【正文】 ..................... 15 4 程序設(shè)計(jì) ................................................ 16 基于單片機(jī)的波形發(fā)生器的程序設(shè)計(jì) ................................. 16 5 系統(tǒng)仿真與驗(yàn)證 .......................................... 20 系統(tǒng)仿真圖與波形圖 ............................................... 20 結(jié) 論 .................................................... 22 致 謝 .................................................... 23 參考文獻(xiàn) .................................................. 24 1 1 緒 論 課題背景 波形發(fā)生器是一種廣泛應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制和科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域的信號(hào)源。比如電參量的測(cè)量、雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗與電子系統(tǒng)、宇航和遙控遙測(cè)技術(shù)等等，從某種意義上說高質(zhì)量信號(hào)源更是實(shí)現(xiàn)高性能指針的關(guān)鍵，很多現(xiàn)代電子設(shè)備和系統(tǒng)的功能都直接依賴于所用信號(hào)源的性能，因此高質(zhì)量信 號(hào)源被人們喻為眾多電子系統(tǒng)的 “心臟 ”。為了提高信號(hào)源輸出頻率穩(wěn)定度，可以采用晶體振蕩器等方法來解決。 傳統(tǒng)的波形發(fā)生器只能產(chǎn)生一些常規(guī)的信號(hào)如正弦波、方波、脈沖波、三角波等。如電鍍電源對(duì)于鍍層影響、電子設(shè)備的性能指針測(cè)試、及對(duì)系統(tǒng)中各種瞬變波形和電子設(shè)備中出現(xiàn)的各種干擾的模擬等研究中，就需要能提供一些非常規(guī)的測(cè)試信號(hào)以至于任意波形信號(hào)的信號(hào) 源 ， 即 能 產(chǎn) 生 現(xiàn) 場(chǎng) 所 需 要 波 形 的 任 意 波 形 發(fā) 生 器 (Arbitrarry WaveformGenerator,AWG)。因此，開發(fā)高性價(jià)比的任意波形發(fā) 生器是迫在眉睫，對(duì)發(fā)展我國(guó)電子行業(yè)有著非常重大的意義，具有廣泛的應(yīng)用前景，與國(guó)外同類產(chǎn)品保持在性價(jià)比上的優(yōu)勢(shì)，可打破國(guó)外的技術(shù)壟斷和封鎖。在任意波形發(fā)生器作為測(cè)量用信號(hào)激勵(lì)源進(jìn)入市場(chǎng)之前，為了產(chǎn)生非正弦波信號(hào)，已使用函數(shù)發(fā)生器提供三角波、斜波、方波等幾種特殊波形。 早期的任意波形發(fā)生器主要著重音頻頻段，現(xiàn)在的任意波形發(fā)生器已擴(kuò)展到射頻頻段，它與數(shù)字示波器（ DSO）密切配合，只要數(shù)字示波器捕獲的信號(hào)，任意波形發(fā)生器就能復(fù)制出同樣的波形。 任意波形發(fā)生器在原理上可仿真任意波形，只要數(shù)字示波器或其它記錄儀捕捉到的波形，任意波形發(fā)生器都可復(fù)制出，特別有用的是仿真單次偶發(fā)的信號(hào)，例如地震波形、汽車碰 撞波形等等。與數(shù)字存儲(chǔ)示波器相比，任意波形發(fā)生器的全面指標(biāo)存在明顯差距，前者的取樣率達(dá)到 20GS/s 和帶寬 6GHz，后者的取樣率是。 本文研究的主要內(nèi)容 波形發(fā)生器采用單片機(jī)技術(shù)，通過軟件設(shè)計(jì)和硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波幅值可調(diào)的信號(hào)。要求產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高， 設(shè)計(jì)要求：（ 1）能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波 3 種周期性波形。（ 3）輸出波形的頻率可以通過鍵盤輸入進(jìn)行粗調(diào)。 （ 5）具有顯示輸出波形類型、及其粗調(diào)頻率和幅度的 功能。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器 S101 全部采用晶體管 )，也可以采用集成電路 (如單片函數(shù)發(fā)生器模塊 8038)。 本文介紹的是利用 AT89C51 單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件 DAC0832 產(chǎn)生所需不同信號(hào)的低頻信號(hào) 源，其信號(hào)幅度和頻率都是可以按要求控制的。根據(jù)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，文中著重介紹了如何利用單片機(jī)控制 D/A 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號(hào)的硬件電路和軟件編程。 產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波 —方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取? 由比較器和積分器組成方波 —三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由積分電路來完成。特別是當(dāng)采用直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。 通過鍵盤可以進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)，對(duì)頻率能夠進(jìn)行增大和減小的設(shè)置。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖 所示為系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，主要分為幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)、波形產(chǎn)生電路、鍵盤電路、 LED 顯示電路、積分電路。 因此，要將該電壓信號(hào)在示波器中顯示出來，需要有一個(gè)放大器將此電信號(hào)放大到所需范圍之內(nèi)。 2. 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 由于模擬量更容易通過儀器進(jìn)行觀察，所以通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路可以將數(shù)字量轉(zhuǎn)化 為模擬量。 3. 單片機(jī) 單片機(jī)作為一個(gè)接收、處理、輸出信號(hào)的儀器裝置，將單片機(jī)與 LED 顯示連接成一個(gè)有機(jī)的整體 。因此，此部分是整個(gè)設(shè)計(jì)最重要的組成部分。如果波形頻率在設(shè)定范圍內(nèi)，則通過 4 位 LED 來進(jìn)行顯示。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的 0000H 地址單元開始執(zhí)行程序。只要 RST 保持高電平，則 89C51 循環(huán)復(fù)位。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 如果硬件是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，那軟件就是整個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在，它可以使儀器的主要功能得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這一原 則和畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求， 本課題的軟件主要包括：波形產(chǎn)生子程序，鍵盤處理子程序， LED 顯示子程序幾大部分。 圖 軟件原理流程框圖 1. 鍵盤處理子程序 鍵盤處理子程序主要是采用中斷系統(tǒng)的方式進(jìn)行按鍵的掃描，判斷按鍵是否按下。 2. 波形產(chǎn)生子程序 主要是通過調(diào)用單片機(jī)內(nèi)的方波子程序，同時(shí)通過程序?qū)?DAC0832 芯片的地址進(jìn)行設(shè) 定，從而進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生波形。 單片機(jī)的選擇 現(xiàn)在市場(chǎng)上的單片機(jī)種類繁多，功能各異。 單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì) 作為本系統(tǒng)的核心組件，選擇哪一型號(hào)的 MCS51 系列單片機(jī)是關(guān)鍵的問題。用戶若想對(duì)寫入到EPROM 中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。 8051 單片機(jī)片內(nèi)有 4KROM，無須外接內(nèi)存和 74LS373，更能體現(xiàn) “單片 ”的簡(jiǎn)練。 8751 單片機(jī)與 8051 單片機(jī)基本一樣，但 8751 單片機(jī)片內(nèi)有 4K 的 EPROM，用 戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的 EPROM 中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用，EPROM 的改寫同樣需要用紫外線照射一定時(shí)間擦除后再捎寫。 89C51 是由北京集成電路中心（ BIDC）設(shè)計(jì)，由美國(guó)公司生產(chǎn)八位單片機(jī) 。該器件是用高密度、非易丟失存儲(chǔ)技術(shù)制造并且與國(guó)際 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51 單片機(jī)指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。本系統(tǒng)采用 CPU 為 89C51 的單片微機(jī)， 89C51 本身帶有 4K 的內(nèi)存儲(chǔ)器，其管腳如圖 所示。 圖 89C51 管腳圖 CPU 可包括運(yùn)算部件，控制器，程序狀態(tài)字， B 寄存器，累加器 Acc（或 A），位處理器等。它的功能是進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。功能很強(qiáng)的位操作是一般微型計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn) ALU 所不具備的，它可以對(duì)位變量進(jìn)行置位、清零、求補(bǔ)、測(cè)試轉(zhuǎn)移及邏輯 “與 ”， “或 ”等操作。 AT89C51 是一種低功耗，高性能的片內(nèi)含有 4KB 快閃可編程 /擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的 8 位COMS 微控制器，使用高密度，非易失存儲(chǔ)技術(shù)制 造，并且與 80C51 引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。 將具有多種功能的 8 位 CPU 與 FPEROM 結(jié)合在一個(gè)芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又便宜的方案，其性能價(jià)格比遠(yuǎn)高于 8751。 AT89C51 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失內(nèi)存制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高 8 且價(jià)廉的方案。 圖 . MCS51 單片機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)