【正文】 duce four kinds of waveforms (sine, triangle, sawtooth and square wave)。 選題背景 ......................................................................................2 167。 選題意義 ......................................................................................3 167。 章節(jié)安排 ......................................................................................4 第 2 章 波形發(fā)生器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及選擇 ............................................5 167。 子系統(tǒng)模塊方案選擇 .................................................................7 167。 調(diào)頻方案設(shè)計(jì) ......................................................................7 167。 按鍵方案設(shè)計(jì) .................................................................... 10 167。 D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇 ............................................................. 11 167。 系統(tǒng)總體框圖 ........................................................................... 13 167。 硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì)框圖 ............................................... 13 167。 主要芯片介紹 ........................................................................... 15 167。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 ...................................................... 21 167。 定時(shí)器 555 ......................................................................... 25 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 167。 設(shè)計(jì)軟件介紹 ...........................................................................27 167。 編程軟件 Keil C51 ............................................................28 167。 程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì)硬件電路 ..............................................29 167。 波形產(chǎn)生及調(diào)幅模塊 ........................................................30 167。 按鍵模塊 ............................................................................32 167。 單片機(jī)最小系統(tǒng)及 I/O 擴(kuò)展模塊 ....................................33 167。 調(diào)頻模塊 ............................................................................35 167。 按鍵模塊 ............................................................................37 167。5 .1 系統(tǒng)軟件編程語言方案設(shè)計(jì) ...................................................39 167。 主程序 ................................................................................40 167。 顯示子程序 ........................................................................41 167。 定時(shí)器中斷子程序 ............................................................43 167。 主程序 ................................................................................45 167。 數(shù)模轉(zhuǎn)換子程序 ................................................................ 48 第 6 章 PCB 設(shè)計(jì)與系統(tǒng)調(diào)試 .............................................................. 49 167。 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................... 50 167。 硬件波形發(fā)生器仿真結(jié)果 ............................................... 54 167。 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)情況 ................................................................... 59 167。雷達(dá)、通信、宇航、遙控遙測(cè)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。但是我國對(duì)波形發(fā)生器的研究起步較晚，國內(nèi)市場(chǎng)上波形發(fā)生器種類匱乏，價(jià)格昂貴，且多用于航天軍事等領(lǐng)域。所以說研制一種功能齊全、使用方便的波形發(fā)生器十分重要。其中，程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案運(yùn)用單片機(jī)執(zhí)行程序產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)，再由單片機(jī)通過定時(shí)器定時(shí)控制將波形數(shù)據(jù)送給 DAC 轉(zhuǎn)換輸出波形，由于軟件的限制產(chǎn)生波形的上限頻率受到限制無法在本方案內(nèi)尋求突破方法。硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì)中，單片機(jī)執(zhí)行程序產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)或從上位機(jī)接受波形數(shù)據(jù)寫入外部 RAM 中，然后由外部電路控制從 RAM 中取出波形數(shù)據(jù)送于 DAC 轉(zhuǎn)換輸出波形，本方案雖然無法像程控方案那樣方便的調(diào)節(jié)波形信息，但是可以產(chǎn)生高頻波，且具有良好的可升級(jí)性，可以用于對(duì)高頻信號(hào)需求的領(lǐng)域。 本文著重介紹了在設(shè)計(jì)過程中的方案選擇以及兩種硬件和軟件電路的設(shè)計(jì)，也對(duì)設(shè)計(jì)所使用的芯片及功能進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行誤差和經(jīng)濟(jì)性分析說明系統(tǒng)的可行性。以便于讀者能夠通過本篇文章對(duì)本次設(shè)計(jì)全面理解。 選題背景 波形發(fā)生器又名信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制和科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域。如今作為電子系統(tǒng) ―心臟 ‖的信號(hào)源的性能很大程度上決定了電 子設(shè)備和系統(tǒng)的性能的提高。 167。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，波形發(fā)生器實(shí)現(xiàn)了從定性分析的測(cè)試儀器到用于測(cè)試接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)波形發(fā)生器的轉(zhuǎn)變。伴隨著晶體管的問世所帶來的電子領(lǐng)域的巨大變革，于 1964 年研制出了第一臺(tái)全晶體管的波形發(fā)生器。這種波形發(fā)生器電路尺寸大，價(jià)格貴，功耗高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能單一，且由于模擬器件存在漂移輸出波形的幅度穩(wěn)定性差。 70 年代隨著微處理器的出現(xiàn)，波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)開始往數(shù)字電子技術(shù)方面進(jìn)軍。但是由于這時(shí)期的設(shè)計(jì)主要采用軟件去實(shí)現(xiàn)程控波形的功能，所以也就帶來了一些問題，即由于 CPU 工作頻率的制約使得設(shè)計(jì)產(chǎn)品只能輸出低頻波形。所以實(shí)際上能夠產(chǎn)生波形的有效頻寬不會(huì)超過 1MHz，再去考慮波形的平滑度和失真度，重復(fù)頻寬不會(huì)超過河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 10KHz。其中最具代表性的是 HP 公司推出的 HP70S 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。隨著科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的需求的不斷發(fā)展，對(duì)波形種類的需求也 呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)。 早期的任意波形發(fā)生器主要著重音頻等低頻頻段，現(xiàn)在的任意波形發(fā)生器已擴(kuò)展到射頻頻段，目前任意波形發(fā)生器的帶寬可以達(dá)到 2GHz，足夠仿真許多移動(dòng)通信、衛(wèi)星電視的復(fù)雜信號(hào)。 現(xiàn)今市場(chǎng)上技術(shù)比較成熟的波形發(fā)生器產(chǎn)品有：安捷倫公司生產(chǎn)的33250A 函數(shù)任意波形發(fā)生器，其輸出頻率寬度范圍為 1μHz80MHz，可應(yīng)用于各供不同頻段的設(shè)計(jì)。 167。國產(chǎn) SG1060 數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器可以雙通道同時(shí)輸出高分辨率、高精度、高可靠性的各種波形，其頻率覆蓋范圍為 1μHz60MHz。但是總的來說，這些設(shè)計(jì)產(chǎn)品價(jià)格昂貴主要應(yīng)用于航空、軍事等高端領(lǐng)域，在日常民用方面并沒有形成自己真正的產(chǎn)業(yè)。并且我國現(xiàn)今的任意波形發(fā)生器的種類和性能與國外相比仍有很大差距，因此對(duì)此內(nèi)產(chǎn)品的研究設(shè)計(jì)仍具有重要意義。 本文研究的主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是運(yùn)用新一代高性能數(shù)字芯片設(shè)計(jì)一種使用方便，性能良好的獨(dú)立式波形發(fā)生器。本次設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的基本功能如下： （ 1） 能夠產(chǎn)生正 弦波、三角波、鋸齒波和方波四種波形。 （ 3） 擴(kuò)展有顯示輸出模塊顯示當(dāng)前輸出波形的類型、頻率和 峰值 信息。另外，本文還 分散的 對(duì)本次設(shè)計(jì)所采用的兩種設(shè)計(jì)方案（ 程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 和基于硬件的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)）的特點(diǎn)進(jìn)行比較說明，并對(duì)兩種設(shè)計(jì)的應(yīng)用前景進(jìn)行闡述。 章節(jié)安排 本文對(duì)基于單片機(jī)的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的說明，共分 六章。 第二章對(duì)設(shè)計(jì)前的系統(tǒng)方案以及各模塊的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行比對(duì)和選擇，從而確定出最終的兩種設(shè)計(jì)方案，即程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案和硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案。第四章對(duì)系統(tǒng)兩種設(shè)計(jì)方案的硬件電路各模塊的設(shè)計(jì)及工作方法分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。第六章主要分為 4 個(gè)部分，首先對(duì) PCB 設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明，然后對(duì)系統(tǒng)仿真結(jié)果及誤差進(jìn)行分析，接著對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能及不足進(jìn)行綜合說明，組后對(duì)系統(tǒng)的可行性進(jìn)行分析說明。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2章 波形發(fā)生器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及選擇 167。 U0 輸出為正弦波、U1 輸出為方波、 U2 輸出為三角波，三種波形輸出頻率相同。 圖 21 采用分立元件構(gòu)成的簡(jiǎn)易波形發(fā)生器 方案二：采用單片機(jī)控制的單片函數(shù)發(fā)生器（如 8038 芯片）來進(jìn)行波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)。 方案三：利用專用直接數(shù)字合成 DDS 芯片去實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)。 方案四：對(duì) 51 單片機(jī)進(jìn)行編程，在單 片機(jī) ROM 中寫入各種波形子程序，使其根據(jù)按鍵設(shè)定產(chǎn)生相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)，波形數(shù)據(jù)送入 D/A 轉(zhuǎn)換芯片DAC0832 從而輸出相應(yīng)的波形。 方案五：對(duì) 51 單片機(jī)進(jìn)行編程，在生成波形之前單片機(jī)將各波形的離散數(shù)據(jù)寫入 SRAM 中，隨后由外部時(shí)鐘控制 SRAM 將波形數(shù)據(jù)輸送給 D/A轉(zhuǎn)換器從而生成波形。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 對(duì)以上五個(gè)方案進(jìn)行比較，可以得出如下結(jié)論： 方案一由于采用分立元件， 模擬信號(hào)容易受到干擾 難以保證高的精度（如放大器有飽和失真、截止失真 、交越失真，集成電路難免有零點(diǎn)漂移），且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備體積較大，不便于波形參數(shù)的調(diào)節(jié)。方案三雖然集成度高，生成的波形質(zhì)量高，但是硬件成本較高。 方案四 ―程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì) ‖[8]是運(yùn)用軟件編寫波形子程序，并通過單片機(jī)將數(shù)據(jù)向 D/A 轉(zhuǎn)換器的傳輸。但是此種方案所生成的波形完全由程序?qū)崿F(xiàn)，所以 峰峰值 和頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，而且可以添加鍵盤和顯示功能模塊來提高人機(jī)交互性，這使得此種方案設(shè)計(jì)更接近于一個(gè)完整的系統(tǒng)。 方案五 ―硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì) ‖[9]首先它運(yùn)用單片機(jī)將波形數(shù)據(jù)寫入SRAM 中，然后由外部時(shí)鐘源控制 SRAM 向 D/A 轉(zhuǎn)換器輸送數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此只要外部時(shí)鐘源允許就可以生成任意頻率的波形。由于這個(gè)問題也就造成了此種方案無法像方案四中那樣實(shí)現(xiàn)頻率的連續(xù)可調(diào)。并且本方案中單片機(jī)在后期處于閑置狀態(tài)，這時(shí)單片機(jī)作為控制器可以去完成更多的功能，如時(shí)鐘顯示功能，可見此種方案具有很好的可擴(kuò)展性。 綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用方案四和方案五進(jìn)行兩種不同應(yīng)用領(lǐng)域的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 167。下面分別予以介紹。 控制器的選擇 本次設(shè)計(jì)中提供了三種控制器方案，具體闡述如下： 方案一：選用 89C51 單片機(jī)作為控制器。 方案三：選用專用于波形發(fā)生器的集成微處理器 8XC196MC/MD 作為控制器。但是 FPGA 在掉電后會(huì)丟失當(dāng)前數(shù)據(jù)，需要增加額外的程序開銷。另外 FPGA 相對(duì)于單片機(jī)的編程起點(diǎn)較高，增加編程的難度。方案一中 51 單片機(jī)使用靈活，軟件起點(diǎn)低，功耗低，價(jià)格低廉，但是必須配合一定的外圍硬件電路才能實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的功能（其實(shí)外圍電路并不復(fù)雜）。 167。將外部時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過不同的分頻作為儲(chǔ)存離散波形數(shù)據(jù)的 SRAM 的輸出譯碼地址，使 SRAM 按照一定的時(shí)間間隔輸出波形數(shù)據(jù)給 D