【文章內(nèi)容簡介】 高電路的頻率穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。純硬件法中，正弦波的設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)方法也比較多，電路形式一般有LC、RC和石英晶體振蕩器三類。LC振蕩器適宜于產(chǎn)生幾Hz至幾百M(fèi)Hz的高頻信號(hào)；石英晶體振蕩器能產(chǎn)生幾百kHz至幾十MHz的高頻信號(hào)且穩(wěn)定度高；對(duì)于頻率低于幾MHz，特別是在幾百Hz時(shí)，常采用RC振蕩電路。RC振蕩電路又分為文氏橋振蕩電路、雙T網(wǎng)絡(luò)式和移相式振蕩電路等類型。其中，以文氏橋振蕩電路最為常用。目前，實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器最簡單的方法是采用單片集成的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。它是將產(chǎn)生各種波形的功能電路集成優(yōu)化到一個(gè)集成電路芯片里，外加少量的電阻、電容元件來實(shí)現(xiàn)。采用這種方法的突出優(yōu)勢是電路簡單，實(shí)現(xiàn)方便，精度高，性能優(yōu)越；缺點(diǎn)是功能較全的集成芯片價(jià)格較貴。實(shí)際中應(yīng)用較多的單片函數(shù)信號(hào)發(fā)生器有MAX038(最高頻率可達(dá)40MHz)和ICL8038(最高頻率為300kHz)。 方案二波形發(fā)生器設(shè)計(jì)的純軟件法 波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)還可以采用純軟件的方法來實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器鞠使傳統(tǒng)儀器發(fā)生了革命性的變化，是21世紀(jì)測試儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要方向。它以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，軟件為核心，沒有傳統(tǒng)儀器那樣具體的物理結(jié)構(gòu)．在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)儀器的虛擬面板，通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和改變儀器的功能。例如用圖形化編程工具LabVIEW來實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器的功能：在LabVIEW軟件的前面板通過拖放控件，設(shè)計(jì)儀器的功能面板(如波形顯示窗口，波形選擇按鍵，波形存儲(chǔ)回放等工作界面)，在軟件的后面板直接拖放相應(yīng)的波形函數(shù)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或直接調(diào)用編程函數(shù)來設(shè)計(jì)任意波形以實(shí)現(xiàn)波形產(chǎn)生功能；完成的軟件打包后，可脫離編程環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器的功能。采用純軟件的虛擬儀器設(shè)計(jì)思路可以使設(shè)計(jì)簡單、高效，僅改變軟件程序就可以輕松實(shí)現(xiàn)波形功能的改變或升級(jí)。從長遠(yuǎn)角度來看，純軟件法成本較低。軟件法的缺點(diǎn)是波形的響應(yīng)速度和精度遜色于硬件法。 方案三：既具有純硬件設(shè)計(jì)的快速、高性能，同時(shí)又具有軟件控制的靈活性、智能性。如以單片機(jī)和單片集成函數(shù)發(fā)生器為核心（）。輔以鍵盤控制、液晶顯示等電路，設(shè)計(jì)出智能型函數(shù)波形發(fā)生器，采用軟硬件結(jié)合的方法可以實(shí)現(xiàn)功能較全、性能更優(yōu)的波形發(fā)生器，同時(shí)還可以擴(kuò)展波形發(fā)生器的功能，比如通過軟件編程控制實(shí)現(xiàn)波形的存儲(chǔ)、運(yùn)算、打印等功能，采用USB接口設(shè)計(jì)。使波形發(fā)生器具有遠(yuǎn)程通信功能等。目前，實(shí)驗(yàn)、科研和工業(yè)生產(chǎn)中使用的信號(hào)源大多采用此方法來實(shí)現(xiàn)。AT89C51單片機(jī)DAC0832復(fù)位鍵鍵盤數(shù)碼管顯示圖 軟硬件結(jié)合的波形發(fā)生器，波形改變困難、控制的靈活性不夠，不具備智能性，其中由運(yùn)算放大器加分立元件組成的波形發(fā)生器，除在學(xué)生實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練中使用外?；静槐徊捎谩＜冘浖O(shè)計(jì)法實(shí)現(xiàn)簡單，程序改變及功能升級(jí)靈活，但實(shí)現(xiàn)的波形精度及響應(yīng)速度不如硬件法高。純軟件法主要適用于對(duì)波形精度、響應(yīng)速度要求不是很高的場合。相比之下，軟硬件結(jié)合的方法可以設(shè)計(jì)出性能最優(yōu)、功能擴(kuò)展靈活、控制智能化的新一代的波形發(fā)生器，可以滿足教學(xué)、科研、工業(yè)生產(chǎn)等各方面對(duì)波形發(fā)生器性能有較高要求的應(yīng)用場合。綜合以上幾種設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)采用方案三的方法—軟硬件設(shè)計(jì)法。其方案能夠產(chǎn)生很好的波形，也易實(shí)現(xiàn)。3 硬件原理波形的產(chǎn)生是通過AT89S52單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)有三種聯(lián)接方式。一種是兩級(jí)緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級(jí)緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級(jí)緩沖器后，送D/A轉(zhuǎn)換電路。第二種是單級(jí)緩沖器型，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)輸入寄存器直接送入DAC寄存器，然后送D/A轉(zhuǎn)換電路。第三種是兩個(gè)緩沖器直通，輸入數(shù)據(jù)直接送D/A轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本電路仿真的總圖如下： 系統(tǒng)電路圖 MCS51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述典型的MCS51單片機(jī)芯片集成了以下幾個(gè)基本組成部分。1 一個(gè)8位的CPU2 128B或256B單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）3 4KB或8KB片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM或EPROM）4 4個(gè)8位并行I/O接口P0~P3。5 兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。6 5個(gè)中斷源的中斷管理控制系統(tǒng)。7 一個(gè)全雙工串行I/O口UART（通用異步接收、發(fā)送器） 8 一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。 單片機(jī)引腳 CPU結(jié)構(gòu)CPU 是單片機(jī)的核心部件。它由運(yùn)算器和控制器等部件組成。1.運(yùn)算器 運(yùn)算器以完成二進(jìn)制的算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU為核心。它可以對(duì)半字節(jié)（4）、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。例如，能完成加、減、乘、除、加減BCD碼十進(jìn)制調(diào)整、比較等算術(shù)運(yùn)算，完成與、或、異或、求反、循環(huán)等邏操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。運(yùn)算器還包含有一個(gè)布爾處理器，用以處理位操作。它以進(jìn)位標(biāo)志位C為累加器，可執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、位判斷轉(zhuǎn)移，可在進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行位數(shù)據(jù)傳誦等操作，還可以完成進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行邏輯與、或操作。PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，用于存放一條要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64kB，PC有自動(dòng)加1功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動(dòng)加1。 指令寄存器用于存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時(shí)，由程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送如指令寄存器，經(jīng)指令譯碼器譯碼后由定時(shí)有控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，完成指令功能。 存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器（Memory）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。特殊功能寄存器（SFR）的地址范圍為80H～FFH。在MCS－51中，除程序計(jì)數(shù)器PC和四個(gè)工作寄存器區(qū)外，其余21個(gè)特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個(gè)是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了26個(gè)字節(jié)。各特殊功能寄存器的符號(hào)和地址見附表2。其中帶＊號(hào)的可位尋址。特殊功能寄存器反映了8051的狀態(tài)，實(shí)際上是8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是P0～P3，它們實(shí)際上是4個(gè)八位鎖存器（每個(gè)I/O口一個(gè)），每個(gè)鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器就