【導讀】研究中，它都發(fā)揮著不可替代的作用。但是我們都知道，實驗室中用到的經典函數(shù)信。號發(fā)生器產生的信號不夠穩(wěn)定，頻率和幅值容易發(fā)生抖動，因為它們使用純硬件設計。并且它們往往價格還很昂貴。而使用單片機為主控的信號發(fā)生器有著設計方便、價格。便宜，易于擴展等優(yōu)點。這不僅能提高個人的思維動手能力水平，還將會進一步擴。遇到的問題和得到的收獲。傅里葉變換原理，各種波形都可以用三角函數(shù)的相關表達式表示出來。器可以產生多類波形，比如三角波、鋸齒波、方波和正弦波。本文則通過51單片機加上一些外設，來完成波形的輸出與控制?？梢杂脕盹@示輸出波形的相應信息。keywords：signalgenerator，AT89C51，D/Aconversion，waveadjust，frequency

　　

【正文】 V R E F 圖 214 雙極性轉化電路 從圖 214 中我們可以看到有兩個放大器，第一個可以將 DAC0832 輸出的電流模擬信號轉化成電壓模擬信號，第二個則可以把上一級的電壓模擬信號轉化成雙向的電壓模擬信號輸出。而圖 214 則是在仿真中實際搭建的雙極性轉化電路： 圖 215l5DAC0832 及兩級放大 LM358 及其應用 在此次設計中，我們將采用 LM358 作為運算放大器使用， LM358 內部包含兩個運 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 23 頁 放，這兩個運算放大器有高增益、內部頻率補償?shù)忍攸c，作為單電源使用時，電源范圍很寬 。 LM358 的內部原理圖如圖 216： : 圖 216 LM358 內部原理圖 LM358 電器特點： （ 1） 電源電壓工作范圍比較寬：單電源 — ，雙電源177。 — 177。 （ 2） 內部頻率不?；芈?，外圍元件少 （ 3） 靜態(tài)電流?。?Icc= 沒 A（典型值， RL=∞） （ 4） 與數(shù)字集成電路兼容 （ 5） 輸出電壓范圍寬： 0V— （ 6） 共模輸入范圍寬： 0V— 引腳功能說明： 引腳圖如圖 217， LM358 包含兩個運算放大器，其中標注 INPUT1()的 2號引腳是運算放大器的負輸入端， OUTPUT1(+)的 3 號引腳為運放 1 的正輸入端 ,1 號引腳OUTPUT1 是運放 1 的輸出端，運放 2 的管腳與此類似。 4號引腳 VEE/GND 為 GND接地端， 8號引腳 Vcc 為芯片電源供電端， 4號和 8號引腳為兩個運算放大器共用。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 24 頁 圖 217. LM324 的引腳排列圖 由于 LM358具有電源電壓范圍寬，價格低廉 ， 功耗小，可單電源使用等優(yōu)點，因此 LM358 被廣泛應用在各種 運放 電路中。 而我們此次設計中正好要用到兩個運算放大器，所以就選擇了 LM358。 第 3 章 軟件仿真及程序編寫 仿真軟件和編程軟件 本次設計中我們采用仿真和編程所用到的軟件分別是 Proteus 和 Keil。 Proteus 軟件是一款 EDA仿真軟件，經常用來搭建模擬與單片機相關的一些仿真，由英國 Lab Center Electronics 出版。由于單片機實物制作麻煩，耗時長，所以一個能仿真單片機的軟件就很好地解決了這個問題。人們不需要再去花錢購買實物，也不用去花費心思去設計電路板，只需要在 proteus 中找到相關元件，并用鼠標進行連 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 25 頁 線，這樣一個仿真就搭建好了。由于 Proteus 功能強大，現(xiàn)在的應用范圍很廣泛，所以得到了全球的認可，深受單片機愛好者的喜愛。 在搭建仿真的過程中，我們要到元件 庫中去搜尋我們所需要的元件，比如電阻是RES，電容是 CAP，單片機芯片我們直接選擇 AT89C51， LCD則搜索 LM016L，其他的也都可以在元件庫中找到。在搭建過程中也有一些小技巧，比如縮放中找不到仿真圖了，我們按 F8 像是當前工作區(qū)，當發(fā)現(xiàn)元件的位置不對且需要旋轉時，我們可以用 +號進行旋轉，當然也可用右鍵對元件進行 XY軸對稱。當我們搭建好仿真后，可以雙擊51芯片，然后選擇生成的 hex 文件，最后點擊運行按鈕就可以運行仿真了。 圖 31 proteus 軟件啟動畫面 要完成仿真，必須要用到 hex文件，而 hex文件則是程序編譯后生成的文件。所以我們還需要編程軟件，編程軟件我們用到的就是美國 Keil Software 公司出品的Keil 軟件。 Keil 可以可以用來編寫多種程序， Atmel 系列單片機只是其中的一種，而且 Keil 可以使用匯編語言或者 C 語言進行程序編寫 ，只是創(chuàng)建文件時的后綴名不一樣，我們此次設計采用 C語言編寫程序。編寫完畢后，我們要選擇 Target Options進行設置，在 output 選項中勾選 create HEX files，這樣就能在編譯時生成仿真運行所需要的 hex文件了 。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 26 頁 圖 32 Keil μ Vision4 軟件 整體電路 仿真 原理圖 函數(shù)信號發(fā)生器的整體仿真原理如圖 33， AT89C51 的 P0 口作為向 D/A 轉換芯片DAC0832 發(fā)送數(shù)據(jù)的端口， P1 口作為控制 LCD1602 顯示的端口， P2口和 P3 口分別用來控制 DAC083 LCD1602 的是使能端和按鍵。 圖 圖 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 27 頁 程序編寫思路及編寫結果 我們實驗中常用的波形如正弦波、方波和三角波都是周期波形，我們只需知道一個周期的波形即可知道整個波形是什么樣子。所以我們可以對波形進行采樣處理可以得到一個周期的 波形波碼，比如正弦波的波碼如下： 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 28 頁 程序編寫思路流程圖： 圖 34 程序流程圖 所以我們可以利用 c51單片機把波碼數(shù)據(jù)通過 P1口發(fā)送給 D/A轉換芯片 DAC0832處理，依照此思路進行，我通過查閱資料和上網查詢一些信號發(fā)生器程序的范例，然后整理思路編寫自己的程序。編寫的過程中隨時進行調試并檢查錯誤，不懂的地方請教老師同學并查閱更多的資料，梳理思路，最終完成程序編寫，完整的程序見附錄 2。 在 Keil 輸出設置中勾選輸出 hex 文件，然后編譯并產生 hex 文件，用于后面的仿真和硬件實現(xiàn)功能。 仿真結果 在仿真圖中，雙擊 AT89C51 芯片，設置一些參數(shù)并選擇調用 Keil 生成的 hex 文件，點擊軟件左下角的開始運行按鈕，觀察仿真現(xiàn)象及結果。輸出波形截圖如下： 開始 芯片初始化 按鍵按下？ 否 Waveform=0 Waveform=1 Waveform=2 Waveform=3 輸出正弦波 輸出三角波 輸出方波 輸出鋸齒波 是 S1 按下 S2 按下 S3 按下 Waveform++ 頻率增加 頻率減小 LCD 顯示 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 29 頁 圖 35 仿真結果正弦波輸出 圖 36 仿真 結果 三角波 輸出 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 30 頁 圖 37 仿真 結果 方波 輸出 圖 38 仿真 結果 鋸齒波 輸出 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 31 頁 第 4 章 硬件調試 硬件電路焊接 根據(jù) proteus 中的搭建的仿真原理圖，從網上買來元件進行焊接，所買元件詳細信息見附錄 1。特別要注意的是，原理 圖中的芯片管腳分布與實物管腳位置不同，注意尋找管腳位置，以防焊接錯誤。在同學的幫助下，完成焊接，如下圖： 圖 41 焊接過程中 圖 42 焊接完成 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 32 頁 硬件調試及輸出驗證 使用同學的開發(fā)板對 51芯片進行燒寫程序，觀察 LCD 顯示情況以及按鍵控制情況，結果 LCD 顯示不正常，只有上面一行黑斑，下面一行無顯示，初步判斷為供電及使能端接線錯誤，后查看接線情況發(fā)現(xiàn)錯誤，并重新焊接錯誤地方。完成后在進行試驗，結果 LCD 顯示正常，按鍵也能正常工作，等待進一步到實驗室進行示波器輸出驗證。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 33 頁 結論 畢業(yè)設計 是本科學習階段的一個很重要的過程，它需要理論與實踐相結合，將自己四年所學的理論通過這次畢業(yè)設計展現(xiàn)出來，不再是以往的純理論學習。通過這次多功能函數(shù)信號發(fā)生器的設計，我學到了很多。我們以后還會遇到很多問題，要學會用各種方法借助各種力量來解決。 這次設計向我們展示了基于單片機的多功能函數(shù)信號發(fā)生器的各種優(yōu)點。單片機在我們生活中很普遍，他有體積小、質量輕、價格便宜、控制方便等優(yōu)點，所以基于單片機函數(shù)信號發(fā)生器也有這些優(yōu)點。當然現(xiàn)在還有些問題需要解決，比如單片機產生的頻率不能超過晶振的頻率，所以就會有一個上限，不能 完成某些特殊情況下我們對高頻信號的要求。當然科技一直在進步，這些問題阻擋不了單片機的發(fā)展，而基于單片機的多功能函數(shù)信號發(fā)生器也會越來越完善。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 34 頁 致謝 時光匆匆，轉眼四年的大學生活就要結束了。回想大學的生活充滿了各種滋味，有準備考試的緊張學習，有在宿舍的空閑娛樂，有和同學朋友的快樂。大學四年生活中，我在各方面都有了很大的成長和進步，變得更成熟穩(wěn)重了。這四年的時光將會是以后生活中的美好回憶。 在此我要特別感謝我的指導老師關海川，他對我們要求嚴格，嚴謹細致，對我們的問題也很有耐心，善于引導我們去從各個方面去思考和 解決問題。無論是在設計還是在論文上，它都給了我很大的幫助。 再者也要感謝我的同學，在我的做設計的過程中也給了我很大的幫助和很多建議。同時也要感謝我的父母，感謝他們的默默付出和對我的支持。 最后在此感謝西南交通大學峨眉校區(qū)對我的培養(yǎng) ! 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 35 頁 參考文獻 [1] 謝維成等 .單片機原理與應用及 C51程序設計（第 2 版） [M]. 北京：清華大學出版社， 2020. [2] 楊居義 .單片機課程設計指導 [M].北京：清華大學出版社， 2020. [3] 基于 AT89C51 單片機的函數(shù)信號發(fā)生器設計 [M]. 2020. [4] 譚浩 強 .C程序設計（第 2 版） [M] .北京：清華大學出版社 1999. [5] 馬曉 .函數(shù)信號發(fā)生器的設計 [D].河南 2020. [6] 佚名 .基于 AT89C51 單片機的多功能函數(shù)信號發(fā)生器設計 [D].海南：海南師范大學， 2020. 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 36 頁 附錄 1 表 A1 元件清單 元件名稱 型號 數(shù)量 用途 單片機 STC89C51 1 主控芯片 IC插座 40P 1 51 芯片插座 電解電容 50V 10uF 1 最下系統(tǒng) 瓷片電容 22pF 2 最小系統(tǒng) 無源晶振 12MHz 1 晶 振 電阻 10k 4 最小系統(tǒng)和運放 排阻 10k 1 輸出控制 按鍵 6*6*5mm 4 復位電路及鍵盤 與門 74LS21 1 綜合按鍵信號 IC插座 14P 1 74LS21 插座 D/A 轉換芯片 DAC0832LCN 1 數(shù)模轉換 IC插座 20P 1 DAC0832 插座 LCD 液晶屏