【正文】 成績(jī)： 河北工程大學(xué)機(jī)電 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)計(jì)（論文）題目： 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 單 位（系別） ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 ： 專 業(yè) ： 礦山機(jī)械 班 級(jí) ： 機(jī)制 0907 班 學(xué) 號(hào) ： 090202017 指 導(dǎo) 教 師 ： 答辯組 負(fù)責(zé)人 ： 填表時(shí)間： 2020 年 5 月 河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院 教務(wù)處制 I 河北工程大學(xué)機(jī)電 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 設(shè)計(jì) (論文 )題目 數(shù) 字 信 號(hào) 發(fā) 生 器 的 設(shè) 計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)院 機(jī)電學(xué)院 專業(yè) 機(jī)制礦機(jī) 年級(jí) 09 班別 09 機(jī)制 7 班 指導(dǎo)教師 職稱 下達(dá)任務(wù)日期 年 月 日 主 要 研 究 內(nèi) 容 、 方 法 和 要 求 研究?jī)?nèi)容： 設(shè)計(jì)一種數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，能夠?qū)崿F(xiàn)顯示輸出波形，即正弦波、方波、三角波而且還能通過(guò)鍵盤來(lái)控制三種波形的類型選擇、頻率變化，最終顯示各自的類型以及數(shù)值 研究方法： 利用 AT89S52單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生弦波、方波、三角波三種波形，再通過(guò) D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來(lái) ，外加一個(gè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器 RAM62256 設(shè)計(jì)要求： 調(diào)試所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)程序，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求。 II 摘 要 波形發(fā)生器是信號(hào)源的一種，主要給被測(cè)電路提供所需要的己知信號(hào) (各種波形 )，然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)波形發(fā)生器還沒(méi)有形成真正的產(chǎn)業(yè)。 【關(guān)鍵詞】 信號(hào)發(fā)生器 鋸齒波 方形波 矩形波 單片機(jī) III ABSTRACT Waveform generator signal source is a circuit under test, mainly to provide the required known signal ( a variety of waveforms ), then with other instrument measuring the parameters of interest. Visible signal source in a variety of experimental and test processing, its application is very broad. It is not a measurement instrument, but according to the user39?，F(xiàn)在很多設(shè)計(jì)利用單片機(jī)靈活的控制、豐富的外設(shè)處理能力，實(shí)現(xiàn)頻率、幅值可調(diào)的函數(shù)波形的輸出，同時(shí)可以根據(jù)需要方便地實(shí)現(xiàn)各種比較復(fù)雜的調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅功能，具有良好的實(shí)用性 [1]。 凡是產(chǎn)生測(cè)試 信號(hào) 的儀器，統(tǒng) 稱信號(hào)源 也 稱為信號(hào)發(fā)生器，它用于產(chǎn)生被測(cè)電路所需特定參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)。并且要求信號(hào)源輸出信號(hào)的參數(shù)，如 頻率 、 波形 、輸出電壓或 功率 等，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性，有輸出指示。各種波形 曲線 均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、 核磁共振 3 成像 等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器 [2]。對(duì)于數(shù)字通信，由于數(shù)字信號(hào)的幅值為有限個(gè)離散值（通常取兩個(gè)幅值），在傳輸過(guò)程中雖然也受到噪聲的干擾，但當(dāng)信噪 比惡化到一定程度時(shí)，即在適當(dāng)?shù)木嚯x采用判決再生的方法，再生成沒(méi)有噪聲干擾的和原發(fā)送端一樣的數(shù)字信號(hào)，所以可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離高質(zhì)量的傳輸 [3]。數(shù)字通信的信號(hào)形式和計(jì)算機(jī)所用信號(hào)一致，都是二進(jìn)制代碼，因此便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也便于用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理、維護(hù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。 （ 5） 便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。一路模擬電話的頻帶為 4kHz 帶寬，一路數(shù)字電話約占 64kHz，這是模擬通信目前仍有生命力的主要原因。 ●信號(hào)發(fā)生器的分類 現(xiàn)目前信號(hào)發(fā)生器的種類很多，以下就是詳細(xì)介紹 按頻率范圍分類： ： 包括 音頻 （ 200～ 20200 赫）和視頻（ 1 赫～ 10 兆赫）范圍的 正弦波發(fā)生器。一般采用 LC 調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。此外，儀器還有防止信號(hào)泄漏的良好屏蔽。具有頻率穩(wěn)定度高，頻率范圍寬，容易實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn) 100 Hz。頻率范圍可從幾毫赫甚至幾微赫的超低頻直到幾十兆赫。將三角波另行加到由很多不同偏置二極管組成的整形網(wǎng)絡(luò)，形成許多不同斜度的折線段 ，便可形成正弦波。脈沖發(fā)生器主要由主控振蕩器、延時(shí)級(jí)、脈沖形成級(jí)、輸出級(jí)和衰減器等組成。 ： 完全隨機(jī)性信號(hào)是在工作頻帶內(nèi)具有均勻頻譜的白噪聲。例如，用白噪聲作為輸入信號(hào)而測(cè)出網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，便可得到這一網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)函數(shù)。 ：這種發(fā)生器的信號(hào)不是由振蕩器直接產(chǎn)生，而是以高穩(wěn)定度石英振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，利用頻率合成技術(shù)形 成所需之任意頻率的信號(hào)，具有與標(biāo)準(zhǔn)頻率源相同的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。用得較多的間接式頻率合 成器是利用標(biāo)準(zhǔn)頻率源通過(guò)鎖相環(huán)控制電調(diào)諧振蕩器（在環(huán)路中同時(shí)能實(shí)現(xiàn)倍頻、分頻和混頻），使之產(chǎn)生并輸出各種所需頻率的信號(hào)。所謂可控信號(hào)特征，主要是指輸出信號(hào)的頻率、幅度、波形、占空比、 調(diào)制形式等參數(shù)都可以人為地控制設(shè)定。在電路測(cè)試中，我們可以通過(guò)測(cè)量、對(duì)比輸入和輸出信號(hào)，來(lái)判斷信號(hào)處理電路的功能和特性是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求 。 目前我國(guó)己經(jīng)開(kāi)始研制波形發(fā)生器，并取得了可喜的成果。波形發(fā)生器軟件的開(kāi)發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得更加方便和容易。目前可以利用可視化編程語(yǔ)言 (如 Visual Basic, Visual C等等 )編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許從計(jì)算機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來(lái)實(shí)現(xiàn)波形的輸入。在民用方面， VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺(tái)式儀器更為方便。而且外形尺寸與價(jià)格，都比過(guò)去的類似產(chǎn)品減少了一半。任何復(fù)雜信號(hào) ——例如音樂(lè)信號(hào)，都可以看成由許許多多頻率不同、大小不等的正弦波符合而成。這就是正弦波的圖像了。正弦波一般與函數(shù)信號(hào)發(fā)生器有關(guān)，與數(shù)控也有關(guān) [7]。它的波形見(jiàn)圖 1。 DDS技術(shù)依賴數(shù)字控制的方法，利用單基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)模擬頻率源。該技術(shù)具有頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率分辨率高、易于控制的突出特點(diǎn)。然后時(shí)鐘每加一，相位就增加 1/x，然后輸出查表、計(jì)算出的瞬時(shí)值，再繼續(xù)下一時(shí)鐘。此方案輸出的波形不夠穩(wěn)定，抗干擾能力弱，不易調(diào)節(jié)。此方案，電路復(fù)雜，干擾因素多，不易實(shí)現(xiàn)。 結(jié)合設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)條件限制等方面， 以上三種方案綜合考慮， 由于方案一更方便，所以 選方案一。除了具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的數(shù)字外設(shè)部件，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件，而且執(zhí)行速度快。由于人眼具有視覺(jué)暫留特性，當(dāng)每只數(shù)碼管顯示的時(shí)間間 隔小于 1/16s 時(shí)人眼感覺(jué)不到閃動(dòng)，看到的是每只數(shù)碼管常亮。 以上兩種方案綜合考慮， 由于用 LED 相對(duì)要麻煩些，而 1602 編程容易控制，所以本次設(shè)計(jì) 選擇方案二。 方案一：矩陣式鍵盤。 方案二：編碼式鍵盤。 17 第四章 芯片的介紹 第一節(jié) AT89S52 AT89S52 引腳圖如下所示： 圖 AT89S52 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí) 器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全 18 雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 ●主要性能 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容； 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器； 1000 次擦寫周期； 全靜態(tài)操作： 0Hz33MHz； 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器； 32 個(gè)可編程 I/O 口線； 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 六個(gè)中斷源； 全雙工 UART 串行通道； 低功耗空閑和掉電模式； 1 掉電后中斷可喚醒； 1 看門狗定時(shí)器； 1 雙數(shù)據(jù)指針； 1 掉電標(biāo)識(shí)符 。 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 19 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 端口引腳 第二功能： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) 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 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩 頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。對(duì)于 AT89S52，如果 EA 接 VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為0000H～ 1FFFH）開(kāi)始，接著從外部尋址，尋址地址為： 2020H~FFFFH。當(dāng)一條指令訪問(wèn)高于 7FH 的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定 CPU 訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM還是特殊功能寄存器空間。這個(gè) DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 CS： 片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效。 23 WR2： DAC 寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。 Rfb： 反饋電阻引出端。 AGND：模擬信號(hào)地 。 第二種方法 是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而 DAC 寄存器工作在鎖存狀態(tài)。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇 25 指令寄存器。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 下圖為總體框圖 圖 系統(tǒng)的總體框圖 第一節(jié) 硬件的設(shè)計(jì) ●總體 原理 系統(tǒng)大致包括 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 、 波形產(chǎn)生模塊 、 顯示模塊的設(shè)計(jì) 以及 鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì) [15] 29 總原理圖如下： 圖 總原理圖 ●單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 硬件的最小系統(tǒng) 由電源 ,主板和 CPU、內(nèi) 存組成 .在這個(gè)系統(tǒng)中 ,沒(méi)有任何信號(hào)線的連接 ,只 有電源到主板的電源連接 .在判斷的過(guò)程中通過(guò)聲音來(lái)判斷這一核心組成部分是否可正常工作， AT89S52 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單﹑可靠。 (2) 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限且應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。通過(guò)軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形 33 ●鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì) 在第三章的第四節(jié)就確認(rèn)本次設(shè)計(jì)采用 獨(dú)立鍵盤，其連接電路圖如下： 圖 鍵盤 圖中鍵盤獨(dú)立鍵盤引出的八跟線分別接單片機(jī)的 P2 口，只用其第四列，因此在程序初始化時(shí) 腳給低電平。 與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)所以 程序用 C 語(yǔ)言編寫，開(kāi)發(fā)環(huán)境為 KEIL。在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)理論與實(shí)際的結(jié)合，增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力和分析能力。在單片機(jī)應(yīng)用方面自己掌握還有待提高，在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會(huì)更加努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，完善自我，為將來(lái)的發(fā)展做好充分的準(zhǔn)備。首先我要感謝我的導(dǎo)師趙雙趙老師，她在我完成論文的過(guò)程中，給 予了我很大的幫助。