【正文】 的輸入。同時(shí)可以利用一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)方程輸入方式，復(fù)雜的波形可以由幾個(gè)比較簡單的公式復(fù)合成 v=f (t)形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生。波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得更加方便和容易。 到了二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過 GHz 的DDS 芯片，同時(shí)也推動(dòng)了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，2003 年，Agilent的產(chǎn)品 33220A能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達(dá)到 20M，2005 年的產(chǎn)品N6030A 能夠產(chǎn)生高達(dá) 500MHz 的頻率，采樣的頻率可達(dá) 。HP8770A實(shí)際上也只能產(chǎn)生8 中波形，而且價(jià)格昂貴。這時(shí)期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì) DAC的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。同時(shí)，主要表現(xiàn)為兩個(gè)突出問題，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。在 70 年代前，信號(hào)發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，而函數(shù)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(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其它波形時(shí)，需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。 波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶定義信號(hào)，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào)其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號(hào)源所需的RC很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是致命的弱點(diǎn)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。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，多為鋸齒波，正弦波，方波，三角波等波形。用集成電路實(shí)現(xiàn)的信號(hào)波形發(fā)生器與其它信號(hào)波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。低頻信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)低頻信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄摘要 IAbstract I1 緒論 1 1 1 3 2 信號(hào)發(fā)生器的總體方案設(shè)計(jì) 4 信號(hào)發(fā)生器的總體方案 4 信號(hào)發(fā)生部分 4 信號(hào)幅值控制部分 4 信號(hào)頻率控制部分 5 5 軟件總體方案 6 本章小結(jié) 7 3 信號(hào)發(fā)生器的硬件電路設(shè)計(jì) 8 8 ICL8038內(nèi)部原理 9 電路分析 10 單片機(jī)最小系統(tǒng) 12 主要特性 13 管腳說明（） 14 單片機(jī)電源 17 頻率控制模塊 17 幅值控制模塊 18 幅值控制模塊的原理 18 AD603簡介 19 D/A轉(zhuǎn)換原理介紹 20 DAC0832引腳介紹 21 23 鍵盤控制模塊 25 本章小結(jié) 27 4 信號(hào)發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì) 28 主程序流程圖 28 頻率調(diào)節(jié)子程序設(shè)計(jì) 29 幅值調(diào)節(jié)子程序設(shè)計(jì) 30 32 矩陣鍵盤子程序設(shè)計(jì) 33 仿真結(jié)果 35 仿真軟件protues簡介 35 方波、正弦波、三角波的產(chǎn)生 36 37 38 信號(hào)頻率的調(diào)節(jié) 39 本章小結(jié) 40 5 結(jié)論 41 謝辭 42 參考資料 43 附件1總電路圖 44 附錄2 外文資料翻譯 46 53 1 緒論在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號(hào)波形發(fā)生器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號(hào)波形發(fā)生器。波形發(fā)生器也稱函數(shù)發(fā)生器，作為實(shí)驗(yàn)信號(hào)源，是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。信號(hào)發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)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經(jīng)之一，不用依靠。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域常常要用到低頻信號(hào)源。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會(huì)大大增加。函數(shù)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(diǎn)，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號(hào)，還可對(duì)頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)的控制，并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊，組成自動(dòng)測試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、震動(dòng)激勵(lì)、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。這個(gè)時(shí)期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形，則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。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(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。 90 年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價(jià)格的函數(shù)發(fā)生器、但是HP公司推出了型號(hào)為 HP770S的信號(hào)模擬裝置系統(tǒng)，它由 HP8770A任意波形數(shù)字化和 HP1776A波形發(fā)生軟件組成。不久以后，Analogic公司推出了型號(hào)為 Data2020的多波形合成器，Lecroy 公司生產(chǎn)的型號(hào)為9100 的任意波形發(fā)生器等。由上面的產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快近幾年來，國際上波形發(fā)生器技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）過去由于頻率很低應(yīng)用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應(yīng)用于越來越廣的領(lǐng)域。波形發(fā)生器通常允許用一系列的點(diǎn)、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。從而促進(jìn)了函數(shù)波形發(fā)生器向任意波形發(fā)生器的發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)語言的飛速發(fā)展也對(duì)任意波形發(fā)生器軟件技術(shù)起到了推動(dòng)作用。 （2）與VXI資源結(jié)合。由于VXI總線的逐漸成熟和對(duì)測量儀器的高要求，在很多領(lǐng)域需要使用VXI系統(tǒng)測量產(chǎn)生復(fù)雜的波形，VXI的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性，但由于開發(fā)VXI模塊的周期長，而且需要專門的VXI機(jī)箱的配套使用，使得波形發(fā)生器VXI模塊僅限于航空、軍事及國防等大型領(lǐng)域。 （3）隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺(tái)式儀器在走了一段下坡路之后，又重新繁榮起來。這些新一代臺(tái)式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。本文主要安排五個(gè)章節(jié)介紹基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器。主要介紹信號(hào)發(fā)生器的背景及意義，波形發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r，本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排。主要介紹了信號(hào)發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)，信號(hào)發(fā)生器的主電路結(jié)構(gòu)及工作方式，本文基于ICL8038的信號(hào)發(fā)生器的整體方案設(shè)計(jì)。主要包括信號(hào)波形產(chǎn)生電路，單片機(jī)控制電路，頻率控制電路，幅值控制電路，鍵盤電路及波形選擇電路的設(shè)計(jì)。主要包括主程序的設(shè)計(jì)，幅值調(diào)節(jié)程序，幅值調(diào)節(jié)程序，波形選擇程序和鍵盤程序等設(shè)計(jì)。對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，提出設(shè)計(jì)所取得的成效和不足。在設(shè)計(jì)的過程中，我們針對(duì)信號(hào)發(fā)生部分、信號(hào)幅值控制部分、信號(hào)幅值控制部分進(jìn)行不同方案的比較。但是該電路對(duì)電阻和電容的要求較高，工作很不穩(wěn)定。該方案實(shí)現(xiàn)簡單，電路簡單，可以參考。該方式能實(shí)現(xiàn)各種波形，且能達(dá)到各個(gè)頻率，但成本較高。 信號(hào)幅值控制部分方案一：采用可編程放大器，電路簡單，對(duì)放大倍數(shù)以及信號(hào)輸出電壓有較高的要求，需要對(duì)輸出電壓進(jìn)行預(yù)先處理。該方式線路簡單，編程方便，可實(shí)施性強(qiáng)。根據(jù)以上比較，采用方案一。方案二：改變接入電路的電容大小，可以通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié)，且容易通過編程顯示頻率。ICL 8038 是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路, 只需調(diào)整個(gè)別的外部元件就能產(chǎn)生從 ～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號(hào)。另外由于該芯片具有調(diào)頻信號(hào)輸入端, 所以可以用來對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制。它是本制作的核心，通過鍵盤輸入，單片機(jī)AT89C52可控制ICL8038的輸出波形類型的選擇，并可由鍵盤設(shè)定電壓值及頻率，再經(jīng)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器輸出對(duì)ICL8038的實(shí)現(xiàn)頻率和幅度的調(diào)控。波形選擇AT89C52單片機(jī)控制系統(tǒng)4*4鍵盤模塊 幅值調(diào)節(jié)ICL8038函數(shù)信號(hào)發(fā)生器頻率調(diào)節(jié) 系統(tǒng)模塊圖本次設(shè)計(jì)所研究的就是所需要的某種波形輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，在通過D/A轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)部分的轉(zhuǎn)換輸出一組連續(xù)變換的05V的電壓脈沖值。模塊介紹：（1）4*4鍵盤模塊：實(shí)現(xiàn)波形的切換、幅值的控制和頻率的控制。（3）頻率控制模塊：通過單片機(jī)控制接入電路的電容的組合，改變輸出信號(hào)頻率的大小。通過以上的介紹，該信號(hào)發(fā)生器具有以下幾個(gè)功能：（1）通過按鍵能輸出三角波、正弦波、方波等幾種常用的波形。（3）通過按鍵能實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié) 軟件總體方案軟件設(shè)計(jì)程序的基本思路是：程序開始，先初始化。其主要完成的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)部分： （1）主程序的設(shè)計(jì)：完成系統(tǒng)的初始化，各部分的配置以及在主循環(huán)中進(jìn)行系統(tǒng)的工作狀態(tài)檢測。（3）幅值控制電路：通過檢測按鍵，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸出數(shù)字量的改變，同時(shí)改變DAC0832輸出的模擬量，從而改變輸出波形的幅值。（5）鍵盤子程序：通過掃描單片機(jī)I/O端口確定是否有鍵按下，并判斷按下的是何種功能的按鍵。主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：首先是信號(hào)發(fā)生器的方案選擇，通過比較實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器的各種方案的比較：例如信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)幅值調(diào)整模塊和頻率調(diào)整模塊等的比較中，選擇出最好的一種實(shí)現(xiàn)方式；然后簡單介紹波形發(fā)生器的核心器件ICL8038的信息，畫出信號(hào)發(fā)生器的硬件框圖。該章的作用是為下文的具體介紹做了個(gè)鋪墊。本設(shè)計(jì)主要基于函數(shù)發(fā)生器芯片ICL8038產(chǎn)生波形,該芯片是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路, 只需調(diào)整個(gè)別的外部元件就能產(chǎn)生從 ～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號(hào)。該芯片性能特點(diǎn)：具有在發(fā)生溫度變化時(shí)產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50ppm／℃；具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號(hào)輸出；正弦波輸出具有低于1％的失真度；三角波輸出具有0．1％高線性度；工作變化周期寬，2％～98％之間任意可調(diào)；高的電平輸出范圍，從TTL電平至28V；易于使用，只需要很少的外部條件。（1）ICL8038電源電壓范圍寬，采用單電源供電時(shí)，V+GND的電壓范圍+10+30V；采用雙電源供電時(shí)，V+V的電壓可在177。15V內(nèi)選取。（2）振蕩頻率范圍寬，頻率穩(wěn)定性好。（3）輸出波形的失真小。%。（5）外圍電路非常簡單，易于制作。此外8038還能實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制，掃描輸出。在圖31中，ICL8038由恒流源II2，電壓比較器CC2和觸發(fā)器等組成。當(dāng)觸發(fā)器的Q端輸出為低電平時(shí)，它控制開關(guān)S使電流源I2斷開。由于I2I1，因此電容C放電，vc隨時(shí)間線性下降。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，若I2=2I1，vc上升時(shí)間與下降時(shí)間相等，就產(chǎn)生三角波輸出到腳3。三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。而觸發(fā)器輸出的方波經(jīng)緩沖器輸出到腳9。因此，ICL8038能輸出方波、三角波和正弦波等三種不同的波形其中，振蕩電容C由外部接入，它是由內(nèi)部兩個(gè)恒流源來完成充電放電過程。當(dāng)觸發(fā)器的狀態(tài)使恒流源2處于關(guān)閉狀態(tài)，電容電壓達(dá)到比較器1輸入電壓規(guī)定值的2／3倍時(shí)，比較器1狀態(tài)改變，使觸發(fā)器工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將模擬開關(guān)K由B點(diǎn)接到A點(diǎn)?！　≡谝陨匣倦娐分泻苋菀撰@得3種函數(shù)信號(hào)，假如電容器在充電過程和在放電過程的時(shí)間常數(shù)相等，而且在電容器充放電時(shí)，電容電壓就是三角波函數(shù)，三角波信號(hào)由此獲得?！　∵m當(dāng)選擇外部的電阻RA和RB和C可以滿足方波函數(shù)等信號(hào)在頻率、占空比調(diào)節(jié)的全部范圍?！　≌液瘮?shù)信號(hào)由三角波函數(shù)信號(hào)經(jīng)過非線性變換而獲得。ICL8038中的非線性網(wǎng)絡(luò)是由4級(jí)擊穿點(diǎn)的非線性逼近網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。在實(shí)測中得到正弦信號(hào)的失真度可達(dá)0．5左右。 電路分析由于ICL8038單片函數(shù)發(fā)生器有兩種工作方式，即輸出函數(shù)信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)電壓可以由內(nèi)部供給，也可以由外部供給。 圖 ICL8038典型接法針對(duì)以上電路失真無法調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)，我們改進(jìn)方案，實(shí)現(xiàn)正弦波正負(fù)失真的可調(diào)。該芯片的第1腳和第12腳就是為調(diào)節(jié)輸出正弦波失真度而設(shè)置的。 ，波形的選擇是通過單刀三置開關(guān)SW1來實(shí)現(xiàn)的，頻率調(diào)節(jié)依靠可變電阻RV3和電容C1，幅值調(diào)節(jié)通過程控增益放大器AD603調(diào)節(jié)，為了使放大器不會(huì)干擾波形，在放大器前接入一個(gè)電壓跟隨器。 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片微型計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)很重要的分支，自問世以來，以其極高的性價(jià)比，受到人們的重視和關(guān)注，因此應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速。目前，在我國，單片機(jī)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于只能儀表、機(jī)電設(shè)備過程控制、自動(dòng)檢測、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個(gè)方面。AT89C2052是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C52 DIP封裝芯片它有40個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有20個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第一腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第2腳、第3腳……第40管腳。與MCS51 兼容 　　壽命：1000寫/擦循環(huán) 　　全靜態(tài)工作：0Hz24MHz 　　1288位內(nèi)部RAM 　　兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 　　可編程串行通道 　　片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明（）VCC：供電電壓。 　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P