【正文】 02 液晶顯示相關(guān)信息。 167。方案二可以節(jié)省單片機(jī)的 I/O 口資源，但是其編程方法（行掃描法和反轉(zhuǎn)掃描法）難度較大。 方案二：采用矩陣鍵盤。 167。方案一與方案三相比，雖然方案三增加了額外的硬件和軟件的開銷，但是可以通過按鍵對程序參數(shù)進(jìn)行設(shè)定來改變輸出幅值，不需要對硬件滑動(dòng)變阻器進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，具有優(yōu)越的人機(jī)交互性。單片機(jī)通過程序改變送給第一片DAC0832 的數(shù)字量來改變其輸出電壓，即第二片 DAC 的參考電壓 Vref，從而改變幅值。在運(yùn)放的電壓輸出端加滑動(dòng)變阻器可以實(shí)現(xiàn)輸出波形幅值的調(diào)節(jié)。 方案一：將 DAC0832 的 RFB 引腳接一個(gè)滑動(dòng)變阻器來改變 DAC0832的基準(zhǔn)電壓 Vref，從而通過改變基準(zhǔn)電壓 Vref 來改變 DAC0832 的輸出電壓Vo，即實(shí)現(xiàn)波形幅度的改變。 167。但是由于輸出高頻時(shí)受到軟件執(zhí)行（例如對定時(shí)器的重新賦值指令需要占用 4 個(gè)機(jī)械周期，一周期波形需要進(jìn)行 256 次再賦值操作，所以一個(gè)周期也就引 入了 32 5 6 4 1 .0 2 4 1 0T m e c s? ? ? ?的誤差）的影響，在高于1KHz 時(shí)得到波形頻率與期望頻率誤差較大，且得出低于 波形的意義不大，故設(shè)定有效調(diào)頻范圍為 —1KHz。 對以上方案綜合比對，可以得出如下結(jié)論： 方案一主要是靠硬件實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，無上限頻率和下限頻率的限制，且頻率的誤差度可以忽略不計(jì)，但是頻率的選擇只可是外部時(shí)鐘源的整倍數(shù)分頻（如2 分頻、 4 分頻等），不可實(shí)現(xiàn)頻率的連續(xù)可調(diào)。例如，單片機(jī)的晶振頻率fOSC=12MHz，定時(shí)器采用方式 1，若產(chǎn)生周期為 T 的波形，定時(shí)器初值的計(jì)算方法如下： 單片機(jī)機(jī)械周期 Tmec 為： 61 2 1 2 1012O S CT m e c sf M H z ?? ? ? (21) 定時(shí)器初值 TC 為： / 25 62 L TTC Tmec?? (22) 定時(shí)器初值高位 TCH 為： / 256TCH TC? (23) 定時(shí)器初值低位 TCL 為： 256T C L T C T C H? ? ? (24) 當(dāng)要獲得 1Hz 的波形時(shí)，按照上述方法可以算出： TC=61630, TCH=240, TCL=190 但是此種方案最大計(jì)數(shù)值為 65536，最小計(jì)數(shù)值為 1，所以決定了此種方法所能得到的波形的上限頻率 fMAX 為： 1 3906256M A Xf H zTm e c??? (25) 下限頻率 fMIN 為： 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 1 0 . 0 66 5 5 3 6 2 5 6M I Nf H zTm e c???? (26) 需要說明的是以上上限下限頻率是對于將一周期波形離散成 256 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的正弦波和鋸齒波而言的。如此，周而復(fù)始就可以從 DAC 得到要求的波形輸出。將一個(gè)周期的波形數(shù)據(jù)離散成 256 個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)（具體方法見第五章 節(jié) ），然后令微處理器的累加器 A 自身循環(huán)增加，沒增加一次即向 DAC 送出一個(gè)波形采樣數(shù)據(jù)，并啟用一次定時(shí)器延時(shí)。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 通過外部 時(shí)鐘分頻器的設(shè)置來選擇波形的頻率檔位。 調(diào)頻方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)提供了兩種調(diào)頻方案的構(gòu)思，具體闡述如下： 方案一：通過硬件電路控制離散波形數(shù)據(jù)的輸出速度從而實(shí)現(xiàn)頻率的改變。 從電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和成本角度及綜合性價(jià)比考慮，確定選擇方案一。方案三中的專用處理器生成的波形頻段寬，穩(wěn)定性好，精度高，執(zhí)行速度快，且編程簡單，不需 要外圍硬件電路，但是芯片價(jià)格昂貴。并且 FPGA 具有數(shù)字邏輯器件所共有的問題 ——競爭和冒險(xiǎn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮抗干擾性。 對以上方案綜合比對，可以得出如下結(jié)論： 方案二中的 FPGA 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，且具有密度高、速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。 方案二：選用 FPGA、 CPLD 等可編程器件組 合構(gòu)成控制模塊 [10]。 167。 子系統(tǒng)模塊方案選擇 本節(jié)對 本次設(shè)計(jì)中起主要作用的控制器、調(diào)頻模塊、調(diào)幅模塊、按鍵模塊、顯示模塊、 D/A 轉(zhuǎn)換器和 SRAM 的設(shè)計(jì)方案和選型方法進(jìn)行了具體的闡述。兩種設(shè)計(jì) 方案 的具體實(shí)施在下文中將會分別予以介紹。基于這些考慮，本方案的設(shè)計(jì)適于作為一個(gè)大系統(tǒng)中的波形發(fā)生器子系統(tǒng)，如雷達(dá)系統(tǒng)的波形發(fā)生器。但是考慮到在實(shí)際的工業(yè)設(shè)計(jì)中所需的波形頻率是有限的，針對特定的系統(tǒng)我們可以通過分頻得到多個(gè)頻率來滿足系統(tǒng)的要求。但是這也就帶來了一個(gè)問題：如果要求對波的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)就需要更換外部時(shí)鐘源。這種方案生在單片機(jī)寫入波形數(shù)據(jù)到 SRAM 后就解放了工作任務(wù)，剩下的波形輸出任務(wù)完全由 外部時(shí)鐘源控制，所以輸出波的頻率由外部時(shí)鐘決定?；谶@些考慮，此種設(shè)計(jì)產(chǎn)品仍有很大的應(yīng)用前途，例如，用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信號源或低頻段的工業(yè)設(shè)計(jì)。這種方案如 節(jié)所說只能產(chǎn)生不高于10KHz 的波形，因此 只可用于低頻波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)。方案四和方案五基于 51單片機(jī)設(shè)計(jì)軟硬件結(jié)合，硬件成本低，軟件起點(diǎn)低，優(yōu)化型相對比較好，設(shè)計(jì)時(shí)間短，成本低，可靠性高，且滿足設(shè)計(jì)要求。 方案二簡單易行，但是 8038 產(chǎn)生的波形容易寄生高次諧波分量，且頻率的穩(wěn)定性差。我將此種方法稱作 ―硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì) ‖ [7]。我將此種方法稱作 ―程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì) ‖[6]。例如 專門用于波形發(fā)生器 的集成微處理器 8XC196MC/MD單片機(jī)可以直接產(chǎn)生高頻率的各種常用信號波形 [5 ]。 8038 可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波專用集成電路 [4]。通過調(diào)節(jié)第一級運(yùn)放的 RC 參數(shù)，可以改變頻率。 總體方案選擇 波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)可以通過多種方案來實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)之前需要對各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和選擇： 方案一：采用分立元件構(gòu)成非穩(wěn)態(tài)的多諧振蕩器，然后根據(jù)所需波形的要求加入積分電路等構(gòu)成波形發(fā)生器，如圖 21 所示。在文章的最后還附錄了軟件程序、硬件電路圖和 PCB圖。 第五章對兩種設(shè)計(jì)方案的各程序 模塊的設(shè)計(jì)及流程圖分別予以詳細(xì)的說明。第三章對本次設(shè)計(jì)所使用的主要芯片如 89C51 單片機(jī)、 8255A[3]、DAC0832 等進(jìn)行了介紹，并且對這些芯片在系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用的功能給予簡要說明，在本章最后對系統(tǒng)設(shè)計(jì)所使用的開發(fā)軟件予以介紹。第一章主要介紹了課題的研究背景、發(fā)展、意義，設(shè)計(jì)的整體內(nèi)容以及任務(wù)安排。 167。 本篇論文主要討論的是波形發(fā)生器設(shè)計(jì)的方案選擇，系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)問題，單片機(jī)軟件和生成常用波形軟件編寫問題，以及對本次設(shè)計(jì)中的主要芯片的介紹。 （ 2） 擴(kuò)展有鍵盤模塊用于對對波形類型、頻率和 峰峰值 進(jìn)行設(shè)定。該波形發(fā)生器系統(tǒng)采用 51 單片機(jī)進(jìn)行控制，DAC0832 芯片進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 167。目前國內(nèi)成熟的產(chǎn)品多位一些 PC 儀器插卡，獨(dú)立儀器少之又少。國產(chǎn) S1000 數(shù)字合成掃頻信號發(fā)生器的頻率范圍為 1MHz1024MHz，可應(yīng)用于超高頻領(lǐng)域。 選題意義 雖然我國對于波形發(fā)生器的研制起步較晚，但是通過幾年的努力也取得了一些可喜的成果。該公司生產(chǎn)的 8648D 射頻信號發(fā)生器大量應(yīng)用于超高頻的工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，頻率寬度范圍高達(dá) 9KHz4GHz[3]。任意波形發(fā)生器的典型代表為 Lecroy 公司生產(chǎn)的的 9100 任意波形發(fā)生器 [2]。如電子設(shè)備的性能指針測試中就需要能提供一些非常規(guī)的測試信號的信號源，即能產(chǎn)生現(xiàn)場所需要波形的任意波形發(fā)生器 (Arbitrary Waveform Generator, AWG)。 傳統(tǒng)的波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形比較單一，如正弦波、方波、脈沖波、三角波等。 80年代后期才真正克服軟件的問題出現(xiàn)了幾種高性能的函數(shù)發(fā)生器。當(dāng)時(shí)專用于 信號處理的微處理器時(shí)鐘頻率只有 12MHz， A/D 和D/A 一般為 8 位，且內(nèi)部存儲容量也很小。這時(shí)的波形發(fā)生器主要運(yùn)用軟硬件結(jié)合的方法從而可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能。所以模擬技術(shù)的波形發(fā)生器的發(fā)展在后期也受到了一定的制約。 自 60 年代以來波形發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，這個(gè)時(shí) 期的波形發(fā)生器運(yùn)用模擬電子技術(shù)，由分立元件和模擬集成電路構(gòu)成。早期的波形發(fā)生器的機(jī)構(gòu)復(fù)雜，功率較大，因此發(fā)展緩慢。 波形發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r 早在上世紀(jì) 20 年代就出現(xiàn)了作為測量儀器的波形發(fā)生器 [1]。因此隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)今對信號源的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度和頻率范圍以及信號波形的形狀提出越來越高的挑戰(zhàn)。雷達(dá)、通信、宇航、遙控遙測技術(shù)和電子系統(tǒng)等領(lǐng)域都隨處可見波形發(fā)生器的應(yīng)用。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1章 緒論 167。另外在文章中，還分散對兩種設(shè)計(jì)方案的原理、特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方式、性能比對和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行說明。 本次設(shè)計(jì)運(yùn)用 Keil c 軟件采用 C 語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，使用仿真軟件Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)功能校驗(yàn)，并使用 Protel 軟件制作印刷電路板（ PCB）。本方案擴(kuò)展有 LED 顯示模塊和鍵盤模塊，且可以實(shí) 現(xiàn)頻率和幅值的連續(xù)可調(diào)，具有良好的人機(jī)交互性，因此在低頻需求的教學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。 本文介紹了兩種基于 89C51 單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 產(chǎn)生所需波形的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案，兩種方案各有千秋，可以滿足不同領(lǐng)域?qū)Σㄐ伟l(fā)生器的需求。在這種情況下，在實(shí)際工業(yè) 應(yīng)用中往往需要設(shè)計(jì)人員自行設(shè)計(jì)出所需的波形發(fā)生器，帶來不必要的工程開銷。從上世紀(jì) 20 年代起，世界上對于波形發(fā)生器的研究與改進(jìn)從未間斷過，到現(xiàn)今已經(jīng)研制出了用于不同頻域的各種高性能的波形發(fā)生器。 經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告 .........................................................................61 結(jié) 論 ..................................................................................................62 參考文獻(xiàn) ..............................................................................................63 致 謝 ..................................................................................................65 附 錄 A .............................................................................................66 附 錄 B .............................................................................................67 附 錄 C .............................................................................................68 附 錄 D .............................................................................................85 附 錄 E .............................................................................................95 附 錄 E .............................................................................................95 附 錄 E .............................................................................................97 附 錄 F..............................................................................................98 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VII 符號說明 Hz 赫茲，頻率單位 KHz 千赫， 1 千赫 (KHz)= 1103 赫茲 (Hz) MHz 兆赫， 1 兆赫 (MHz)= 1103 千赫 (KHz) GHz 吉赫， 1 吉赫 (GHz)= 1103 兆赫 (MHz) V 伏特，電壓單位 ? 歐姆，電阻單位 K? 千歐， 1 千歐 (K? )= 1103 歐姆 (? ) F 法拉，電容單位 ? F 微法， 1 法拉 (F)= 1106 微法 (? F)