【正文】 成模擬信號(hào)，因此可通過(guò)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方法來(lái)獲得所需要的波形。其產(chǎn)生的信號(hào)的精度其性價(jià)比更加優(yōu)異，集成度更高，體積更小 ,可靠性更高，控制功能更強(qiáng)，需求電壓低，耗能更低。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。噪聲信號(hào)發(fā)生器主要用途為：在待測(cè)系統(tǒng)中引入一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，以模擬實(shí)際工作條件中的噪聲而測(cè)定系統(tǒng)性能；外加一個(gè)已知噪聲信號(hào)與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲比較以測(cè)定噪聲系數(shù)；用隨機(jī)信號(hào)代替正弦或脈沖信號(hào)，以測(cè)定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性等。③脈沖信號(hào)發(fā)生器 。按其不同性能和用途還可細(xì)分為低頻（ 20 赫至 10兆赫）信號(hào)發(fā)生器、高頻（ 100 千赫至 300兆赫）信號(hào)發(fā)生器、微波信號(hào)發(fā)生器、掃頻和程控信號(hào)發(fā)生器、頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。但成本較高。 導(dǎo)彈 的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡 ，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)， 錄像機(jī) 、 攝像機(jī) 、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各種波形的 頻率和幅度進(jìn)行程序的編寫(xiě)，并將所寫(xiě)程序裝入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。特別是在 通信系統(tǒng)的科研實(shí)驗(yàn)中，常常需要用到多種不同頻率和相位的信號(hào)，如正弦波、三角波、方波和鋸齒波等，因此多功能信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用十分廣泛。按照信號(hào)發(fā)生器性能指標(biāo)可以分為一般信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。其最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中，這是其他計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)都無(wú)法做到的。在單片機(jī)上加外圍器件獨(dú)立式開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制波形的選擇。目前 使用的信號(hào)發(fā)生器大部分是利用分立元件組成的體積大，可靠性差，準(zhǔn)確度低。 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。 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。 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)要求： 1）采用 AT89C52及 DAC0832設(shè)計(jì) 函數(shù)波形發(fā)生器 ； 2）輸出函數(shù)信號(hào)為正弦波或三 角波或方波波； 3）輸出信號(hào)頻率可調(diào)； 教研室 審核 系部 審核 第 二 部 分 開(kāi) 題 報(bào) 告 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程 系 10 屆 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) （（ 論論 文文 ）） 開(kāi)開(kāi) 題題 報(bào)報(bào) 告告 書(shū)書(shū) （（ 表表 1）） 學(xué)生姓名 專業(yè) 班級(jí) 學(xué)號(hào) 題 目 基于 51單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 職稱 講師 學(xué) 位 題目類別 □ 工程設(shè)計(jì) □ 基礎(chǔ)研究 □ 應(yīng)用研究 □ 其它 【課題的內(nèi)容與要求】 4個(gè)按鈕，分別用來(lái)控制 調(diào)整波形，調(diào)整頻率。目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)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。 本文是做基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，將采用編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。 DAC0832實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)的信號(hào)源 ： 正弦波頻率范圍 10100Hz 三角波頻率范圍 50500Hz 方波波頻率范圍 2002021Hz 【前言】 波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實(shí)驗(yàn)用信號(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。 方案三： 采用單片機(jī)編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得信號(hào)頻 率的穩(wěn)定性和精度的準(zhǔn)確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價(jià)格便宜，使得硬件的開(kāi)銷達(dá)到最省。 課程設(shè)計(jì)需要各個(gè)波形的基本輸出，這些波形的實(shí)現(xiàn)的具體步驟：正弦波的實(shí)現(xiàn)是非常麻煩的。在單片機(jī)的輸出端口 接 DAC0832 進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，再通過(guò)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。 信號(hào)發(fā)生器的分類 信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類也不盡一致。前者指對(duì)輸出信號(hào)的頻率、幅度的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類信號(hào)發(fā)生器。在數(shù)字化時(shí)代的今天，經(jīng)典的由模擬電路組成的信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)漸漸遠(yuǎn)離了人們，取而代之的是電路簡(jiǎn)潔、功能多樣、功耗低的數(shù)字電路。在程序運(yùn)行中，當(dāng)接收到來(lái)自外界的命令，需要輸出某種波形時(shí)再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程 2 序，經(jīng)電路的數(shù) /模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器處理后，從信號(hào)發(fā)生器的輸出端口輸出。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)儀器。②函數(shù)（波形）信號(hào)發(fā)生器。能產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測(cè)試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用作模擬信號(hào)來(lái)測(cè)試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。當(dāng)用噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測(cè)量時(shí)， 若平均測(cè)量時(shí)間不夠長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性誤差，可用偽隨機(jī)信號(hào)來(lái)解決。 方案三單片機(jī)信號(hào)發(fā)生器 采用單片機(jī) AT89S52 可同時(shí)方便的產(chǎn)生訪波、正弦波、三角波、負(fù)向鋸齒波和正向鋸齒波 (除正弦波形不太理 想外，其它波形較好 )而且方法簡(jiǎn)單易行。 采用方法一能產(chǎn)生精度和質(zhì)量相對(duì)較高的信號(hào)用于試驗(yàn)科研和生產(chǎn)，但其價(jià)格較高在要求不高的場(chǎng)合我給與摒棄。 AT89S52 單片機(jī)本身就是一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，具有組成微型計(jì)算機(jī)的各部分部件：中央處理器 CPU、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 AT89S52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 所示。 （ 2） 將一個(gè)周期的信號(hào)分離成 256 個(gè)點(diǎn)（按 X 軸等分），每?jī)牲c(diǎn)之間的時(shí)間間隔為 ? T，用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生，其表示式為： ? T=T/256。主控電路主要是以單片機(jī) AT89C52 來(lái)控制。 圖 31 系統(tǒng)整體硬件電路圖 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)有單片機(jī)、電源、晶振電路以 及復(fù)位電路組成。 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 3個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 2個(gè)外部中斷源低功 耗空閑和掉電模式 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 8 位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來(lái)的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制； 8位 DAC寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由加以控制； 8位 D/A轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門(mén)、非與門(mén)組成的輸入控制電路來(lái)控制 2個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。 (3)IOUT2：模擬電流輸出端 2， IOUT2 與 IOUT1 的和為一個(gè)常數(shù)。 (6)Vcc：芯片供電電壓，范圍為 (+5~15)V。 一般情況下為了簡(jiǎn)化接口電路，可以直接接地，使第二級(jí) 8 位 DAC 寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級(jí) 8 位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。每一組運(yùn)算放大器可用圖中所示的符號(hào)來(lái)表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ OUT”為輸出端。管腳示意圖如圖 35 所示。就是 Vin 接電源輸入， GND 接地， Vout加一個(gè) 到 1uf 的電容就可以了。管腳示意圖如 圖 36所示。其原理是將 A2的輸入端Σ通過(guò)電阻 R1 與參考電壓 VREF 相連， VREF 經(jīng)R1 向 A2 提供一個(gè)偏流 I1，其電流方向與 I2 相反，因此運(yùn)算放大器 A2 的輸入電流為 I I2 之代數(shù)和。另一類芯片內(nèi)部沒(méi)有數(shù)據(jù)寄存器，輸出信號(hào)隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化而變化，因此不能直接與微型計(jì)算機(jī)接口，必須通過(guò)并行接口與微型計(jì)算機(jī)接口。 第 2腳： VDD 接 5V正電源。當(dāng)RS 和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指 令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 第 16 腳：背光源負(fù)極 13 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 調(diào)試軟件采用 keil uVison2 是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件中優(yōu)秀軟件之一，界面友好，易寫(xiě)易操作。 軟件設(shè)計(jì)思想 本文中子程序的調(diào)用是通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，再直接查詢程序中預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)值，通過(guò)轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的電壓，從而形成所需的各種波形。 DA_S1=1。 //設(shè)置定時(shí)器 0 為 16 位工作方式 IT0=1。 while(1) 14 { //DAout(0xff)。 for(x=z。y)。 else if(waveform==1)triangle_out()。 //總頻率 EA=0。0xf0。 case 0xd0: //頻率按規(guī)定單位依次增加 wavefreq[waveform]++。 if(wavefreq[waveform]1)wavefreq[waveform]=10。 } THtemp=waveTH[waveform*10+(wavefreq[waveform]1)]。 //在液晶中顯示個(gè)位， (0x30 在液晶顯示中表示數(shù)字 0) total_freq/=10。 //在液晶中顯示時(shí)百位 total_freq/=10。 //在第一行顯示 disp_lcd(0xc0,lcd_hang2)。計(jì)數(shù)清零 while(!key)。 if(wavecount64)wavecount=0。 DA_S1=0。 else DAdata=0x00。 ②具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤(pán)和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 7 Professional 界面簡(jiǎn)介 安裝完 Proteus 后，運(yùn)行 ISIS 7 Professional，會(huì)出現(xiàn)以下窗口界面： 圖 51 Proteus仿真軟件主界面 19 1．原理圖編輯窗口（ The Editing Window）：顧名思義，它是用來(lái)繪制原理圖的。 3．模型選擇工具欄（ Mode Selector Toolbar）： 主要模型（ Main Modes）： 1）選擇元件（ ponents）（默認(rèn)選擇的） 2）放置連接點(diǎn) 3）放置標(biāo)簽（用總線時(shí)會(huì)用到） 4）放置文本 5）用于繪制總線 6）用于放置子電路 7）用于即時(shí)編輯元件參數(shù) 配件（ Gadgets）： 1）終端接口（ terminals）：有 VCC、地、輸出、輸入等接口 2）器件引腳：用于繪制各種引腳 3）仿真圖表（ graph）：用于各種分析，如 Noise Analysis 4）錄音機(jī) 5）信號(hào)發(fā) 生器（ generators） 6）電壓探針：使用仿真圖表時(shí)要用到 7）電流探針：使用仿真圖表時(shí)要用到 8）虛擬儀表：有示波器等 2D 圖形（ 2D Graphics）： 1）畫(huà)各種直線 20 2）畫(huà)各種方框 3）畫(huà)各種圓 4）畫(huà)各種圓弧 5）畫(huà)各種多邊形 6）畫(huà)各種文本 7）畫(huà)符號(hào) 8）畫(huà)原點(diǎn)等 4．元件列表（ The Object Selector）： 用于挑選元件（ ponents）、終端接口（ terminals）、信號(hào)發(fā)生器（ generators）、仿真圖表（ graph）等。 使用方法：先右鍵單擊元件，再點(diǎn)擊（左擊）相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)圖標(biāo) 6．仿真工具欄 仿真控制按鈕 1）運(yùn)行 2)單步運(yùn)行 3)暫停 4)停止 總電路圖仿真 如圖 52系統(tǒng)整體硬件電路圖如圖 53 示波器 21 圖 52 系統(tǒng)整體硬件電路圖 圖 53 示波器 正弦波仿真 按調(diào)節(jié)波形按鈕，液晶屏上出現(xiàn) SELECT WAVE 時(shí)，此時(shí)為正弦波。 調(diào)節(jié)頻率曾加減小按鈕可以改變?nèi)遣ǖ恼穹?，周期等。在設(shè)計(jì)中，我們力求硬件電路簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮軟件靈活方面的特點(diǎn)，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 在自己的努力和同學(xué)的幫助下一起順利完成了本次設(shè)計(jì)的要求，實(shí)現(xiàn)了多種波形（正弦波、三角波、鋸齒波、方波）的函數(shù)發(fā)生器，在這期間，可以說(shuō)遇到了很多困難，但通過(guò)堅(jiān)持不懈的努力，最終還是實(shí)現(xiàn)了畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。 特別要感謝我的指導(dǎo)老師，給我進(jìn)行了很多的輔導(dǎo)，不僅在技術(shù)上給了我很大幫助，也在系統(tǒng)需求和設(shè)計(jì)方面給予了我很大幫助。在設(shè)計(jì)中，我們力求硬件電路簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮軟件靈活方面的特點(diǎn)，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。//控制 DAC0832 的 8 位 DAC 寄存器，僅當(dāng)都為 0 時(shí)，可以輸出數(shù)據(jù) (處于直通狀態(tài) )，否則，輸出將被鎖存 sbit key=P3^2。計(jì)數(shù) uchar THtemp,TLtemp。 //當(dāng)其為 0、 2時(shí)，分別代表三種波 uchar code freq_unit[3]={10,50