【導(dǎo)讀】現(xiàn)今社會(huì)上出現(xiàn)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器多種多樣，頻率的范圍也在變得越來(lái)越來(lái)寬，產(chǎn)生的波形也有多種的波形可供選擇。在電子行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施和制造等領(lǐng)域，函數(shù)發(fā)生。器都是有效的通用儀器。它可以生成不同頻率和幅度的大量信號(hào)，用來(lái)評(píng)估新電路的運(yùn)。行情況，代替時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行制造測(cè)試，及用于許多其它用途。波，頻率從1HZ到1MHZ可調(diào)變化，幅度從0V到3V可調(diào)變化。在本次設(shè)計(jì)中，主要利用。變化，并通過(guò)不同顏色的LED來(lái)區(qū)分不同的波形和通過(guò)LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的頻率數(shù)值，再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來(lái)。設(shè)計(jì)正文分為前言、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、系。統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和硬件電路制作及調(diào)試五大部分。其中第三、四、五章是本。文的中心，它介紹了設(shè)計(jì)者的思路和系統(tǒng)原理和制作過(guò)程。本次設(shè)計(jì)所得出的正弦波、三角波和方波失真度較小，波形平滑好看，在顯示部分，十分的直觀且價(jià)格實(shí)在。

　　

【正文】 波形選擇 送 LED燈顯示 頻率加 頻率減 送數(shù)碼管顯示 送數(shù)碼管顯示 29 把數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出。 波形產(chǎn)生模塊流程如圖 13所示： 圖 17 中斷服務(wù)流程圖 5 硬件電路制作及調(diào)試 硬件單元電路制作 電路原理圖及 PCB 板制作 本次設(shè)計(jì)硬件電路中所使用到的電子元器件不是很多，單片機(jī)采用的是 C8051F340的最小系統(tǒng)板，其它的一些元器件主要用到的是 1 個(gè) 4 位數(shù)碼管、 1 片 74LS16 1 片DAC083 1 個(gè) LM358 和一些按鍵、電阻、 LED 燈等。所以原理圖和 PCB 圖畫起來(lái)不 算難，只是和單片機(jī)相接的線比較多，還有所用到的元器件中有些元件的原理圖和封裝要自己去制作，所以有些問(wèn)題還是要注意一下： 首先，在畫 PCB 板之前，一定要對(duì)原理圖進(jìn)行深刻的了解和仔細(xì)的檢查，因?yàn)樵韴D是生成 PCB 圖的母圖，不能有錯(cuò)。 掃描按鍵 開(kāi)始 選擇波形和定時(shí)時(shí)間 波形產(chǎn)生程序 中斷返回 30 其次，要根據(jù)安裝 PCB 的模具大小來(lái)畫外型尺寸，尤其要對(duì)固定孔位的大小及位置加以注意。在模具設(shè)計(jì)及安裝時(shí)，有些插座是固定不變的。外框畫好后要對(duì)這些固定不變得元器件位置確定好，以免影響后邊布局。 再次，因?yàn)樗嫷?PCB 圖是由原理圖自動(dòng)生成的，所以，在生成 PCB 圖之前，一定要將原理圖中的 元器件封裝與 PCB 封裝庫(kù)中的一一對(duì)應(yīng)，選擇好自己所需要的封裝。否則，無(wú)法生成。尤其是對(duì)一些管腳的名稱，順序注意。 最后， PCB 板自動(dòng)生成后，要盡量用手工去布局，布線。 PCB 板的布局不僅講究美觀，還要仔細(xì)考慮每個(gè)元器件的性能和對(duì)其他元器件的影響，哪些元器件可以靠近些，哪些必須是避免靠近的，這都要考慮。布線要根據(jù)實(shí)際情況定電源線，信號(hào)線，地線的寬度，一般它們之間的關(guān)系是信號(hào)線小于電源線小于地線。還有，因?yàn)槲覀円止とプ霭?，所以一定要?PCB 圖中的焊盤和走線圖得大一些，要不在做板過(guò)程中很容易把焊盤和線條弄丟。 當(dāng) 然要把 PCB 板做還不只上面所要注意的問(wèn)題，還有很多東西要去學(xué)、去操作。 硬件電路調(diào)試 把板做好后，就可以開(kāi)始硬件的調(diào)試了，本次設(shè)計(jì)中硬件電路的調(diào)試方法主要的方法是： 首先進(jìn)行整個(gè)硬件電路的聯(lián)調(diào)，看有整個(gè)的硬件是否都正常運(yùn)行，如果沒(méi)問(wèn)題的話，就說(shuō)明整個(gè)的硬件電路正?？尚小Ｈ绻l(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，系統(tǒng)不正常運(yùn)行的話，就進(jìn)行下一步的調(diào)試，即子模塊電路的調(diào)試。本次設(shè)計(jì)中， PCB 板做好，連接好導(dǎo)線和上電后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示和波形的輸出還有按鍵部分都不正常。所以要分別對(duì)按鍵子模塊、顯示子模塊和波形輸出子模塊 分別進(jìn)行調(diào)試。 在對(duì)各子模塊進(jìn)行調(diào)試前，要先仔細(xì)檢查電路，看是否有電氣連接上的錯(cuò)誤。在確認(rèn)沒(méi)有電氣連接上的錯(cuò)誤后，就著手進(jìn)行各子模塊的調(diào)試。 波形產(chǎn)生子模塊調(diào)試 波形產(chǎn)生子模塊的問(wèn)題有：輸出波形嚴(yán)重失真，一方面是波形的每個(gè)點(diǎn)的電壓都從相應(yīng)波形電壓上升到 VPP，另一方面是輸出的紋波太多干擾嚴(yán)重；輸出電壓不夠高， VPP只有 2V 左右。 先對(duì) C8051F340 輸出給 DAC0832 的 I/O 口 P4口進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn) P4 口的輸出不正常，因?yàn)橐o DAC0832 取點(diǎn)輸出，在點(diǎn)和點(diǎn)之間，要求 P4口要有鎖存的功能，可能就是這個(gè)編程 上的原因而使得輸出的波形每個(gè)點(diǎn)都從相應(yīng)的波形電壓拉到 VPP，果然把 C8051F340 31 的 P4 口加鎖存和上拉之后，這個(gè)問(wèn)題就解決了。下面一個(gè)問(wèn)題就著手解決紋波太多和波形不穩(wěn)定的問(wèn)題，因?yàn)?DAC0832 把單片機(jī)輸入的數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量輸出后，會(huì)受到很多干擾，如基準(zhǔn)電壓不穩(wěn)定、輸出給放大器放大后受到干擾等問(wèn)題。先對(duì) DAC0832的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)的確設(shè)計(jì)中所選用的電源相對(duì)不夠穩(wěn)定，它的偏差在 左右，加了 1個(gè) 103 的電容濾波后再供給 DAC0832 的基準(zhǔn)電壓端口，發(fā)現(xiàn)效果果然好了一點(diǎn)，不過(guò)效果還是不夠 理想，本人決定換用更穩(wěn)定的電源，換用了一個(gè)偏差不超過(guò) 的電源后，發(fā)現(xiàn)波形好看了很多。 下面就著手解決 DAC0832 輸出給 LM358 受干擾的問(wèn)題，在 DAC0832 的 OUT1 輸出端和LM358 的輸出端都加上 103 的濾波電容后，發(fā)現(xiàn)輸出的波形好了很多，紋波少了很多，波形也穩(wěn)定了。但有一個(gè)問(wèn)題是所加的濾波電容太大的話，對(duì)方波和三角影響很大，體現(xiàn)在波形不能在高、低電平之間瞬變，所選的濾波電容太小的話，對(duì)波形的整形沒(méi)什么效果。 DAC0832 前級(jí)所輸出的電壓太小，達(dá)不到 0到 5V的理想狀態(tài)，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題我用到的方 法是，加高 DAC0832 的基準(zhǔn)電壓，改用 12V 電壓輸入，為了使 LM358 輸出的電壓能達(dá)到 10V，本設(shè)計(jì)選用了 12V 電壓給 LM358 來(lái)供電。果然問(wèn)題得到了解決， LM358 輸出的電壓能達(dá)到了 10V。 鍵盤子模塊調(diào)試 鍵盤子模塊的問(wèn)題是按下按鍵時(shí)，顯示電路沒(méi)有反應(yīng)，用萬(wàn)用表分別對(duì) 3 個(gè)按鍵的引腳都測(cè)一遍，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有電氣連接上的問(wèn)題。這就可以肯定是編程上的問(wèn)題了。 顯示子模塊調(diào)試 顯示子模塊的問(wèn)題是 4 位數(shù)碼管的顯示會(huì)出現(xiàn)亂碼，不該顯示的小數(shù)點(diǎn)也顯示了出來(lái)。 檢查完發(fā)現(xiàn)沒(méi)有接線上的錯(cuò)誤后，先對(duì)數(shù)碼管部分進(jìn)行了調(diào) 試，本人分別給 4 位數(shù)碼管的每一位賦一個(gè)值，發(fā)現(xiàn)其顯示都很正常，這就排除了數(shù)碼管部分的錯(cuò)誤了。 接下來(lái)就是測(cè)試 74LS164 了，本次設(shè)計(jì)中數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)是要靠 74LS164 去驅(qū)動(dòng)的，所以問(wèn)題很有可能出在這一部分了，在硬件部分能對(duì)其進(jìn)行的測(cè)試就是對(duì)它的接線和管腳電平進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試了，測(cè)試完后發(fā)現(xiàn)這個(gè)部分也沒(méi)有硬件電路上的錯(cuò)誤。這個(gè)也可能是編程上的錯(cuò)誤了。 各模塊軟件調(diào)試 Keil uvision3 環(huán)境介紹 32 單片機(jī)開(kāi)發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開(kāi)軟件，我們寫的匯編語(yǔ)言源程序要變?yōu)镃PU 可以執(zhí)行的機(jī) 器碼有兩種方法，一種 是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于 MCS51單片機(jī)的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)MCS51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。運(yùn)行 Keil軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB 或更多 RAM、 20M 以上空閑的硬盤空間、 WIN9NT、 WIN202 WINXP 等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用 51系列單片機(jī)的愛(ài)好者來(lái)說(shuō)是十分必要的，如果你使用 C語(yǔ)言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選（目前在國(guó)內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機(jī)也很可能只支持該軟件），即使不使用 C 語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。 軟件調(diào)試 在完成了硬件 電路的調(diào)試后，就開(kāi)始軟件方面的調(diào)試，軟件方面的調(diào)試是分各子模塊的分調(diào)和整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)的。 顯示子模塊的調(diào)試 顯示模塊分為數(shù)碼管部分和 LED 燈部分，其中 LED 燈部分是顯示波形的選擇的，電路比較簡(jiǎn)單，其調(diào)試過(guò)程就不作介紹了。數(shù)碼管顯示部分的問(wèn)題在完成了硬件電路的調(diào)試后，其問(wèn)題是，顯示出現(xiàn)亂碼，還不斷閃爍，我要顯示的頻率是整數(shù)，但也有小數(shù)點(diǎn)出現(xiàn)。 先對(duì)數(shù)碼管部分進(jìn)行調(diào)試，本人寫了一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼，直接跳過(guò) 74LS164 的連接，分別測(cè)試每一位的數(shù)碼管，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示正常，其位選端口也正常。接下來(lái)就是測(cè)試 74LS164 了，本人寫了一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬口程序給 74LS164，讓它去驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的段碼是反過(guò)來(lái)的，例如要顯示一個(gè)“ 1”，數(shù)碼管的代碼中應(yīng)該是“ b”和“ c”段LED 燈亮的，但它是顯示是“ f”和“ g”段 LED 燈亮的，這就是在模擬串口中給 74LS164送數(shù)據(jù)時(shí)把先后順序弄錯(cuò)了。原先是先把要顯示的代碼送到 ACC 中，取 ACC^0 作為輸出，再對(duì) ACC 右移 8位來(lái)輸出 8 位的段碼的，果然我把 ACC^0 改為 ACC^7，再對(duì) ACC 左移位，顯示亂碼的問(wèn)題就解決了。但還有一個(gè)問(wèn)題是 4位數(shù)碼管中，低位的數(shù)的顯示會(huì)影響高 33 位的數(shù)的顯 示，例如要顯示“ 0003”時(shí)，個(gè)位上“ 3”的段碼是“ a”、“ b”、“ c”“ d”和“ g”段亮，但十位、百位和千位中的“ g”段也亮，雖說(shuō)沒(méi)有其他段的 LED 亮，但顯示看起來(lái)就像是“ 8883”了，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)數(shù)碼管用的是動(dòng)態(tài)的顯示方法，在數(shù)碼管的 4個(gè)地端都接低電平時(shí)， 4位的數(shù)碼管的顯示是一樣的，所以要顯示那一位時(shí)，就控制該位的選通而其他的位不選通就行了。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)是 C8051F340 輸出的控制數(shù)碼管的控制端信號(hào)不夠高所造成的，果然我改變了 C8051F340 輸出控制端的 I/O 口模式，把它上接到足夠的電平時(shí)，顯示子模 塊的問(wèn)題就解決了。 鍵盤了模塊的調(diào)試 鍵盤子模塊的問(wèn)題是每按一下按鍵時(shí)顯示的數(shù)或 LED 燈會(huì)跳幾下，這個(gè)問(wèn)題第一時(shí)間就會(huì)想到是去抖動(dòng)的延遲時(shí)間不夠長(zhǎng)所造成的，把延遲時(shí)間設(shè)得長(zhǎng)一些果然效果好了很多，由于程序較短，為了穩(wěn)定的按一次變化一次，本設(shè)計(jì)用了死循環(huán)去完成，如波形選擇按鍵，用了“ while(k0==0)。”，這樣就把按鍵設(shè)定成了當(dāng)按下按鍵中，只進(jìn)行一次的變化的了。 波形產(chǎn)生子模塊的調(diào)試 經(jīng)過(guò)了硬件電路的調(diào)試后，波形產(chǎn)生子模塊的問(wèn)題是，在輸出三種不同的波形時(shí)，正弦波輸出的頻率總是比三角波和方波輸出的頻 率要高一些。 仔細(xì)看了程序，發(fā)現(xiàn)中斷程序中，正弦波產(chǎn)生的程序要比三角波和方波產(chǎn)生的程序要短兩到三個(gè)周期的時(shí)間，這樣在正弦波產(chǎn)生的中斷程序中加上兩個(gè)空指令這個(gè)問(wèn)題就得到解決了。 軟硬件聯(lián)調(diào) 在完成了硬件電路和軟件的調(diào)試后，所要做的就是進(jìn)一步完善整個(gè)的軟硬件系統(tǒng)了那就是進(jìn)行軟硬件的聯(lián)調(diào)了。這時(shí)我的作品中的主要的問(wèn)題就是實(shí)際輸出的頻率和數(shù)碼管上顯示的頻率不一致了。 設(shè)計(jì)中所用到的計(jì)算頻率的公式是： t=（ 65535th*256tl+x） *128,f=1/t,其中的 x是中斷中所運(yùn)行的周期數(shù)，這個(gè)公式的原理 是先計(jì)算出中斷輸出 1個(gè)點(diǎn)的時(shí)間，再計(jì)算出一個(gè)周期的時(shí)間，最后再算出頻率。 本設(shè)計(jì)要做的就是準(zhǔn)確的計(jì)算出實(shí)際輸出的頻率所對(duì)應(yīng)的 th 和 tl值，再把它裝載到定時(shí)器上。經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后得到一個(gè)數(shù)碼管上顯示的頻率和實(shí)際頻率的對(duì)照表，該表如表 1所示。 34 從表 1中可得出：三種波形的頻率在 100HZ 內(nèi)時(shí)，其誤差是 0，頻率為 200HZ 時(shí)其誤差為 %，頻率為 500HZ 時(shí)其誤差為 %，頻率為 1000HZ 時(shí)其誤差為 %，可見(jiàn)本設(shè)計(jì)中，其總體頻率的誤差是很小的。 表 1 頻率 對(duì)照表 顯示頻率 (HZ) 1 10 50 100 200 500 1000 實(shí)際正弦波頻率 實(shí)際三角波頻率 實(shí)際方波頻率 正弦波和三角的指標(biāo)是看其波形的失真情況，這個(gè)是很難計(jì)算的，所以本設(shè)計(jì)只能把得到的波形拍下來(lái)，作為參考。 調(diào)試后各波形在不同的頻率值時(shí)的 波形圖如下（完整的各頻率波形圖請(qǐng)參考附錄 1）： 正弦波的結(jié)果分析 從正弦波的波形看出，在全部的波形中，正弦波的下半周很平滑好看，失真也是相當(dāng)?shù)男〉?，在正弦波的上半周，波形?huì)出現(xiàn)毛刺和失真的情況，自然的正半周的波形就沒(méi)那么平滑好看了。同時(shí)正弦波在低頻時(shí)，出現(xiàn)的毛刺較多些，所以失真也較嚴(yán)重一些，頻率在越高時(shí)正弦波的失真越小，波形也越平滑好看些。下圖是正弦波在頻率為 1000HZ時(shí)的波形圖。 圖 18 正弦波 1000HZ 35 三角波的結(jié)果分析 從三角波在不同頻率時(shí)的波形圖可看出，三角波和正弦波 一樣，在其下半周，三角波的波形比上半周的波形好好些，同樣的三角波在低頻時(shí)其波形的線性度不是很好，有些失真，頻率越高其波形越平滑好看，但由于設(shè)計(jì)中在輸出端加了 103 的濾波電容，在頻率為 1000HZ 時(shí)，它的上、下兩個(gè)頂端有點(diǎn)失真情況出現(xiàn)。 圖 19 三角波 500HZ 方波的結(jié)果分析 方波的指標(biāo)是要看方波的上升時(shí)間，從圖中可看出，方波在頻率越低時(shí)，其波形越好看，其上升時(shí)間很短，線性度也很好，但在頻率升高后，由于濾波電容的作用，它的上升時(shí)間受到了影響，所以在頻率高時(shí)方波的波形出現(xiàn)失真，波形沒(méi)低頻時(shí)的好看。 圖 20 方波 1HZ 36 調(diào)試及測(cè)試儀器 本次設(shè)計(jì)所用到的調(diào)試及測(cè)試儀器主要有：萬(wàn)用表、 C8051F340 的下載器、顯波器等。 6 總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于 C8051F340 的低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，該系統(tǒng)分為 4大部分：?jiǎn)纹瑱C(jī) C8051F340 系統(tǒng)板、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤模塊和顯示模塊。 本系統(tǒng)所產(chǎn)生的三種波形分別為正弦波、三角波和方波，頻率范圍在 1H