【正文】 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文）信號發(fā)生器電路設計畢業(yè)論文V河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文）目　錄前　言 1第1章 概 述 3167。 單片機概述 3167。 AT89C51概述 3第2章 系統(tǒng)設計方案 4167。 任務要求及分析 4167。 設計任務及要求 4167。 任務分析 4167。 設計思路 4167。 系統(tǒng)結構框圖 4167。 各功能模塊設想 5167。 系統(tǒng)總體方案設計 5167。 硬件方案 6167。 軟件方案 6第3章 系統(tǒng)硬件模塊設計 7167。 單片機最小系統(tǒng) 7167。 復位電路 7167。 時鐘電路 7167。 顯示模塊設計 8167。 LCD1602介紹 8167。 LCD1602電路連接 8167。 LCD1602編碼方式 9167。 鍵盤模塊設計 10167。 鍵盤電路連接 10167。 鍵盤檢測原理 11167。 D/A轉換電路 11167。 DAC0832結構 11167。 DAC0832工作原理 12167。 DAC0832硬件連接 13167。 運放電路 13167。 電流/電壓轉換電路 13167。 調幅電路 14第4章 軟件設計 15167。 系統(tǒng)主流程 15167。 各程序模塊設計 15167。 初始化程序 15167。 鍵盤掃描及處理程序 16167。 波形產生程序 18167。 顯示部分程序 20第5章 仿真結果及分析 23167。 功能實現(xiàn) 23167。 初始化 23167。 正弦波仿真 23167。 方波仿真 24167。 三角波仿真 25167。 鋸齒波仿真 26167。 鍵盤功能 27167。 結果及誤差分析 27結　論 29參考文獻 30致　謝 32附　錄 3313前　言一、課題的意義及目的信號發(fā)生器是基礎的通用儀器之一，在許多領域都有廣泛的應用。傳統(tǒng)的信號發(fā)生器可以由硬件電路搭接而成，但是這種電路存在波形質量差，控制難，可調范圍小，電路復雜和體積較大等缺點。隨著便攜式和智能化越來越成為儀器的基本要求，對傳統(tǒng)儀器的數(shù)字化、智能化、集成化也就顯得尤為重要?！?】作為電子技術最根本的硬件基礎，信號發(fā)生器也需要不斷進行改進，以滿足現(xiàn)今人們對它日益增長的需要。在現(xiàn)代電子領域中，單片機的應用正在不斷地走向深入，單片機構成的儀器不僅可靠性高、性價比較高、集成度高，而且處理功能強、可靠性較好，而目前廣泛使用的是一些標準產品，雖然也有一些優(yōu)點，但價格較貴，因此，用單片機來實現(xiàn)信號發(fā)生器以滿足需要的方法是一個不可多得的方法。二、國內外研究概況國內外的信號發(fā)生器設計方法主要有以下幾種：（1） 利用鎖相環(huán)電路產生振蕩來實現(xiàn)。這類設計電路調試困難，且對阻容元件的參數(shù)要求嚴格；另外，由于阻容元件的穩(wěn)定性差，其可靠性不高，難于保證精確度，該方案技術相對落后，對信號發(fā)生器要求不高時可采用該方案，因此，這種設計方法的應用范圍也受到了限制。（2） 利用大規(guī)模集成電路來實現(xiàn)。這種設計性能可靠，能夠產生多種波形信號，達到較高頻率，但是頻率輸出信號的波形和頻率值的精確度和準確度不高，工作不很穩(wěn)定，電路較為復雜，不易調試。（3） 利用單片集成芯片實現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器。這種設計能產生多種波形信號，可以達到較高頻率，并且能保證輸出信號的穩(wěn)定和較高的精確度，所需的電阻、電容較少，電路也較為簡單，易于調試，成本也較低。（4） 利用專用直接數(shù)字合成DDS芯片來實現(xiàn)。該方法能產生任意波形的信號，并能達到很高的頻率，產生信號波形的電路可以保證輸出信號的頻率穩(wěn)定性，可以方便地調節(jié)、預置頻率，波形變換方便，頻率和波形的切換響應快，無過渡過程，電路結構簡單，工作穩(wěn)定可靠，但成本太高。三、設計的實現(xiàn)本課題利用單片機采用程序設計的方法來產生低頻信號，不但成本較低而且精度也較高。只需要通過按鍵就可以控制和操作儀器、例如：波形選擇、頻率調節(jié)，波形類型和頻率值可以通過液晶顯示屏LCD1602顯示，操作起來簡單、方便、靈活。通過程序控制單片機來實現(xiàn)相關功能，避免了傳統(tǒng)電路搭接中出現(xiàn)的工作不穩(wěn)定、不易調試等各種問題，使得信號發(fā)生器易于控制，提高了信號精度，抗干擾能力強，并且能夠對波形進行細微的調整，使其能夠滿足應用時的要求。第1章 概 述167。 單片機概述隨著微電子技術的不斷發(fā)展，計算機技術也得到迅速發(fā)展，并且由于芯片的集成度的提高而使計算機微型化，出現(xiàn)了單片機，也可稱為微控制器MCU。單片機，即集成在一塊芯片上的計算機，繼承了中央處理器CPU、只讀存儲器ROM、定時器/計數(shù)器以及I/O接口電路等主要計算機部件。從1976年9月Intel公司推出MCS48系列單片機以來，世界上的一些著名的器件公司都紛紛推出各自系列的單片機產品。各種系列的單片機由于其內部功能、單元組成及指令系統(tǒng)的不盡相同，形成了各具特色的系列產品。其中Intel公司生產的MCS系列單片機目前仍占主導地位。以8051為基核推出的各型號的兼容性單片機統(tǒng)稱為51系列單片機。單片機具有功能強、體積小、成本低、功耗小、配置靈活等特點，因此單片機在工業(yè)控制、智能儀表、通信系統(tǒng)、信號處理等領域均得到了廣泛應用。167。 AT89C51概述AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能COMS8位單片機，片內含4KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128B的隨機存取數(shù)據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲器制造技術生產，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)。由于將8位中央處理器（CPU）和Flash存儲器組合在單個芯片中，使得AT89C51是一種高效微控制器。功能強大的AT89C51單片機可以提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域，為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價格低廉的方案。本設計所選用的單片機就是AT89C51。河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文）第2章 系統(tǒng)設計方案167。 任務要求及分析167。 設計任務及要求本設計的任務及要求如下：（1）具有產生正弦波、三角波、方波和矩形波四種波形的功能；（2）輸出波形的頻率范圍為1～1000Hz；（3）輸出波形幅度范圍0－5V（峰－峰值），(峰－峰值）調整；（4）通過鍵盤輸入任意頻率數(shù)值和選擇任意波形；（5）具有顯示輸出波形的類型、頻率（周期）的功能；（6）精度誤差要求達到5%。167。 任務分析通過對設計任務及要求進行分析，我們可以對整個系統(tǒng)有一個初步的了解。本設計主要任務是設計一個基于單片機的信號發(fā)生器電路，將各功能模塊化，實現(xiàn)四種波形的產生、幅度調節(jié)、頻率調節(jié)、波形類型及頻率的顯示等功能，另外為了將單片機產生的信號轉換成模擬信號，還需要D/A轉換電路，并將轉換所產生的信號進行整形放大，滿足所要求的幅度范圍。167。 設計思路167。 系統(tǒng)結構框圖在任務分析中，我們把系統(tǒng)模塊化，分為單片機模塊、顯示模塊、數(shù)模轉換模塊和鍵盤模塊四個模塊。將各個模塊加以整合，我們得出系統(tǒng)大致的結構框圖，如圖21所示：圖21 系統(tǒng)結構框圖167。 各功能模塊設想單片機模塊——負責的功能是正弦波、三角波、方波和矩形波四種波形的產生以及通過對鍵盤信號進行檢測分析完成調頻功能，并能發(fā)送信號控制顯示模塊顯示波形類型以及頻率值。這一模塊功能的實現(xiàn)主要是通過所編寫的程序進行控制，是整個設計的核心。顯示模塊——負責的功能是波形類型以及頻率大小的顯示，接收來自單片機的控制信號及數(shù)據信號，將單片機根據波形類型與頻率所產生的信號進行處理后顯示出來，實現(xiàn)顯示功能。數(shù)模轉換模塊——負責將波形信號從數(shù)字信號轉換成模擬信號，進而能在示波器上顯示出來，以便于通過示波器顯示的波形信號來對系統(tǒng)功能進行驗證，選擇合適的芯片，將單片機的I/O口接入即可實現(xiàn)功能。鍵盤模塊——負責分配用于波形選擇、調頻的按鍵，是整個系統(tǒng)的主要輸入設備，為了實現(xiàn)調節(jié)功能，需要分配多個按鍵，為了不占用過多的I/O口，可以采用矩陣鍵盤陣列，合理分配按鍵，使操作更簡潔易懂，增加系統(tǒng)的人機交互功能。167。 系統(tǒng)總體方案設計167。 硬件方案硬件電路是系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎，綜合設計思路，為了實現(xiàn)所要求的各功能，本設計選擇以AT89C51單片機為核心，結合以DAC0832組成的數(shù)模轉換電路、以LCD1602組成的顯示模塊、以4I/O口的44矩陣鍵盤組成的鍵盤模塊和以LM324組成的濾波整形放大電路構成系統(tǒng)的硬件電路。167。 軟件方案軟件設計是本設計的核心，需要通過程序設計實現(xiàn)算法，進而實現(xiàn)系統(tǒng)功能。軟件部分主要包括一下幾個方面：1．波形產生：由于設計要求的誤差，因此采用256個采樣點，正弦波需要通過讀入波碼表的方式產生，方波、三角波、鋸齒波比較有規(guī)律，在程序中通過遞加、遞減等方式可以實現(xiàn)。2．鍵盤部分：編寫程序檢測I/O口狀態(tài)變化，根據某一狀態(tài)變化確定所按下的按鍵，將信息返回到單片機內進行處理，設置波形切換、調頻所對應的按鍵，當功能按鍵按下時執(zhí)行相應操作。3．顯示部分：確定要顯示信息的位置所對應的地址，在程序中可以改變地址將信息顯示在不同的位置，不同的字母對應不同的編碼，顯示字母時將對應編碼發(fā)送到顯示模塊即可。需要注意的是使用時需要對液晶顯示進行初始化處理。第3章 系統(tǒng)硬件模塊設計167。 單片機最小系統(tǒng)167。 復位電路無論是在單片機剛開始接上電源時，還是運行過程中發(fā)生故障都需要復位。復位電路用于將單片機內部各電路的狀態(tài)恢復到一個確定的初始值，并從這個狀態(tài)開始工作，按下復位按鈕后，內部的程序自動從頭開始執(zhí)行。單片機的復位條件為，必須使其RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個及以上機器周期的高電平。本設計所采用的復位方式為按鍵復位，復位電路如圖31所示：圖31 單片機復位電路167。 時鐘電路單片機工作時，從取指令到譯碼再進行微操作，必須在時鐘信號控制下才能有序地進行，時鐘電路就是為單片機工作提供基本時鐘的。單片機的時鐘信號通常有兩種產生方式：內部振蕩方式和外部振蕩方式。本設計所采用的時鐘電路為內部振蕩方式。內部振蕩方式的電路連接如圖32所示：將晶振結合相應大小的電容連接到引腳XTAL1和XTAL2之間，圖中C1和C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5~30pF之間，晶振頻率的典型值為12MHz。內部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際電路中使用較多。圖32 內部振蕩方式電路圖167。 顯示模塊設計167。 LCD1602介紹LCD1602是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。LCD1602顯示的內容為162，即可以顯示兩行，每行顯示16個字符，其內部有160個57點陣的字符發(fā)生存儲器CGROM和8個可由用戶自定義的字符發(fā)生存儲器CGRAM。167。 LCD1602電路連接系統(tǒng)的液晶連接如圖33所示，圖中液晶主要管腳介紹如下：VSS——接地；VDD——接+5V電源；RS——為寄存器選擇，置高選擇數(shù)據寄存器、反之則選擇指令寄存器；RW——為讀寫信號線，為高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作，當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀盲信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據；E——為使能端，當E端由高電平條變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令；D0~D7——為8位雙向數(shù)據線，連接單片機的I/O口。圖33 LCD1602硬件連接圖167。 LCD1602編碼方式1602液晶內部的字符發(fā)生存儲器(CGROM)已經存儲的160個不同的點陣字符圖形包括阿拉伯數(shù)字、英文字母大小寫、常用符號以及日文片假名等，每個字符都有一個固定的代碼，比如字母“A”的代碼是41H。1602字符庫見附錄：DDRAM就是顯示數(shù)據RAM，用來寄存待顯示的字符代碼，共80字節(jié)，其地址和屏幕的對應關系如表所示：表31 DDRAM地址與屏幕對應關系顯示位置1234567……40DDRAM地址第一行00H01H02H03H04H05H06H……27H第二行40H41H42H43H44H45H46H……67H一行有40個地址，在LCD1602中，我們只用前16個就行了，第二行也同樣用16個地址。【11】表32 1602對應的DDRAM地址000102030405060708090A0B0C0D0E0F404142434445464748494A4B4C4D4E4F注：表31與表32中數(shù)字均為十六進制當想要在LCD1602屏幕的某一行某一列顯示一個字母時，就需要向這一行這一列所對應的DDRAM地址寫入字母相應代碼即可。程序的編寫需要按LCD模塊快的指令格式來進行。例如：要在第二行開頭顯示“s”這個字母，則程序應寫為：write_(0x80+0x40)；write_data(0x73)；其中0x40為第二行開頭的地址，只是在程序中需要加上0x80才能正確顯示，0x73對應字母“s”的代碼，當所要顯示的內容與位置不同時，程序做出相應改變即可。167。 鍵盤模塊設計167。 鍵盤電路連接本次設計所采用的4個I/O口的鍵盤電路，連接如圖34所示：圖34 鍵盤電路連接圖167。 鍵盤檢測原理當檢查按鍵模塊時，若有按鍵按下，則與之相連的兩條線將會導通，從而將電平拉高或拉低使其一致。具體的按鍵掃描方式如下：第一步： 先將四位數(shù)據線均置‘1’，然后檢查各端口電平有無變化，若K13按下，則