【正文】 I 基于 AT89C51 單片機的函數信號發(fā)生器設計 摘 要 信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應用于電子電路、自動控制系統和教學實驗等領域。目前使用的信號發(fā)生器大部分是函數信號發(fā)生器，且特殊波形發(fā)生器的價格昂貴。所以本設計使用的是 AT89C51 單片機構成的發(fā)生器，可產生三角波、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。在單片機上加外圍器件距陣式鍵盤，通過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。在單片機的輸出端口接 DAC0832 進行 D/A轉換，再通過運放進行波形 調整，最后輸出波形接在示波器上顯示。本設計具有線路簡單、結構緊湊、價格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點。 在介紹 DAC0832 芯片特性的基礎上 ,論述了采用 DAC0832芯片設計數字函數信號發(fā)生器的原理以及整機的結構設計。對其振蕩頻率控制、信號輸出幅度控制以及頻率和幅度數顯的實現作了較詳細的論述。該函數信號發(fā)生器可輸出三角波 ,方波和正弦波。 關鍵詞： 信號發(fā)生器 單片機 波形調整 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 河南城建學院本科畢業(yè)設計論文 目錄 III 目 錄 1．緒論 ：課程背景目的及意義???????????????????? 1 ：設計任務和要求?????????????????????? 2 2．方案的研究 ：方案的提出和整論????????????????????? 3 ：模塊的結構劃分?????????????????????? 4 3．各部分功能模塊 ：單片機模塊???????????????????????? 5 ：電源模塊???? ????????????????????? 6 ： D/A轉換模塊??????????????????????? 7 ：鍵盤輸入模塊??????????????????????? 10 ：顯示模塊????????????????????????? 12 ： I/V轉化模塊??????????????????????? 13 : 基準電壓調節(jié)模塊????????????????????? 14 4．電路軟件設計 ：系統總框圖???????????????????????? 18 ：顯示 子程序框圖?????????????????????? 19 ：按鍵子程序框圖?????????????????????? 20 總結 參考文獻 附錄 A：系統總程序 附錄 B：系統總電路圖 河南城建學院本科畢業(yè)設計論文 緒論 1 第一章 緒 論 課題背景、目的及意義 隨著電子測量及其他部門對各類信號發(fā)生器的廣泛需求及電子技術的迅速發(fā)展，促使信號發(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，更促使信號發(fā)生器向著自動化、智能化方向發(fā)展?，F在，許多信號發(fā)生器帶有微處理器，因而具備了 自校、自檢、自動故障診斷和自動波形形成和修正等功能，可以和控制計算機及其他測量儀器一起方便的構成自動測試系統。當前信號發(fā)生器總的趨勢是向著寬頻率覆蓋、 低功耗 、高頻率精度、多功能、自動化和智能化方向發(fā)展。 在科學研究、工程教育及生產實踐中，如工業(yè)過程控制、教學實驗、機械振動試驗、動態(tài)分析、材料試驗、生物醫(yī)學等領域，常常需要用到低頻信號發(fā)生器。而在我們 日 常生活中，以及一些科學研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號是常用的基本測試信號。譬如在示波器、電視機等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運動，以利用熒光屏顯示 圖像，常用到鋸齒波產生器作為時基電路。 信號 發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產、科研、測控、通訊等領域都得到了廣泛的應用。 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際應用的需求。加之各類功能的半導體集成芯片的快速生產，都使我們研制一種 低功耗 、寬頻帶，能產生多種波形并具有程控等 低頻的信號 發(fā)生器成為可能。 便攜式和智能化越來越成為儀器的基本要求，對傳統儀器的數字化，智能化，集成化也就明顯得尤為重要。平時常用信號源產生正弦波，方波，三角波等常見波形作為待測系統的輸入， 測試系統的性能。單在某些場合，我們需要特殊波形對系統進行測試，這是傳統的模擬信號發(fā)生器和數字信號發(fā)生器很難勝任的。利用單片機的強大功能，設計合適的人機交互界面，使用戶能夠通過手動的設定，設置所需波形。 河南城建學院本科畢業(yè)設計論文 緒論 2 設計任務和要求 設計 一個多功能信號發(fā)生器，可以 產生正弦波、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。 實現 多功能信號發(fā)生器波形 種類、 波形的頻率、幅值 的狀態(tài)及數據的顯示 。 自選器件，實現 多功能信號發(fā)生器的 硬件設計。可自行擴展功能，使之更加完善。 河南城建學院本科畢業(yè)設計論文 方案的研究 3 第二章 方案的研究 方案的提出和整論 常用的函數信號發(fā)生器的實現方法有如下幾種 1. 采用分立元件實現信號的輸出，主要是通過模擬電路實現正弦信號的輸出，在通過各種積分微分電路實現各種不同波形的輸出。但是這種方法頻率和幅值的調整比較困難，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．采用集成信號發(fā)生芯片 MAX038輸出各種波形，并通過外接電阻值改變實現對幅值和頻率的調整。 M A X 0 3 8A T 8 9 C 5 1CD4052運 放A D 5 1 7 1L C D 1 6 0 2波 形 信 號 檢 測鍵 盤 輸 入 控 制頻 率 粗 調占 空 比 控 制頻 率 細 調波 形 選 擇幅 度 調 節(jié)波 形 輸 出1 n F1 0 0 n F1 0 p F1 0 u F 圖 MAX038的信號發(fā)生器原理圖 這種方法實現起來比較容易，但是頻率和幅值的調節(jié)比較困難。 3. 采用 DAC0832 通過查表得方式輸出需要的波形，通過單片機定時向 DAC轉化器發(fā)送轉換數據，實現不同的幅值和頻率的輸出。這種方法能夠實現各種需要的波形的輸出，成本也不高，只是在擴展外設的時候浪費了大量的接口，以后的系統擴展可能會有影響。 4. 采用 DDS頻率合成器，能輸出各種波形，而且能夠輕松調節(jié)幅值和頻率。DDS同 DSP（數字信號處理） 一樣，是一項關鍵的數字化技術。 DDS 是直接數字式頻率合成器（ Direct Digital Synthesizer）的英文縮寫。與傳統的頻率合成器相比， DDS 具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉換時間等優(yōu)點，廣泛使用在電信與電子儀器領域，是實現設備全數字化的一個關鍵技術。 河南城建學院本科畢業(yè)設計論文 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算器三個部分。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 DDS 頻 率控制碼在每個時鐘周期內進行相位累加，得到一個相位值；正弦計算器則對該相位值計算數 字化正弦波幅度（芯片一般通過查表得到）。 DDS 芯片輸出的一般是數字化的正弦波，因此還需經過高速 D/A轉換器和低通濾波器才能得到一個可用的模擬頻率信號。 模塊的結構劃分 圖 本次我選用的是單片機通過查表獲得某一時刻對用的波形幅值，經過 DAC轉化器，轉化為對應的模擬信號，幅值的調節(jié)主要是通過調節(jié) DAC的基準電壓實現，頻率的調節(jié)則是 單 片 機 顯示 鍵盤 D/A 轉換 雙極性轉化電路 河南城建學院本科畢業(yè)設計論文 各部分功能模塊 5 第三章 各部分功能模塊 單片機模塊 本次設計選用的單片機芯片是 AT89C51 單片機。 AT89C51是美國 ATMEL公司生產的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機，片內含 4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器 (PEROM)和 128 bytes的隨機存取數據存儲器 (RAM)，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統，片內置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash存儲單元。 AT89C51中有一個用于構成內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成并聯振蕩電路。對外接電容 C1, C2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會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，應選擇 40pF 士 10pF 的容值的電容。也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路的情況時，外部時鐘脈沖接到 XTAL1端，即內部時鐘發(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