【正文】 PU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、 I/O 接口電路、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等，只要將 89C51 再配置鍵盤(pán)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(hào)發(fā)生器構(gòu)成原理框圖如圖 1所示。此外，由于通過(guò)編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信 號(hào)，所以信號(hào)的精度可以做的很高。 1 總體方案設(shè)計(jì)及原理 方案的設(shè)計(jì)與選擇 方案一：采用單片 函數(shù)發(fā)生器（如 8038）， 8038 可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡(jiǎn)單易行，用 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出來(lái)改變調(diào)制電壓，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號(hào)的頻率穩(wěn)定度不高 【 1】 。不過(guò)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。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(kāi)發(fā)的 VXI 模塊。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 2 式復(fù)合成 v=f(t)形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式。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(guò) 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， 2020 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， 2020 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)，主要表現(xiàn)為兩個(gè)突出問(wèn)題，一是通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。其中運(yùn)用軟硬件結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)越等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 ： 51單片機(jī)； DAC； 函數(shù)波形 發(fā)生器 前言 波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶(hù)定義信號(hào)，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。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。由上面的產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器近幾年來(lái) 發(fā)展很快 ，國(guó)際上波形發(fā)生器技術(shù)發(fā) 展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（ 1）過(guò)去由于頻率很低應(yīng)用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應(yīng)用于越來(lái)越廣的領(lǐng)域。從而促進(jìn)了函數(shù)波形發(fā)生器向任意波形發(fā)生器的發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的飛速發(fā)展也對(duì)任意波形發(fā)生器軟件技術(shù)起到了推動(dòng)作用。由于 VXI總線(xiàn)的逐漸成熟和對(duì)測(cè)量?jī)x器的高要求，在很多領(lǐng)域需要使用 VXI系統(tǒng)測(cè)量產(chǎn)生復(fù)雜的波形， VXI的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性，但由于開(kāi)發(fā) VXI 模塊的周期長(zhǎng)，而且需要專(zhuān)門(mén)的 VXI 機(jī)箱的配套使用，使得波形發(fā)生器 VXI 模塊僅限于航空、軍事及國(guó)防等大型領(lǐng)域。這些新一代臺(tái)式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。 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(dá)到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復(fù)雜。 3 鑒于方案一的信號(hào)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(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)，所以決定采用方案三的設(shè)計(jì)方法。 圖 1 信號(hào)發(fā)生器原理框圖 89C51 是整個(gè)波形發(fā)生器的核心部分，通過(guò)程序的編寫(xiě)和執(zhí)行，產(chǎn)生各種各樣的信號(hào)，并從鍵盤(pán)接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號(hào)幅度的調(diào)節(jié)。 89C51 單片機(jī) 接口 電路 D/A 轉(zhuǎn)換器 濾波放大 輸出 4 如果單片機(jī)的晶振為 12MHz，采用定時(shí)器方式 0，則定時(shí)器的初值為： X=213— ? T/Tmec (1) 定時(shí)時(shí)間常數(shù)為： TL =（ 8192— ? T） /MOD256 (2) TH=(8192*? T)/256 (3) MOD256 表示除 256 取余數(shù) 【 2】。 （ 2） 利用一個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示數(shù)字來(lái) 判斷 輸出的相應(yīng)波形 。如圖 3所示。 中斷系統(tǒng)是使處理器具有對(duì)外界異步事件的處理能力而設(shè)置的。如果有鍵按下，則在讀控制端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)讀信號(hào)，使單片機(jī)讀入信號(hào)。這就是構(gòu)成 D/A 轉(zhuǎn)換器的基本思路。DAC0832 是電流型輸出，在應(yīng)用時(shí)外接運(yùn)放使之成為電壓型輸出。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí) 鐘信號(hào)。 這段時(shí)間內(nèi)讓 CPU 保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止 CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。 復(fù)位電路如圖 7 所示。Proteus 軟件涵蓋了 PIC、 AVR、 MCS805 68HC1 ARM 等微處理器模型，以及多種常用電子元器件，包括 74系列、 CMOS 4000 系列集成電路、 A/D和 D/A 轉(zhuǎn)換器、鍵盤(pán)、 LCD 顯示器、 LED 顯示器，還提供示波器、邏輯分析儀、通信終端、電壓 /電流表、 I2C/SPI 終端等各種虛擬儀表，這些都可以直接用于仿真設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平。 采用 PC進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)要比采用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱更為有效，因?yàn)橛脩?hù)可以根據(jù)需要隨時(shí)對(duì)原理電路圖進(jìn)行修改，并立即獲得仿真結(jié)果。此系統(tǒng)受益于 15 年來(lái)的持續(xù)開(kāi)發(fā) ,被《電子世界》在其對(duì) PCB 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的比較文章中評(píng)為最好產(chǎn)品 — “The Route to PCB CAD” 。 PROSPICE 仿真器的一個(gè)擴(kuò)展 PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51 標(biāo)準(zhǔn) C編譯器為 8051 微控制器的軟件開(kāi)發(fā)提供了 C語(yǔ)言環(huán)境 ,同時(shí)保留了匯編代碼高效 ,快速的特點(diǎn)。 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖及程序流程圖 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 軟件 設(shè)計(jì)中，先確定設(shè)計(jì) 方案及 功能，然后在 Keil C 中編譯程序，最后進(jìn)行 Proteus 仿真 。在中斷結(jié)束后，還要來(lái)判斷波形是否符合，如符合，則調(diào)用子程序 ，不符則返回，重新判斷。 12 圖 10 子程序的流程圖 圖 11為各波形 頻率調(diào)節(jié)子程序 流程圖 。 圖 15 軟件方波輸出 圖 16 硬件方波輸出 （ 3）軟硬件輸出方波占空比增加，如圖 17,圖 18所示。 圖 23 軟件輸出三角波 15 圖 24 硬件輸出三角波 軟 硬 件實(shí)現(xiàn)過(guò)程及結(jié)果分析 軟件 設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題頗多：首先對(duì)軟件 Keil C 和 Proteus 不了解，以前沒(méi)有接觸過(guò)。當(dāng)再調(diào)試仿真時(shí)發(fā)現(xiàn) 51 芯片中未加載程序，在將 Keil C 環(huán)境下生成的 .HEX 文件 加載入 51芯片后仿真波形才出現(xiàn)。在經(jīng)過(guò)檢測(cè)和排查后，才將實(shí)物電路焊接完成。美中不足的是實(shí)物輸出波形時(shí) 無(wú)法消除抖動(dòng)現(xiàn)象，分析其原因可能是自制電源輸出電壓不穩(wěn)或數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)頻率不匹配。 這次 畢業(yè) 設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在 xx 老師的辛勤指導(dǎo)下，終于 迎刃而解 。 sbit s4=P1^3。 sbit s8=P1^7。 uchar code bxnum[ ]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82, //設(shè)置數(shù)碼管初始 化 0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E}。 void delay (uchar k) //延時(shí)控制子函數(shù) { uchar j。 } } void zhengxian() //正弦波發(fā)生子函數(shù) { P2=sintab[n]。//方波 //定義方波幅值 delay(d1p)。 //輸出鋸齒波波形 n=n+p。 if(n=255)n=0。p=4。p=4。p=4。p=4。 } while(!s5)。//延時(shí)消抖 if(s6==0) //是否按下 s6 { d1++。//消抖 while(!s6)。 } while(!s7)。 if(s8==0) //是否按下 s8 { p。 while(!s8)。 p=4。 //調(diào)用波形控制鍵子函數(shù) switch(s) //判斷波形選擇情況 { case 1:zhengxian()。 case 3:juchi()。 } } } 附錄 2 電路圖 25 附錄 3 元件清單 器材名稱(chēng) 個(gè)數(shù) (單位 :個(gè) ) AT89C51 芯片 1 DAC0832 1 按鍵 9 石英晶體振蕩器 1 集成運(yùn)放 2 共陽(yáng)極數(shù)碼管 1 1K的變阻器 1 電阻 3 10K 電阻 1 電阻 2 100uF 3 470uF 1 20pF 2 10uF 1 萬(wàn)用 板 1 7805 三端穩(wěn)壓集成電路 1 烙鐵 焊錫導(dǎo)線(xiàn) 若干 。 case 4:sanjiao()。 //調(diào)用相應(yīng)波形子函數(shù) case 2:fangbo()。 //初始化數(shù)碼管不顯示數(shù)字 P1=0xff。 //初始化方波輸出零電平時(shí)間 d2=10。 } while(!s8)。 while(!s7)。 if(s7==0