【正文】 trol and scientific experiments and other fields. Currently, waveform generators, in domestic market, are very limit. So the development of a waveform generator which is fully functional and easy to use is very important for experimental, research, and industrial needs. This article describes two schemes of the design of waveform generator (WG) based on 51 MCU and DAC 0832 chip. And the two schemes have their own advantages to meet different areas‘ need. Among them, in the scheme of programmable WG design, we use the MCU to generate waveform data, and then use the timer timing to control DAC converter which translate the waveform data into the output waveform. This scheme expanded with LED display module and keyboard module, which has a good humanmachine interaction. In hardware WG design scheme, we use the MCU to generate waveform data or accept the data from PC, and then transfer this data to external RAM. Specially, we use an external circuit to control the DAC conversion. This design can generate highfrequency waves, and it also has good scalability. What‘s more, these two schemes can produce four kinds of waveforms (sine, triangle, sawtooth and square wave)。硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì)中，單片機(jī)執(zhí)行程序產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)或從上位機(jī)接受波形數(shù)據(jù)寫入外部 RAM 中，然后由外部電路控制從 RAM 中取出波形數(shù)據(jù)送于 DAC 轉(zhuǎn)換輸出波形，本方案可以產(chǎn)生高頻波，且具有良好的可升級(jí)性。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上波形發(fā)生器種類匱乏，價(jià)格昂貴 。 為了實(shí)驗(yàn)、研究以及工業(yè)需要，研制一種功能齊全、使用方便的波形發(fā)生器十分重要。本次設(shè)計(jì)的兩種方案均能產(chǎn)生頻率、幅值可調(diào)的正弦波、三角波、鋸齒波和方波四種波形。 their frequency and amplitude can adjust by user‘s need. In this design,we use the Keil c software for software design in C language. And then we use the simulation software Proteus to check system functions, Finally, we use Protel software to produce printed circuit boards (PCB). 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III This design of the two kinds of waveform generator has good precision, low power consumption, high data transmission speed, great reliability, and good economy value. To a certain extent, it is worthy of being further developed. KEY WORDS： waveform generators, MCU, DAC0832, programmable WG design, hardware WG design 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 目 錄 前 言 ................................................................................................... 1 第 1 章 緒論 ......................................................................................... 2 167。 本文研究的主要內(nèi)容 .............................................................. 4 167。 控制器的選擇 .................................................................. 7 167。 顯示模塊方案設(shè)計(jì) .........................................................11 167。 程控波形發(fā)生器系統(tǒng)框圖 .............................................13 167。 89C51 單片機(jī) ...................................................................15 167。 計(jì)數(shù)器 74161 .................................................................. 26 167。 EDA 軟件 Protel ........................................................... 28 第 4 章 硬件實(shí)現(xiàn)及模塊設(shè)計(jì)電路 .................................................... 29 167。 LED 顯示模塊 ................................................................. 31 167。 波形產(chǎn)生及調(diào)幅模塊 ..................................................... 34 167。 串行通信和供電模塊 ..................................................... 38 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ....................................................................... 39 167。 按鍵子程 序 ..................................................................... 40 167。 硬件波形發(fā)生器軟件設(shè)計(jì) .................................................... 45 167。 PCB 設(shè)計(jì) .................................................................................49 167。 系統(tǒng)誤差測(cè)試及分析 .............................................................58 167。從上世紀(jì) 20 年代起，世界上對(duì)于波形發(fā)生器的研究與改進(jìn)從未間斷過，到現(xiàn)今已經(jīng)研制出了用于不同頻域的各種高性能的波形發(fā)生器。 本文介紹了兩種基于 89C51 單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 產(chǎn)生所需波形的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案，兩種方案各有千秋，可以滿足不同領(lǐng)域?qū)Σㄐ伟l(fā)生器的需求。 本次設(shè)計(jì)運(yùn)用 Keil c 軟件采用 C 語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，使用仿真軟件Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)功能校驗(yàn)，并使用 Protel 軟件制作印刷電路板（ PCB）。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1章 緒論 167。因此隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)今對(duì)信號(hào)源的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度和頻率范圍以及信號(hào)波形的形狀提出越來越高的挑戰(zhàn)。早期的波形發(fā)生器的機(jī)構(gòu)復(fù)雜，功率較大，因此發(fā)展緩慢。所以模擬技術(shù)的波形發(fā)生器的發(fā)展在后期也受到了一定的制約。當(dāng)時(shí)專用于 信號(hào)處理的微處理器時(shí)鐘頻率只有 12MHz， A/D 和D/A 一般為 8 位，且內(nèi)部存儲(chǔ)容量也很小。 傳統(tǒng)的波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形比較單一，如正弦波、方波、脈沖波、三角波等。任意波形發(fā)生器的典型代表為 Lecroy 公司生產(chǎn)的的 9100 任意波形發(fā)生器 [2]。 選題意義 雖然我國(guó)對(duì)于波形發(fā)生器的研制起步較晚，但是通過幾年的努力也取得了一些可喜的成果。目前國(guó)內(nèi)成熟的產(chǎn)品多位一些 PC 儀器插卡，獨(dú)立儀器少之又少。該波形發(fā)生器系統(tǒng)采用 51 單片機(jī)進(jìn)行控制，DAC0832 芯片進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。 本篇論文主要討論的是波形發(fā)生器設(shè)計(jì)的方案選擇，系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)問題，單片機(jī)軟件和生成常用波形軟件編寫問題，以及對(duì)本次設(shè)計(jì)中的主要芯片的介紹。第一章主要介紹了課題的研究背景、發(fā)展、意義，設(shè)計(jì)的整體內(nèi)容以及任務(wù)安排。 第五章對(duì)兩種設(shè)計(jì)方案的各程序 模塊的設(shè)計(jì)及流程圖分別予以詳細(xì)的說明。 總體方案選擇 波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)可以通過多種方案來實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)之前需要對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和選擇： 方案一：采用分立元件構(gòu)成非穩(wěn)態(tài)的多諧振蕩器，然后根據(jù)所需波形的要求加入積分電路等構(gòu)成波形發(fā)生器，如圖 21 所示。 8038 可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波專用集成電路 [4]。我將此種方法稱作 ―程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì) ‖[6]。 方案二簡(jiǎn)單易行，但是 8038 產(chǎn)生的波形容易寄生高次諧波分量，且頻率的穩(wěn)定性差。這種方案如 節(jié)所說只能產(chǎn)生不高于10KHz 的波形，因此 只可用于低頻波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)。這種方案生在單片機(jī)寫入波形數(shù)據(jù)到 SRAM 后就解放了工作任務(wù)，剩下的波形輸出任務(wù)完全由 外部時(shí)鐘源控制，所以輸出波的頻率由外部時(shí)鐘決定。但是考慮到在實(shí)際的工業(yè)設(shè)計(jì)中所需的波形頻率是有限的，針對(duì)特定的系統(tǒng)我們可以通過分頻得到多個(gè)頻率來滿足系統(tǒng)的要求。兩種設(shè)計(jì) 方案 的具體實(shí)施在下文中將會(huì)分別予以介紹。 167。 對(duì)以上方案綜合比對(duì)，可以得出如下結(jié)論： 方案二中的 FPGA 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，且具有密度高、速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。方案三中的專用處理器生成的波形頻段寬，穩(wěn)定性好，精度高，執(zhí)行速度快，且編程簡(jiǎn)單，不需 要外圍硬件電路，但是芯片價(jià)格昂貴。 調(diào)頻方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)提供了兩種調(diào)頻方案的構(gòu)思，具體闡述如下： 方案一：通過硬件電路控制離散波形數(shù)據(jù)的輸出速度從而實(shí)現(xiàn)頻率的改變。將一個(gè)周期的波形數(shù)據(jù)離散成 256 個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)（具體方法見第五章 節(jié) ），然后令微處理器的累加器 A 自身循環(huán)增加，沒增加一次即向 DAC 送出一個(gè)波形采樣數(shù)據(jù)，并啟用一次定時(shí)器延時(shí)。例如，單片機(jī)的晶振頻率fOSC=12MHz，定時(shí)器采用方式 1，若產(chǎn)生周期為 T 的波形，定時(shí)器初值的計(jì)算方法如下： 單片機(jī)機(jī)械周期 Tmec 為： 61 2 1 2 1012O S CT m e c sf M H z ?? ? ? (21) 定時(shí)器初值 TC 為： / 25 62 L TTC Tmec?? (22) 定時(shí)器初值高位 TCH 為： / 256TCH TC? (23) 定時(shí)器初值低位 TCL 為： 256T C L T C T C H? ? ? (24) 當(dāng)要獲得 1Hz 的波形時(shí)，按照上述方法可以算出： TC=61630, TCH=240, TCL=190 但是此種方案最大計(jì)數(shù)值為 65536，最小計(jì)數(shù)值為 1，所以決定了此種方法所能得到的波形的上限頻率 fMAX 為： 1 3906256M A Xf H zTm e c??? (25) 下限頻率 fMIN 為： 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 1 0 . 0 66 5 5 3 6 2 5 6M I Nf H zTm e c???? (26) 需要說明的是以上上限下限頻率是對(duì)于將一周期波形離散成 256 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的正弦波和鋸齒波而言的。但是由于輸出高頻時(shí)受到軟件執(zhí)行（例如對(duì)