【正文】 便攜式低頻信號(hào)發(fā)生器[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)具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能 優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。[關(guān)鍵詞]信號(hào)發(fā)生器；單片機(jī)；波形調(diào)整 The design of low frequency function signalgeneratorAuthor:Zhao Xinghui（Grade05,Class2, Detection Technology and Application，Mechanical engineering institute ，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）Tutor:Zhai Renhe[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.[Keywords]signal generator。 MCU。 waveform adjustment目 錄 論 ...................................................目的及意義 ......................................1 ............................................2 ...........................3 ............................................3 ..............................................4 ...........................................6 AT89C51單片機(jī)介紹 ........................................6 .............................................12 8255擴(kuò)展電路 ............................................15 4*6距陣式按鍵電路 .......................................21 128*64LCD顯示電路 .......................................30 D/A轉(zhuǎn)換電路 .............................................37 I/V轉(zhuǎn)換波形輸出電路 .....................................41 ..................................47 ...........................................47 Keil和 Protues介紹和聯(lián)調(diào) ................................ 48 軟硬模塊調(diào)試 .............................................50 .................................51 .......................................56 ................................................57 產(chǎn)品的性能和應(yīng)用范圍 .....................................57 ...........................................57總 結(jié) ....................................................59致 謝 ....................................................60參考文獻(xiàn) ..................................................61附錄 A 硬件電路圖附錄 B軟件程序附錄 C 英文翻譯 論、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?，F(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)量儀器一起方便的構(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?nèi)粘Ｉ钪?，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，使用戶能夠通過手動(dòng)的設(shè)定，設(shè)置所需波形。該設(shè)計(jì)課題的研究和制作全面說明對(duì)低頻信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)要有一個(gè)全面的解、對(duì)低頻信號(hào)的發(fā)生原理要理解掌握，以及低頻信號(hào)發(fā)生器工作流程：波形的設(shè)定，D/A轉(zhuǎn)換，單片機(jī)（51 單片機(jī)，顯示電路，鍵盤控制） ，顯示和各模塊的連接通信等各個(gè)部分要熟練聯(lián)接調(diào)試，能夠正確的了解常規(guī)芯片的使用方法、掌握簡單信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步鍛煉了我們?cè)谛盘?hào)處理方面的實(shí)際工作能力。 200HZ—1000HZ的常見信號(hào)。，可靠性強(qiáng)。，使用靈活方便，操作簡單明了。 方案 1：采用 AT89C51單片機(jī)和 DAC0832芯片，直接連接鍵盤和顯示圖 21。 P0 AT89C51P2P1 P3LCD 顯示器4*6鍵盤D/A轉(zhuǎn)換芯片圖 21 方案 1電路原理圖該種方案主要對(duì) AT89C51單片機(jī)的各個(gè) I/O口充分利用. 和 4*6的鍵盤, 在 P0口接顯示電路,P1 口連接 來說,能對(duì)單片機(jī)各個(gè)接口都利用上,而不在多用其它芯片,使用芯片少,低功耗。其缺點(diǎn)就是在考慮以后發(fā)展和改進(jìn)的時(shí)候,單片機(jī)數(shù)據(jù)接口都被占用了,那么很難進(jìn)行改進(jìn)和進(jìn)一步發(fā)展,在對(duì)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)有一定的困難.方案 2: 采用芯片 8255對(duì) AT89C51進(jìn)行擴(kuò)展,其中使用 74LS373來驅(qū)動(dòng),并且加了一個(gè)74LS138譯碼器,8255 的 PA口和 12864LCD顯示器連接,PB0PB5 和 PC0PC3連接 4*6的鍵盤,AT89C51 的 P1連接 22.此方案主要用到了 8255對(duì)單片機(jī)的擴(kuò)展,在功耗低,型號(hào)小的要求下,用 8255擴(kuò)展,在本來 I/O接口剛好夠用的情況下,多余幾個(gè)接口,以后在系統(tǒng)電路改進(jìn)或發(fā)展上都有著 I/.LCD 顯示器D/A轉(zhuǎn)換芯片 P0 AT89C51P2P1 P38225鍵盤控制圖 22 方案 2電路圖 通過對(duì)這兩個(gè)方案的介紹和說明,在系統(tǒng)整體上方案 2明顯優(yōu)于方案 1,所以本次設(shè)計(jì)選用方案 2作為本系統(tǒng)的最終方案.本次設(shè)計(jì)所研究的就是對(duì)所需要的某種波形輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，在通過 D/A轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)部分的轉(zhuǎn)換輸出一組連續(xù)變化的 0~5V的電壓脈沖值。在通過顯示部分顯示其頻率，幅值，和波形。在設(shè)計(jì)時(shí)分塊來做，按照波形設(shè)定，D/A 轉(zhuǎn)換，51單片機(jī)連接，鍵盤控制和顯示五個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。最后通過聯(lián)調(diào)仿真，做出電路板成品。從而簡化人機(jī)交互的問題，具體設(shè)計(jì)模塊如圖 23：圖 23 系統(tǒng)模塊圖模塊介紹：：對(duì)任意波形的手動(dòng)設(shè)定：主要選用 DAC0832來把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，在送入單片機(jī)進(jìn)行處理。：最小系統(tǒng)和 8255的擴(kuò)展：用 4*6的鍵盤來控制輸出波形的種類和數(shù)值的輸入：采用 128*64點(diǎn)陣式 LCD顯示波形的頻率和形狀系統(tǒng)要求是便攜式低功耗的，所以在硬件電路建立前首先粗略計(jì)算一下整個(gè)系統(tǒng)所需的功耗?？紤]單片機(jī)部分（有最小系統(tǒng)，D/A 轉(zhuǎn)換，鍵盤接口，擴(kuò)展部分顯示等部分）的功耗大小，機(jī)器體積小，價(jià)格便宜，耗電少，頻率適中，便于攜帶。 AT89C51單片機(jī)介紹AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 圖 31是常用的一種單片機(jī)，型號(hào)為 AT89C51，它將計(jì)算機(jī)的功能都集成到這個(gè)芯片內(nèi)部去了，就這么一個(gè)小小的芯片就能構(gòu)成一臺(tái)小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。圖 31 AT89C51芯片 它有 40個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有 20個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第 1腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第 2腳、第 3腳……第 40腳。在 40個(gè)管腳中，其中有 32個(gè)腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這 32個(gè)腳叫做單片機(jī)的“端口”，在單片機(jī)技術(shù)中，每個(gè)端口都有一個(gè)特定的名字，比如第一腳的那個(gè)端口叫做“”。AT89C51 單片機(jī)的功能：1．主要特性：與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000 寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部 RAM32可編程 I/O線兩