【正文】 經(jīng)將函數(shù)信號發(fā)生器的制作作為工程實訓的課程來制作，通過自己動手制作來了解函數(shù)信號發(fā)生器的工作原理以及硬件電路的組成，通過也需要同學在掌握硬件的時候?qū)τ谛盘柊l(fā)生器的軟件也要有相應的了解，這樣才可以達到了解函數(shù) 信號發(fā)生器的特點，在單片機的的基礎上制作的函數(shù)信號發(fā)生器，主 要是通程序的編寫來實現(xiàn)其功能的實現(xiàn)，并且還可以通過編寫不同的程序來實現(xiàn)很多的擴展程序，所以優(yōu)點很多，所以我們在制作他時應該對于單片機的了解要達到很深的了解，單片機作為高校必要的課程，在現(xiàn)在我國的很多大學都已經(jīng)將單片機的學習作為一門必要的必修課，之所以這么重視單片機這么課程，主要的原因是因為現(xiàn)在很多的電子產(chǎn)品和電子設備都是基于單片機來完成的，所以在對于單片機的了解這也是密不可分的。硬件采用以單片機作為控制核心和數(shù)據(jù)的處理，數(shù)字信號變?yōu)槟M信號主要是利用DAC0832芯片來實現(xiàn)，最后通過顯示器顯示。軟件方面可以利用程序來完成正弦、三角、鋸齒、梯形和方波五種波形的實現(xiàn)。例如方波，正炫波等。 波形的頻率都可以通過所設定的按鍵來調(diào)節(jié)， 2 其中產(chǎn)生 正弦波的頻率控制在 10— 50Hz，以每按一次 10Hz 向上 增加；產(chǎn)生三角波形的頻率范圍控制在 50— 250Hz，以每按一次 50Hz 向上增加；產(chǎn)生方波波形的頻率控制在200— 1000Hz，以每按一次 200Hz 向上增加；產(chǎn)生鋸齒波波形的頻率控制在 100— 500Hz,以每按一次 100Hz 向上增加；產(chǎn)生梯形波波形的頻率在 50— 250Hz,以每按一次 50Hz 向上增加。 第一行顯示內(nèi)容為： 輸出正弦波時顯示： Sine Wave； 輸出三角波時顯示： Triangle Wave； 輸出方 波時顯示： Square Wave； 輸出鋸齒波時顯示： Sawtooth Wave； 輸出梯形波時顯示： Trapezoidal Wave； 第二行顯示內(nèi)容為： Frequency: *** Hz 。 （ 1） 系統(tǒng)的硬件設計：硬件電路的組成主要包括單片機控制電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，獨立按鍵控制電路，顯示電路以及穩(wěn)壓電源電路。通過 DXP軟件生成原理圖和 PCB 圖，通過 keil 軟件進行程序的編 寫，同時通過 protues 軟件進行仿真。通過 DAC0832 利用 D/A 轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬信號，接著濾波放大，最后通過 LCD1602 顯示器顯示。 根據(jù)任務要求以及一些資料參考，對系統(tǒng)進行總 體框架圖 【 1】 。總體圖如圖 所示 圖 信號發(fā)生器框圖 元件的介紹 單片機的介紹 單片機 AT89C51 的原理及功能 單片機的內(nèi)部總線上有許多的功能部件，這些功能部件可以通過內(nèi)部的總線來進行數(shù)據(jù)的傳送以及信息的控制 【 2】 ，并且他們會分工來使用這些總線，不會產(chǎn)生混亂的情況，這就是內(nèi)部單總線的結(jié)構(gòu)形成，圖 為單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 振蕩器和時序OSC 程序存儲器4KB ROM 數(shù)據(jù)存儲器256B RAM/SFR 振蕩器和時序OSC 8051 CPU 64KB 總線 輸出口 全雙工串行口 外中斷 內(nèi)中斷 控制 并行口 串行通信 外時鐘源 外部事件計數(shù) 4 VCC：電源 GND：接地線 XTAL1：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 RST/VPP(Pin9)：復位引腳 ALE/PROG：地址鎖存允許信號 PSEN：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP：程序存儲器的內(nèi)外部選通 AT89S51 單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口， PO 口： 8 位雙向 I/O 口 線，名稱為 ～ P1 口： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 單片機的基本功能是控制電路和做好最小系統(tǒng)的工作 【 3】 。其連接方法如圖 所示。 DAC0832 的輸出形式是通過電流的激活來完成，也可以通過接入外接運算放大器來形成電壓。在不要求多相 D/A 同時輸出時，可以采用單緩沖方式，此時只需一次寫操作，就開始轉(zhuǎn)換 [，可以提高 D/A 的數(shù)據(jù)吞吐 量。 6 圖 雙緩沖工作方式 2121FBo REFnFBo REFnV VNRRNVV?? ?? ? ? ?（ N 為輸入的數(shù)字量） 例如：當 n=8 時，代入上式得： 255o REFNVV?? （ N 為輸入的數(shù)字量） 1602 顯示屏的原理及功能 1602 顯示屏實 物圖如圖 所示： 圖 1602 顯示屏 7 表 1602 顯示屏引腳的介紹 LCD1602 作為一個顯示器，在編寫相對應的程序時需要定義它的地址位 [6]， 所以編寫程序的地址如下表所示： 表 LCD1602 地址表 LM324 芯片的介紹 LM324 內(nèi)部是由 4 個運算放大器合成 [7]，既可接一個獨立的電源使用 (3～ 30 V)，也可接兩個電源使用 (177。15 V)，可與 TTL 邏輯電路相容。 圖 同相比例放大電路圖 穩(wěn)壓芯片的介紹 穩(wěn)壓電路的形成是要通過穩(wěn)壓芯片通過將 220v 的電壓經(jīng)過整流來生成你所需要的電壓，那么整流電路 的核心組成是通過 7809,7809, [9]。通過要判斷芯片所代表輸出的電壓可以通過他的后面兩個數(shù)字來實現(xiàn)，本次需要的電壓是需要 +9V、 +5V、 5V。 9 2)輸出電壓分別為 +5V,+9V,9V； 3)熱過載保護； 4)短路保護； 5)輸出晶體管安全工作區(qū)保護 [10] 硬件電路的設計和分析 信號發(fā)生器主要是通過復位電路，電源電路，顯示電路， DA 轉(zhuǎn)換電路，按鍵電路，時鐘電路組成。 圖 中 D1～ D4 為整流部分，用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 K1 為帶鎖按鍵，用于開頭電源。 圖 整流模塊電路 10 圖 電源部分電路圖 按鍵 輸入部分 如圖所示為 按鍵電路模塊設計 ，由三個按鍵及二極管組成的系統(tǒng)通過對單片機傳輸中斷信號來實現(xiàn)波形切換及頻率調(diào)節(jié)。 圖 輸入部分電路圖 三個按鍵的功能分別如下： 鍵：選擇信號鍵，開始運行時顯示屏顯示正弦波，按下輸出三角波，按二下輸出方波，按三下又輸出正弦信號，按四下出鋸齒波，按五下梯形波，如此循環(huán)下去。步值鍵分別為正弦波 10Hz，三角波 100Hz，方波 200Hz。 DOWN 鍵：減少頻率。鋸齒波 100Hz,梯形波 50Hz。屏幕的顯示界面由兩行來實現(xiàn)，第一行顯示輸出信號的類型，第二行：顯示當前波形所對應的頻率值。采用常規(guī)的放大方式，采用兩片運放，實現(xiàn)兩級放大， 同時通過信號放大電路（圖 信號放大電路圖）來進行信號的放大。 R515KR415K+9V9VGNDIOUT1GNDRFB12P3Header 22311411U1ALM324N5672411U1BLM324N 圖 信號放大電路圖 12 第三章 軟件的設計 程序流程圖 當硬件和軟件都完成時，那么就應該通過仿真來驗證，程序的流程如下所示：第一，上電，此時屏幕顯示出程序編寫時所定義的字母 ,接著按控制頻率改變的按鍵，當確定按下時那么程序像下走，頻率的大小在改變，接著按第二個鍵， 由于定義第二個鍵是減小頻率的，當確定按鍵按下時，那么頻率也會以步值來改變，第三個按鍵是定義改變波形的，所以當按鍵按下時，波形的名稱也會隨之改變。 程序流程圖如 所示。 2. 測試過程： 當程序 通過生成 HEX文件導入 protues的單片機 時經(jīng)過初始化，液晶屏的上只顯示 兩行的功能 ， 當開關(guān)按一下 時 此時輸出波形為正弦波，按兩下輸出為方波，按三下輸出為三角波 按四下輸出鋸齒波，按五下輸出 梯形波 。 五 種波形的仿真波形圖如下： 圖 正弦波仿真波形圖 圖 三角 波仿真波形圖 16 圖 方 波仿真波形圖 圖 鋸齒 波仿真波形圖 圖 梯形 波仿真波形圖 實物測試結(jié)果 實物完成， 測試數(shù)據(jù)如下： 1） 通過軟件和硬件的結(jié)合完成實物 產(chǎn)生正弦、方、三角、 鋸齒 、 梯形波的 實現(xiàn) 2） 波形的頻率都可以通過所設定的按鍵來調(diào)節(jié) ，其中 產(chǎn)生 正弦波的頻率控制在10— 50Hz， 以每按一次 10Hz 向上