【正文】 1 目 錄摘 要 ...............................................................目 錄 ...............................................................第一章 緒論 .......................................................... 單片機概述 ...................................................... 信號發(fā)生器的分類 ................................................ 研究內(nèi)容 ........................................................第二章 方案的設(shè)計與選擇 .............................................. 方案的比較 ...................................................... 設(shè)計原理 ........................................................ 設(shè)計思想 ........................................................ 設(shè)計功能 ........................................................第三章 硬件設(shè)計 ...................................................... 硬件原理框圖 .................................................... 主控電路 ........................................................ 數(shù)、模轉(zhuǎn)換電路 .................................................. 按鍵接口電路 ...................................................1 時鐘電路 ........................................................ 顯示電路 ........................................................第四章 軟件設(shè)計 ...................................................... 程序流程圖 ......................................................第五章 總結(jié)與展望 ....................................................致 謝 ...............................................................參考文獻 .............................................................附錄 1 電路原理圖 .....................................................附錄 2 源程序 .........................................................附錄 3 器件清單......................................................2第一章 緒論 單片機概述隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、(I/O)接口、定時器/計數(shù)器和串行通信接口，以及其他一些計算機外圍電路等均可集成在一塊芯片上構(gòu)成單片微型計算機，簡稱為單片機。單片機具有體積小、成本低，性能穩(wěn)定、使用壽命長等特點。其最明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中，這是其他計算機和網(wǎng)絡(luò)都無法做到的 [9,10]。 信號發(fā)生器的分類信號發(fā)生器應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類也不盡一致。按照頻率范圍分類可以分為：超低頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器、視頻信號發(fā)生器、高頻波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻信號發(fā)生器。按照輸出波形分類可以分為：正弦信號發(fā)生器和非正弦信號發(fā)生器，非正弦信號發(fā)生器又包括：脈沖信號發(fā)生器，函數(shù)信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、數(shù)字序列波形發(fā)生器、圖形信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器等。按照信號發(fā)生器性能指標(biāo)可以分為一般信號發(fā)生器和標(biāo)準信號發(fā)生器。前者指對輸出信號的頻率、幅度的準確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類信號發(fā)生器。后者是指其輸出信號的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號發(fā)生器。 研究內(nèi)容本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設(shè)計，將采用編程的方法來實現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計的要求，對各種波形的頻率和幅度進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機的程序存儲器中。在程序運行中，當(dāng)接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出。 3第二章 方案的設(shè)計與選擇 方案的比較方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如 8038） ，8038 可同時產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制電壓，也可以實現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號的頻率穩(wěn)定度不高。方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難以達到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復(fù)雜。方案三：采用單片機編程的方法來實現(xiàn)。該方法可以通過編程的方法來控制信號波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實現(xiàn)頻率的變換。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號，所以信號的精度可以做的很高。鑒于方案一的信號頻率不夠穩(wěn)定和方案二的電路復(fù)雜，頻率覆蓋系數(shù)難以達標(biāo)等缺點，所以決定采用方案三的設(shè)計方法。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬件的方法來實現(xiàn)，使得信號頻率的穩(wěn)定性和精度的準確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價格便宜，使得硬件的開銷達到最省。 設(shè)計原理數(shù)字信號可以通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，因此可通過產(chǎn)生數(shù)字信號再轉(zhuǎn)換成模擬信號的方法來獲得所需要的波形。89C51 單片機本身就是一個完整的微型計算機，具有組成微型計算機的各部分部件：中央處理器 CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器 ROM、I/O 接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通訊接口等，只要將 89C51 再配置鍵盤及其接口、顯示器及其接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換及波形輸出、指示燈及其接口等四部分，即可構(gòu)成所需的波形發(fā)生器，其信號發(fā)生器構(gòu)成原理框圖如圖 所示。圖 信號發(fā)生器原理框圖89C51 是整個波形發(fā)生器的核心部分，通過程序的編寫和執(zhí)行，產(chǎn)生各種各樣的信號，并從鍵盤接收數(shù)據(jù)，進行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號幅度的調(diào)節(jié)。當(dāng)數(shù)字信號89C51單片機接口電路D/A轉(zhuǎn)換器濾波放大 輸出 4經(jīng)過接口電路到達轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號也就是所需要的輸出波形。 5 設(shè)計思想（1）利用單片機產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波等信號波形，信號的頻率和幅度可變。（2）將一個周期的信號分離成 256 個點（按 X 軸等分） ，每兩點之間的時間間隔為 T，用單片機的定時器產(chǎn)生，其表示式為： T=T/256。??如果單片機的晶振為 12MHz，采用定時器方式 0，則定時器的初值為： X=213— T/Tmec () 定時時間常數(shù)為： TL =（8192— T）/MOD256 ()?TH=(8192 T)/256 ()MOD32 表示除 32 取余數(shù)（3）正弦波的模擬信號是 D/A 轉(zhuǎn)換器的模擬量輸出，其計算公式為： Y=（A/2sin t）+A/2 (其中 A=VREF) ?() t=N T (N=1~256) ()?那么對應(yīng)著存放在計算機里的這一點的數(shù)據(jù)為： （） （4）一個周期被分離成256 個點，對應(yīng)的四種波形的 256 個數(shù)據(jù)存放在以 TAB1TAB4 為起始地址的存儲器中。 設(shè)計功能（1）本方案利用 8155 擴展 8 個獨立式按鍵，6 個 LED 顯示器。其中“S0”號鍵代表方波輸出， “S1”號鍵代表正弦波輸出， “S2”號鍵代表三角波輸出， “S3” 號鍵代表鋸齒波輸出。（2） “S4”號鍵為 10Hz 的頻率信號， “S5”號鍵為 100Hz 的頻率信號，“S6”號鍵為 500Hz 的頻率信號， “S7”號鍵為 1KHz 的頻率信號，6 個 LED 顯示器輸出信號的頻率值，選用共陽極 LED。（3）利用兩片 DAC0832 實現(xiàn)幅度可調(diào)的信號源， （其中一片用來調(diào)節(jié)幅度，另外一片用來實現(xiàn)信號源的輸出） 。（4）頻率范圍：10~1000Hz 。（5）輸出波形幅度為 0～5V。(sin1)25(25)/tDiYA????? 7第三章 硬件設(shè)計 硬件原理框圖硬件原理方框圖如圖 所示。圖 硬件原理框圖 主控電路AT89C51 單處機內(nèi)部設(shè)置兩個 16 位可編程的定時器/計數(shù)器 T0 和 T1，它們具有計數(shù)器方式和定時器方式兩種工作方式及 4 種工作模式。在波形發(fā)生器中，將其作定時器使用，用它來精確地確定波形的兩個采樣點輸出之間的延遲時間。模式 1采用的是 16 位計數(shù)器，當(dāng) T0 或 T1 被允許計數(shù)后，從初值開始加計數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時向 CPU 請求中斷。中斷系統(tǒng)是使處理器具有對外界異步事件的處理能力而設(shè)置的。當(dāng)中央處理器CPU 正在處理某件事的時候外界發(fā)生了緊急事件，要求 CPU 暫停當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個緊急事件。在波形發(fā)生器中，只用到片內(nèi)定時器／計數(shù)器溢出時產(chǎn)生的中斷請求，即是在 AT89C51 輸出一個波形采樣點信號后，接著啟動定時器，在定時器未產(chǎn)生中斷之前，AT89C51 等待，直到定時器計時結(jié)束，產(chǎn)生中斷請求，AT89C51 響應(yīng)中斷，接著輸出下一個采樣點信號，如此循環(huán)產(chǎn)生所需要的信號波形[6]。如圖 所示，AT89C51 從 P0 口接收來自鍵盤的信號，并通過 P2 口輸出一些控制信號，將其輸入到 8155 的信號控制端，用于控制其信號的輸入、輸出。如果有鍵按下，則在讀控制端會產(chǎn)生一個讀信號，使單片機讀入信號。如果有信號輸出，則在寫控制端產(chǎn)生一個寫信號，并將所要輸出的信號通過 8155 的 PB 口輸出，并在數(shù)碼管上顯示出來。單片機鍵盤電路顯示電路復(fù)位電路數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路放大電路波形輸出7圖 主控電路圖 數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路由于單片機產(chǎn)生的是數(shù)字信號，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，所以該文選用價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易并具有 8 位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832。DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、8 位 DAC 寄存器、8位 D/A 轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部