiàn) ............................................. 39 致謝 ................................................. 40 附錄 1 主程序 ........................................ 41 附錄 2 整機(jī)電路圖 .................................... 49 1 第一章 概述 波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)意義 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和自動(dòng)化 程度的不斷提高，我國儀器儀表行業(yè)也將發(fā)生新的變化并獲得新的發(fā)展。 當(dāng)前，來自很多行業(yè)的用戶都需要應(yīng)付速率越來越高的新型電路。在設(shè)計(jì)和測(cè)試這些電路的過程當(dāng)中用戶通常需要向被測(cè)設(shè)備輸入一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)，用以模擬或者替代來自某個(gè)尚未安裝的原件的信號(hào)或者某些在測(cè)試過程中很難通過原件或傳感器生成的信號(hào)。因此，信號(hào)發(fā)生器在這里就顯得必不可少，波形發(fā)生器就是其中應(yīng)用最普遍的一種。而單片機(jī)作為一個(gè)發(fā)展比較成熟的電子產(chǎn)品，已經(jīng)應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)，它的體積小，成本低，可靠性好，易擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng) [1]。所以運(yùn)用單片機(jī)來設(shè)計(jì)一臺(tái)波形發(fā)生器，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可充分滿足用戶的需要。 波形發(fā)生器的發(fā)展和使用價(jià)值 中國使用單片機(jī)的歷史只有短短的 30 年，在初始的短短五年時(shí)間里發(fā)展極為迅速。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展，我們上因特網(wǎng)輸入一個(gè)“單片機(jī)”的搜索，將會(huì)看到上萬個(gè)介紹單片機(jī)的網(wǎng)站，這還不包括國外的?？v觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能 IC 卡、電子寵物等，這些都離不開單片 機(jī)。以前沒有單片機(jī)時(shí)，這些東西也能產(chǎn)做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑耍覀冎恍枰趩纹瑱C(jī)外圍接一點(diǎn)簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會(huì)擔(dān)心精度達(dá)不到了。所以，它的魔力不僅是在現(xiàn)在，在將來將會(huì)有更多的 2 人來接受它、使用它。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá) 3 億片，且每年以大約 20%的速度增長，但 相對(duì)于世界市場(chǎng)我國的占有率還不到 1%。特別是沿海地區(qū)的玩具廠等生產(chǎn)品多數(shù)用到單片機(jī)，并不斷地輻射向內(nèi)地。所以，學(xué)習(xí)單片機(jī)在我國是有著廣闊前景的。綜觀單片機(jī)幾十年的發(fā)展歷程，單片機(jī)的今后發(fā)展方向?qū)⑾蛑喙δ?、高性能、高速度、低電壓、低功耗、地價(jià)格、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增加和 Flash 存儲(chǔ)器化方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會(huì)繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了 32位單片機(jī)，但使用的并不多?？梢灶A(yù)言，今后的單片機(jī)將是功能更強(qiáng)、集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便。此外，專用化也是單片機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向，針對(duì)單一 用途的專用單片機(jī)的專用單片機(jī)將會(huì)越來越多。 信號(hào)源作為一種基本的電子設(shè)備，無論是在教學(xué)、科研還是部隊(duì)技術(shù)保障中，都有著廣泛的使用。波形發(fā)生器就是其中最普遍的一種。但隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)波形發(fā)生器的要求也越來越高，如要求頻率穩(wěn)定性高、轉(zhuǎn)換速度快，具有調(diào)幅、調(diào)頻等功能。對(duì)于我們，即將步入社會(huì)，從事于各種工作的大學(xué)生，需要做的首先是了解其原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而后才能夠更好地使用并有所創(chuàng)新。而且波形發(fā)生器是教學(xué)中必不可少的教學(xué)設(shè)備，因此對(duì)于我們來說自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)波形發(fā)生器，了解其原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)是很必要的。 因此，這 種情況下，基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一臺(tái)波形發(fā)生器是可行的，成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可用于教學(xué)、實(shí)驗(yàn)。 3 第二章 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 波形發(fā)生器方案的確定 本設(shè)計(jì)主要是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一臺(tái)波形發(fā)生器。它可產(chǎn)生正弦波、三角波和方波，波形的幅值和頻率可調(diào)，幅值和頻率的具體數(shù)值可通過數(shù)碼管顯示，方便使用。本課題以 C51 單片機(jī)為中心控制單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊、鍵盤輸入模塊、數(shù)碼顯示模塊、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊、幅值頻率調(diào)整模塊5 部分組成。設(shè)計(jì)框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 通過按鍵可任意選擇所需的波形（正弦波、三角波、方波），所選波形種類可通過 LED 小燈清楚看到，調(diào)節(jié)幅值和頻率對(duì)應(yīng)的電位器可得到想要的幅值和頻率，選好后，系統(tǒng)送相應(yīng)的信息給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理送至 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng) DAC0832 轉(zhuǎn)換可得到所需的波形，同時(shí)單片機(jī)送相應(yīng)信息至數(shù)碼顯示模塊，經(jīng) 7289 處理可顯示出幅值和頻率對(duì)應(yīng)的數(shù)值。 選擇波形的按鍵與單片機(jī)的中斷接口相連，通過中斷方法來控制波形的選擇。 考慮到功耗及整機(jī)的精度和價(jià)格等問題 ,系統(tǒng)中采用了 常用的 AT89C51 單片 機(jī)作為中心控制單元，并有按鍵復(fù)位功能。 波形的輸出通過 D/A 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，采用了 DAC0832 來完成，它的分辨率為 8位