【正文】 I 基于 AT89C51 單片機(jī)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 摘 要 信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。目前使用的信號(hào)發(fā)生器大部分是函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，且特殊波形發(fā)生器的價(jià)格昂貴。所以本設(shè)計(jì)使用的是 AT89C51 單片機(jī)構(gòu)成的發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形和任意波形，波形的頻率可用程序控制改變。在單片機(jī)上加外圍器件距陣式鍵盤，通過(guò)鍵盤控制波形頻率的增減以及波形的選擇，并用了 LCD 顯示頻率大小。在單片機(jī)的輸出端口接 DAC0832 進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換，再通過(guò)運(yùn)放進(jìn)行波形 調(diào)整，最后輸出波形接在示波器上顯示。本設(shè)計(jì)具有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。 在介紹 DAC0832 芯片特性的基礎(chǔ)上 ,論述了采用 DAC0832芯片設(shè)計(jì)數(shù)字函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理以及整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)其振蕩頻率控制、信號(hào)輸出幅度控制以及頻率和幅度數(shù)顯的實(shí)現(xiàn)作了較詳細(xì)的論述。該函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可輸出三角波 ,方波和正弦波。 關(guān)鍵詞： 信號(hào)發(fā)生器 單片機(jī) 波形調(diào)整 II Abstract Signalgenerator is a kind of signal source in mon use, broadly applied at the electronics electric circuit, auto control system and teaching experiment etc. Currently used mostly function signal generator signal generator, waveform generator and a special price of expensive . So the dissertation is usage of the AT89s51 singlechip microputer constitute of waveform generator, which can generate triangle wave, square wave, sine wave etc variety waveform, the period of wave can be controlled by procedure, at outer circle spare part of the machine, plus independence type keyboard , which can control wave increase or decrease of formfrequency and the choice of waveform, at the same time LED display frequency size. The output of the machine connect DAC0832 to carry on a DA conversion， again pass operation amplifier to put an end exportation waveform. This design has advantage of simple circuit, tightly packed structure, cheap price, superior function etc. Based on the introduction of MAX038 , we discussed the principle and the whole frame of the digital function signal generator. We described the control of the oscillatory frequent , amplitude and the digital display in detail. Thegenerator can output three kinds of waves : sine wave , square wave , triangle wave. Keywords： signal generator MCU waveform adjustment 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目錄 III 目 錄 1．緒論 ：課程背景目的及意義???????????????????? 1 ：設(shè)計(jì)任務(wù)和要求?????????????????????? 2 2．方案的研究 ：方案的提出和整論????????????????????? 3 ：模塊的結(jié)構(gòu)劃分?????????????????????? 4 3．各部分功能模塊 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊???????????????????????? 5 ：電源模塊???? ????????????????????? 6 ： D/A轉(zhuǎn)換模塊??????????????????????? 7 ：鍵盤輸入模塊??????????????????????? 10 ：顯示模塊????????????????????????? 12 ： I/V轉(zhuǎn)化模塊??????????????????????? 13 : 基準(zhǔn)電壓調(diào)節(jié)模塊????????????????????? 14 4．電路軟件設(shè)計(jì) ：系統(tǒng)總框圖???????????????????????? 18 ：顯示 子程序框圖?????????????????????? 19 ：按鍵子程序框圖?????????????????????? 20 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 附錄 A：系統(tǒng)總程序 附錄 B：系統(tǒng)總電路圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 緒論 1 第一章 緒 論 課題背景、目的及意義 隨著電子測(cè)量及其他部門對(duì)各類信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(cè)量?jī)x器一起方便的構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)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(guò)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(hào)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(hào)是常用的基本測(cè)試信號(hào)。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(hào) 發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測(cè)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(hào) 發(fā)生器成為可能。 便攜式和智能化越來(lái)越成為儀器的基本要求，對(duì)傳統(tǒng)儀器的數(shù)字化，智能化，集成化也就明顯得尤為重要。平時(shí)常用信號(hào)源產(chǎn)生正弦波，方波，三角波等常見波形作為待測(cè)系統(tǒng)的輸入， 測(cè)試系統(tǒng)的性能。單在某些場(chǎng)合，我們需要特殊波形對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，這是傳統(tǒng)的模擬信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字信號(hào)發(fā)生器很難勝任的。利用單片機(jī)的強(qiáng)大功能，設(shè)計(jì)合適的人機(jī)交互界面，使用戶能夠通過(guò)手動(dòng)的設(shè)定，設(shè)置所需波形。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 緒論 2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 設(shè)計(jì) 一個(gè)多功能信號(hào)發(fā)生器，可以 產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波 等 多種波形。波形的頻率、幅值均為連續(xù)可調(diào)。 實(shí)現(xiàn) 多功能信號(hào)發(fā)生器波形 種類、 波形的頻率、幅值 的狀態(tài)及數(shù)據(jù)的顯示 。 自選器件，實(shí)現(xiàn) 多功能信號(hào)發(fā)生器的 硬件設(shè)計(jì)?？勺孕袛U(kuò)展功能，使之更加完善。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 方案的研究 3 第二章 方案的研究 方案的提出和整論 常用的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法有如下幾種 1. 采用分立元件實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出，主要是通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)的輸出，在通過(guò)各種積分微分電路實(shí)現(xiàn)各種不同波形的輸出。但是這種方法頻率和幅值的調(diào)整比較困難，而且模擬電路受外部因素的影響較大，輸出的波形難以控制。 2．采用集成信號(hào)發(fā)生芯片 MAX038輸出各種波形，并通過(guò)外接電阻值改變實(shí)現(xiàn)對(duì)幅值和頻率的調(diào)整。 M A X 0 3 8A T 8 9 C 5 1CD4052運(yùn) 放A D 5 1 7 1L C D 1 6 0 2波 形 信 號(hào) 檢 測(cè)鍵 盤 輸 入 控 制頻 率 粗 調(diào)占 空 比 控 制頻 率 細(xì) 調(diào)波 形 選 擇幅 度 調(diào) 節(jié)波 形 輸 出1 n F1 0 0 n F1 0 p F1 0 u F 圖 MAX038的信號(hào)發(fā)生器原理圖 這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，但是頻率和幅值的調(diào)節(jié)比較困難。 3. 采用 DAC0832 通過(guò)查表得方式輸出需要的波形，通過(guò)單片機(jī)定時(shí)向 DAC轉(zhuǎn)化器發(fā)送轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同的幅值和頻率的輸出。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)各種需要的波形的輸出，成本也不高，只是在擴(kuò)展外設(shè)的時(shí)候浪費(fèi)了大量的接口，以后的系統(tǒng)擴(kuò)展可能會(huì)有影響。 4. 采用 DDS頻率合成器，能輸出各種波形，而且能夠輕松調(diào)節(jié)幅值和頻率。DDS同 DSP（數(shù)字信號(hào)處理） 一樣，是一項(xiàng)關(guān)鍵的數(shù)字化技術(shù)。 DDS 是直接數(shù)字式頻率合成器（ Direct Digital Synthesizer）的英文縮寫。與傳統(tǒng)的頻率合成器相比， DDS 具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 方案的研究 4 圖 的原理框圖 一塊 DDS 芯片中主要包括頻率控制寄存器、高速相位累加器和正弦計(jì)算器三個(gè)部分。頻率控制寄存器可以串行或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；而相位累加器根據(jù) DDS 頻 率控制碼在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行相位累加，得到一個(gè)相位值；正弦計(jì)算器則對(duì)該相位值計(jì)算數(shù) 字化正弦波幅度（芯片一般通過(guò)查表得到）。 DDS 芯片輸出的一般是數(shù)字化的正弦波，因此還需經(jīng)過(guò)高速 D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器才能得到一個(gè)可用的模擬頻率信號(hào)。 模塊的結(jié)構(gòu)劃分 圖 本次我選用的是單片機(jī)通過(guò)查表獲得某一時(shí)刻對(duì)用的波形幅值，經(jīng)過(guò) DAC轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，幅值的調(diào)節(jié)主要是通過(guò)調(diào)節(jié) DAC的基準(zhǔn)電壓實(shí)現(xiàn)，頻率的調(diào)節(jié)則是 單 片 機(jī) 顯示 鍵盤 D/A 轉(zhuǎn)換 雙極性轉(zhuǎn)化電路 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 各部分功能模塊 5 第三章 各部分功能模塊 單片機(jī)模塊 本次設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)芯片是 AT89C51 單片機(jī)。 AT89C51是美國(guó) ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 (PEROM)和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash存儲(chǔ)單元。 AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶休或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩 器。外接石英晶體 (或陶瓷諾振器 )及電容C1, C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容 C1, C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，這里選擇使用石英晶休，我們的電容使用 30pF。如使用陶瓷諧振器的話，應(yīng)選擇 40pF 士 10pF 的容值的電容。也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路的情況時(shí)，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2則懸空。 P P P P P P P P R S TP P P P P P P P