【正文】 值和頻率。 單片機(jī)電源40腳是電源：AT89C52工作電源電壓為5（1+）V，且典型值為5V；在線路中，電源去藕是一個(gè)關(guān)鍵問題。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 　　口管腳 備選功能 　　 RXD（串行輸入口） 　　 TXD（串行輸出口） 　　 /INT0（外部中斷0） 　　 /INT1（外部中斷1） 　　 T0（記時(shí)器0外部輸入） 　　 T1（記時(shí)器1外部輸入） 　　 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） 　　 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。 　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流?？删幊檀型ǖ?　　1288位內(nèi)部RAM 　　壽命：1000寫/擦循環(huán) 　　 AT89C52 DIP封裝芯片它有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)有箭頭的為第一腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第2腳、第3腳……第40管腳。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。目前，在我國(guó)，單片機(jī)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于只能儀表、機(jī)電設(shè)備過程控制、自動(dòng)檢測(cè)、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個(gè)方面。 ，波形的選擇是通過單刀三置開關(guān)SW1來(lái)實(shí)現(xiàn)的，頻率調(diào)節(jié)依靠可變電阻RV3和電容C1，幅值調(diào)節(jié)通過程控增益放大器AD603調(diào)節(jié)，為了使放大器不會(huì)干擾波形，在放大器前接入一個(gè)電壓跟隨器。 圖 ICL8038典型接法針對(duì)以上電路失真無(wú)法調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)，我們改進(jìn)方案，實(shí)現(xiàn)正弦波正負(fù)失真的可調(diào)。在實(shí)測(cè)中得到正弦信號(hào)的失真度可達(dá)0．5左右?！　≌液瘮?shù)信號(hào)由三角波函數(shù)信號(hào)經(jīng)過非線性變換而獲得?！　≡谝陨匣倦娐分泻苋菀撰@得3種函數(shù)信號(hào)，假如電容器在充電過程和在放電過程的時(shí)間常數(shù)相等，而且在電容器充放電時(shí)，電容電壓就是三角波函數(shù)，三角波信號(hào)由此獲得。因此，ICL8038能輸出方波、三角波和正弦波等三種不同的波形其中，振蕩電容C由外部接入，它是由內(nèi)部?jī)蓚€(gè)恒流源來(lái)完成充電放電過程。三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。由于I2I1，因此電容C放電，vc隨時(shí)間線性下降。在圖31中，ICL8038由恒流源II2，電壓比較器CC2和觸發(fā)器等組成。（5）外圍電路非常簡(jiǎn)單，易于制作。（3）輸出波形的失真小。15V內(nèi)選取。該芯片性能特點(diǎn)：具有在發(fā)生溫度變化時(shí)產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50ppm／℃；具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號(hào)輸出；正弦波輸出具有低于1％的失真度；三角波輸出具有0．1％高線性度；工作變化周期寬，2％～98％之間任意可調(diào)；高的電平輸出范圍，從TTL電平至28V；易于使用，只需要很少的外部條件。該章的作用是為下文的具體介紹做了個(gè)鋪墊。（5）鍵盤子程序：通過掃描單片機(jī)I/O端口確定是否有鍵按下，并判斷按下的是何種功能的按鍵。其主要完成的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)部分： （1）主程序的設(shè)計(jì)：完成系統(tǒng)的初始化，各部分的配置以及在主循環(huán)中進(jìn)行系統(tǒng)的工作狀態(tài)檢測(cè)。通過以上的介紹，該信號(hào)發(fā)生器具有以下幾個(gè)功能：（1）通過按鍵能輸出三角波、正弦波、方波等幾種常用的波形。模塊介紹：（1）4*4鍵盤模塊：實(shí)現(xiàn)波形的切換、幅值的控制和頻率的控制。它是本制作的核心，通過鍵盤輸入，單片機(jī)AT89C52可控制ICL8038的輸出波形類型的選擇，并可由鍵盤設(shè)定電壓值及頻率，再經(jīng)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器輸出對(duì)ICL8038的實(shí)現(xiàn)頻率和幅度的調(diào)控。ICL 8038 是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路, 只需調(diào)整個(gè)別的外部元件就能產(chǎn)生從 ～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號(hào)。根據(jù)以上比較，采用方案一。 信號(hào)幅值控制部分方案一：采用可編程放大器，電路簡(jiǎn)單，對(duì)放大倍數(shù)以及信號(hào)輸出電壓有較高的要求，需要對(duì)輸出電壓進(jìn)行預(yù)先處理。該方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，電路簡(jiǎn)單，可以參考。在設(shè)計(jì)的過程中，我們針對(duì)信號(hào)發(fā)生部分、信號(hào)幅值控制部分、信號(hào)幅值控制部分進(jìn)行不同方案的比較。主要包括主程序的設(shè)計(jì)，幅值調(diào)節(jié)程序，幅值調(diào)節(jié)程序，波形選擇程序和鍵盤程序等設(shè)計(jì)。主要介紹了信號(hào)發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)，信號(hào)發(fā)生器的主電路結(jié)構(gòu)及工作方式，本文基于ICL8038的信號(hào)發(fā)生器的整體方案設(shè)計(jì)。本文主要安排五個(gè)章節(jié)介紹基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器。 （3）隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺(tái)式儀器在走了一段下坡路之后，又重新繁榮起來(lái)。 （2）與VXI資源結(jié)合。波形發(fā)生器通常允許用一系列的點(diǎn)、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。不久以后，Analogic公司推出了型號(hào)為 Data2020的多波形合成器，Lecroy 公司生產(chǎn)的型號(hào)為9100 的任意波形發(fā)生器等。在 70 年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、A/D/和 D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號(hào)，還可對(duì)頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)的控制，并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊，組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、震動(dòng)激勵(lì)、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域常常要用到低頻信號(hào)源。波形發(fā)生器也稱函數(shù)發(fā)生器，作為實(shí)驗(yàn)信號(hào)源，是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。低頻信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)低頻信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄摘要 IAbstract I1 緒論 1 1 1 3 2 信號(hào)發(fā)生器的總體方案設(shè)計(jì) 4 信號(hào)發(fā)生器的總體方案 4 信號(hào)發(fā)生部分 4 信號(hào)幅值控制部分 4 信號(hào)頻率控制部分 5 5 軟件總體方案 6 本章小結(jié) 7 3 信號(hào)發(fā)生器的硬件電路設(shè)計(jì) 8 8 ICL8038內(nèi)部原理 9 電路分析 10 單片機(jī)最小系統(tǒng) 12 主要特性 13 管腳說明（） 14 單片機(jī)電源 17 頻率控制模塊 17 幅值控制模塊 18 幅值控制模塊的原理 18 AD603簡(jiǎn)介 19 D/A轉(zhuǎn)換原理介紹 20 DAC0832引腳介紹 21 23 鍵盤控制模塊 25 本章小結(jié) 27 4 信號(hào)發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì) 28 主程序流程圖 28 頻率調(diào)節(jié)子程序設(shè)計(jì) 29 幅值調(diào)節(jié)子程序設(shè)計(jì) 30 32 矩陣鍵盤子程序設(shè)計(jì) 33 仿真結(jié)果 35 仿真軟件protues簡(jiǎn)介 35 方波、正弦波、三角波的產(chǎn)生 36 37 38 信號(hào)頻率的調(diào)節(jié) 39 本章小結(jié) 40 5 結(jié)論 41 謝辭 42 參考資料 43 附件1總電路圖 44 附錄2 外文資料翻譯 46 53 1 緒論在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測(cè)控制、測(cè)量?jī)x器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號(hào)波形發(fā)生器。目前，市場(chǎng)上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒波，正弦波，方波，三角波等波形。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào)其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號(hào)源所需的RC很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是致命的弱點(diǎn)。在 70 年代前，信號(hào)發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其它波形時(shí)，需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。這時(shí)期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì) DAC的程序控制，就可以得到各種簡(jiǎn)單的波形。 到了二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過 GHz 的DDS 芯片，同時(shí)也推動(dòng)了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，2003 年，Agilent的產(chǎn)品 33220A能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達(dá)到 20M，2005 年的產(chǎn)品N6030A 能夠產(chǎn)生高達(dá) 500MHz 的頻率，采樣的頻率可達(dá) 。同時(shí)可以利用一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)方程輸入方式，復(fù)雜的波形可以由幾個(gè)比較簡(jiǎn)單的公式復(fù)合成 v=f (t)形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生。目前，波形發(fā)生器由獨(dú)立的臺(tái)式儀器和適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的插卡以及新近開發(fā)的VXI模塊。不過現(xiàn)在新的臺(tái)式儀器的形態(tài)，和幾年前的己有很大的不同。第一章為緒論部分。第三章為信號(hào)發(fā)生器的硬件設(shè)計(jì)。第五章為結(jié)論部分。 信號(hào)發(fā)生部分方案一：采用震蕩電路（如RC振蕩電路或555震蕩電路）實(shí)現(xiàn)頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)，通過波形變換電路得到所需的波形。方案三：采用單片機(jī)、FPGA、DDS芯片等通過軟件編程生成波形數(shù)據(jù)，在經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)輸出。方案二：采用數(shù)字電位器，該方式能通過單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)幅值的調(diào)節(jié)。 信號(hào)頻率控制部分方案一：采用純可變電阻調(diào)節(jié)，改變函數(shù)信號(hào)發(fā)生器芯片ICL8038輸出波形的頻率，該方法還得通過頻率計(jì)來(lái)得出頻率，實(shí)現(xiàn)太繁瑣。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。硬件總體方案如下圖所示。（2）幅值控制模塊：通過單片機(jī)控制程控增益放大器AD603，改變其反饋電阻的大小，實(shí)現(xiàn)幅值的變化。（2）通過按鍵能實(shí)現(xiàn)幅值的連續(xù)可調(diào)。（2）波形產(chǎn)生電路的編程：完成通過按鍵選擇波形類型的輸出。然后根據(jù)鍵值轉(zhuǎn)入相應(yīng)的入口執(zhí)行相應(yīng)的按鍵子程序 本章小結(jié)本章主要介紹了信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的總體思路。3 信號(hào)發(fā)生器的硬件電路設(shè)計(jì)本章將介紹信號(hào)發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)原理，對(duì)各個(gè)功能模塊分別進(jìn)行討論，主要包括波形產(chǎn)生電路、單片機(jī)控制電路、頻率控制電路、幅值調(diào)節(jié)電路和鍵盤電路。ICL8038是精密波形產(chǎn)生與壓控振蕩器，其基本特性為：可同時(shí)產(chǎn)生和輸出正弦波、三角波、方波等波形。電源電流約15mA。正弦波失真度＜5%，經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整后，%。通過調(diào)節(jié)外部阻容元件值，即可改變振蕩頻率，產(chǎn)生高質(zhì)量的中、低頻正弦波，矩形波（或方波，窄脈沖）,三角波（或鋸齒波）等函數(shù)波形，其應(yīng)用領(lǐng)域比普通單一波形的信號(hào)發(fā)生器更為廣闊。電壓比較器CC2的門限電壓分別為2VR/3和VR/(VR=VCC+VEE)，電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，且I2必須大于I1。當(dāng)vc下降到vc≤VR/3時(shí)，比較器C2輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q又由高電平變?yōu)榈碗娖?，I2再次斷開，I1再次向C充電，vc又隨時(shí)間線性上升。因此，ICL8038能輸出方波、三角波和正弦波等三種不同的波形與下降時(shí)間相等，就產(chǎn)生三角波輸出到腳3。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源1對(duì)電容器C連續(xù)充電，增加電容電壓，從而改變比較器的輸入電平，比較器的狀態(tài)改變，帶動(dòng)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來(lái)連續(xù)控制的。由于觸發(fā)器的工作狀態(tài)變化時(shí)間也是由電容電壓的充放電過程決定的，所以，觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，就能產(chǎn)生方波函數(shù)信號(hào)，在芯片內(nèi)部，這兩種函數(shù)信號(hào)經(jīng)緩沖器功率放大，并從管腳3和管腳9輸出。利用二極管的非線性特性，可以將三角波信號(hào)的上升成下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。其精度效果相當(dāng)滿意。由于該芯片所產(chǎn)生的正弦波是由三角波經(jīng)非線性網(wǎng)絡(luò)變換而獲得。這個(gè)電路已經(jīng)可以產(chǎn)生方波、正弦波和三角波，下一步設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制按鍵來(lái)選擇波形以及波形幅值和頻率的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，該單片機(jī)AT89C52是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。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AT89C52是一種高效微控制器，AT89C2052是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C52單片機(jī)的功能： 主要特性數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 　　32可編程I/O線 　　低功耗的閑置和掉電模式 當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。 　　RST：復(fù)位輸入。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。整個(gè)線路往往會(huì)由于電源引線而產(chǎn)生電路諧振，當(dāng)有大的瞬時(shí)變化時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾信號(hào)。P0口接D/A轉(zhuǎn)換芯片，控制波形輸出的頻率。另外單片機(jī)EA/VP端接口接電源，為單片機(jī)提供電源。由單片機(jī)編碼計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)按鍵調(diào)節(jié)電容容值的增減，從而控制輸出信號(hào)