【文章內容簡介】 、幅度都能由計算機自動調節(jié)的信號源。剛好可通過采用 D/A 轉換芯片構成的可控信號源，產生正弦波、調頻波、調幅波及方波等，并且其信號的頻率和幅度可由微機來實現(xiàn)控制，調節(jié)非常方便。 另外隨著 21 世紀的到來，人類正在跨入信息時代?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展方向是功能更強，體積更小，速度更快，功耗更低。所以今天無論是民用的移動電話、程控交換機、集群電臺、 廣播發(fā)射機和調制解調器 ,還是軍用的雷達設備、圖形處理儀器、遙控遙測設備、加密通信機中 ,都已廣泛地使用大規(guī)?？删幊唐骷?。由于數字技術在處理和傳輸信息方面的各種優(yōu)點，數字技術和數字集成電路的使用已經成為構成現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要標志。 湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 課題研究的目的和意義 信號發(fā)生器作為電子技術領域中最基本的電子儀器，廣泛應用于航空航天測控、通信系統(tǒng)、電子對抗、電子測量、科研等各個領域中。 隨著數字信號處理和集成電路技術的發(fā)展，直接數字頻率合成（ DDS）的應用也越來越廣泛。因此本設計介紹了一種由單片機控制， D/A 轉換模 擬實現(xiàn) DDS 功能，可產生頻率和幅度可調的波形發(fā)生器的方法。 單片機是實現(xiàn)各種控制策略和算法的載體。波形發(fā)生器也可運用單片機技術，通過巧妙的軟件設計和簡易的硬件電路，產生數字式的正弦波相位、頻率和幅值可調的信號。信號的頻率、相位可通過鍵盤輸入并顯示。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言，產生的數字信號干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡單方便，成本低。 國內外的研究狀況 波形發(fā)生器亦稱函數發(fā)生器，作為實驗用信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設計應用中必不可少的儀器設備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器 多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。信號發(fā)生器作為一種常見的應用電子儀器設備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用 555 振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一，不用依靠單片機。但是這種電路存在波形質量差，控制難，可調范圍小，電路復雜和體積大等缺點。而函數波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點，不僅可以模擬各種復雜信號，還可對頻率、幅值、相移、波形進行動態(tài)、及時的控制，并能夠與其它儀器進行通訊，組成自動測試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動控制系統(tǒng)、震 動激勵、通訊和儀器儀表領域。 在 70 年代前，信號發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，而函數發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標準波形，產生其它波形時，需要采用較復雜的電路和機電結合的方法。這個時期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術，而且模擬器件構成的電路存在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點。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)生器的功能擴大，產生更加復雜的波形。這時期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實質是采用微處理器對 DAC 的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。 90 年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價格的函數發(fā)生器。 湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 第 2 章 信號發(fā)生器的方案設計 2 系統(tǒng)設計 方案設計 利用 AT89C51 單片機采用程序設計方法產生正弦波、矩形波、鋸齒波三種波形，在通過 D/A 轉換器 DAC0832 將數字信號轉換成模擬信號，濾波放大，最終由示波器顯示出來，通過鍵盤來控制三種波形的類型選擇、頻率變化，最終輸出顯示其各自的類型以及數值。 設計要求 （ 1）利用單片機采用軟件設計方法產生三種波形 （ 2）可通過鍵盤選擇波形 （ 3）需顯 示波形的種類以及頻率 器件選擇 D/A，輸出三種波形。 單片機是一種高性能 8 位單片微型計算機。它把構成計算機的中央處理器 CPU、存儲器、寄存器、 I/O 接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構成較為完整的計算機、而且其價格便宜。 芯片是 CMOS 工藝制造的 8 位 D/A 轉換器，屬于 8 位電流輸出型 D/A轉換器。當單片機把一個數據寫入 DAC 寄存器時， DAC0832 的輸出模擬電壓信號隨之對應變化。利用 D/A 轉換器可以產生各種波形，如方波、三角波、正弦波、鋸齒波等 以及它們組合產生的復合波形和不規(guī)則波形。 總體系統(tǒng)設計 該系統(tǒng)采用單片機作為數據處理及控制核心，由單片機完成人機界面、系統(tǒng)控制、信號的采集分析以及信號的處理和變換，采用按鍵輸入，利用液晶顯示電路輸出顯示的方案。將設計任務分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。 湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 圖為系統(tǒng)總體框圖 總體方框圖 21 湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 第 3 章 硬件的實現(xiàn)及單元電路的設計 單片機最小系統(tǒng)的設計 AT89C51 是片內有 ROM/EPROM 的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單、可靠。用 AT89C51 單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，如圖 AT89C51 單片機最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作小型的控制單元。其應用特點： （ 1） 有可供用戶使用的大量 I/O 口線 （ 2） 內部存儲器容量有限 （ 3） 應用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 標準的 51 為 8K 程序空間， 128 字節(jié)的 RAM， 32 條端口， 5 個中斷， 2 個定時 /計數器， 12 個時鐘周期執(zhí)行一條基本指令，最長的除法為 48 個周期。 52 為 8K 程序空間， 256 字節(jié)的 RAM， 32 條端口， 6 個中斷， 3 個定時 /計數器。 單片機最小系統(tǒng) 31 湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 D/A 轉換電路設計 DAC0832 是 CMOS 工藝制造的 8 位 D/A 轉換器，屬于 8 位電流輸出型 D/A 轉換器，轉換時間為 1us，片內帶輸入數字鎖存器。 DAC0832 與單片機接成數據直接寫入方式，當單片機把一個數據寫入 DAC 寄存器時， DAC0832 的輸出模擬電壓信號隨之對應變化。利用 D/A 轉換器可以產生各種波形，如方波、三角波、正弦波、鋸齒波等以及它們組合產生的復合波形和不規(guī) 則波形。 主要性能： （ 1）輸入的數字量為 8 位； （ 2）采用 CMOS 工藝，所有引腳的邏輯電平與 TTL 兼容； （ 3）數據輸入可以采用雙緩沖、單緩沖和直通方式； （ 4）轉換時間： 1us； （ 5）精度： 1LSB； （ 6）分辨率： 8 位； （ 7）單一電源： 5— 15V，功耗 20mw； （ 8）參考電壓： 10— +10V； DAC0832 內部結構資料 :芯片內有兩級輸入寄存器，使 DAC0832 具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要 (如要求多路 D/A 異步輸入、同步轉換等 )。 D/A 轉換結果采用電流形式輸出。要是需要相應的模擬信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)這個供功能。運放的反饋電阻可通過 RFB 端引用片內固有電阻，還可以外接。 該片邏輯輸入滿足 TTL 電壓電平范圍，可直接與 TTL 電路或微機電路相接，下面是芯片電路原理圖 DAC0832 芯片原理 湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 圖 32 (1) DI7～ DI0： 8 位的數據輸入端， DI7 為最高位。 (2) IOUT1：模擬電流輸出端 1，當 DAC 寄存器中數據 全為 1 時，輸出電流最大，當 DAC 寄存器中數據全為 0 時，輸出電流為 0。 (3) IOUT2：模擬電流輸出端 2， IOUT2 與 IOUT1 的和為一個常數，即 IOUT1＋IOUT2＝常數。 (4) RFB：反饋電阻引出端， DAC0832 內部已經有反饋電阻，所以 RFB 端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。 (5) VREF：參考 基準 電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負電壓，它決定 0 至 255 的數字量轉化出來的模擬量電壓值的幅度， VREF 范圍為 (+10～ 10)V。VREF 端與 D/A 內部 T 形電阻網絡相連。 (6) Vcc：芯片供電電壓，范圍為 (+5~ 15)V。 (7) AGND：模擬量地，即模擬電路接地端。 湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 (8) DGND：數字量地。 (9) CS：片選信號（輸入），低電平有效。 (10) XFER：數據傳送控制信號（輸入），低電平有效。 (11)WR1：第一寫信號（輸入），低電平有效。 (12)WR2：第二寫信號（輸入），低電平有效。 當 WR2 和 XFER 同時有效時， 8 位 DAC 寄存器端為高電平“ 1”，此時 DAC 寄存器的輸出端 Q 跟隨輸入端 D 也就是輸入寄存器 Q 端的電平變化；反之，當端為低電平“ 0”時，第一級 8 位輸入寄存器 Q 端的狀態(tài)則鎖存到第二級 8 位 DAC 寄存器中，以便第三級 8 位 DAC 轉換器進行 D/A 轉換。 一般情況下為了簡化接口電路，可以把和直接接地，使第二級 8 位 DAC 寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級 8 位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個寄存器都分別接成受控方。 制作低頻信號發(fā)生器有許多方案：主要有單緩沖方式，雙緩沖方式和直通方式。 單緩沖方式具有適用于只有一路模擬信號輸出或幾路模擬 信號非同步輸出的情形的優(yōu)點，但是電路線路連接比較簡單。而雙緩沖方式適用于在需要同時輸出幾路模擬信號的場合，每一路模擬量輸出需一片 DAC0832 芯片，構成多個 DAC0832 同步輸出電路，程序簡單化，但是電路線路連接比較復雜。根據以上分析，我們的課題選擇了單緩沖方式使用方便，程序簡單，易操作。 DAC0832 主要是用于波形的數據的傳送，是本題目電路中的主要芯片。 運算放大電路 OP07 的功能介紹： OP07 芯片是一種高精度低失調電壓的精密運放集成電路，用于微弱信號的放大，如果使用雙電源，能達到最好的放 大效果下面介紹一下他的引腳圖資料。 湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 圖 33 （ 1） 低的輸入噪聲電壓幅度 — VPP（ ~10Hz） （ 2） 極低的輸入失調電壓 — 10μ v （ 3） 極低的輸入失調電壓溫漂 — V/℃ （ 4） 具有長期的穩(wěn)定性 — V/MO （ 5） 低的輸入偏置電流 — 177。 1nA （ 6） 搞的共模抑止比 — 126dB （ 7） 寬的共模抑止電壓范圍 — 177。 14v （ 8） 寬的電源電壓范圍 — 177。 3V~177。 22V （ 9） 可替代 72 108A、 74 AD510 等電路 OP07 應用介紹 OP07 搞精度運放具有極低的輸入失調電壓，極低的失調電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長期穩(wěn) 定等特點。廣泛應用于穩(wěn)定積分、比較器，密絕對值電路、及微弱信號的精確放大，尤其適應于宇航、軍工的應用?？珊蛈A741,uA709,LM301,LM308,LF356,OP07,OP37， max427 這些運放來直接代換。 湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 液晶屏 1602 顯示部分 液晶屏 1602 的簡要概述 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。字符型液晶模塊是一種用 5 7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據顯示的容量可以分為 1 行 16 個字、 2 行 16個字、 2 行 20 個字等等。 字 符型液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶顯示模塊。之所以稱字符型液晶顯示模塊是因為其液晶顯示器件的電極圖形是由若干個 5 8或 5 11 點陣塊組成的字符塊集。每一個字符塊是一個字符位，每一位都可以顯示一個字符，字符位之間空有一個點距的間隔起著字符間距和行距的作用，這是其一；其二是這類模塊使用的是專用于字符顯示控制與驅動的 IC 芯片。這兩種因素確定了這類模塊的應用范圍僅局限于字符而顯示不了圖形，所以稱其為字符型液晶顯示模塊。 字符型液晶顯示驅動控制器廣泛應用 于字符型液晶顯示模塊上。目前最常用的字符型液晶顯示驅動控制器是 HD44780U，也出現(xiàn)使用 HD667O1 或 HD66702 等字符型液晶顯示驅動控制器單片控制的字符型液晶顯示模塊。液晶顯示驅動器為 HD44100 及其替代品。 字符型液晶顯示模塊在世界上是比較通用的，而且接口格式也是比較統(tǒng)一的，其主要原因可能是各制造商所采用的模塊控制器都是 HD44780U 及其兼容品，不管它的顯示屏的尺寸如何，它的操作指令及其形成的模塊接口信號定義都是兼容的。所以會使用一種字符型液晶顯示模塊，就會通曉所有的字符型液晶顯示模塊 。 液晶屏 1602 的使用 液晶 1602 有三條控制線， RS/數據命令端， RW/讀寫選擇端、 EN/使能端，一個 8位的數據端口。常用指令說明如表 31： 表 31 常用指令說明 湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 指令名稱 控制信號 控制代碼 D/I R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 光標復位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 輸入方式設置 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 顯示狀態(tài)設置 0 0 0 0 0 0 1 D C B 光標畫面滾動 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 工作方式設置 0 0 0 0