【正文】 ............................................................... 9 復(fù)位電路 ................................................................................................................. 10 D/A 轉(zhuǎn)換電路 .......................................................................................................... 11 按鍵接口電路 ......................................................................................................... 12 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 12 顯示模塊設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 13 第五章 軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 14 程序流程圖 ............................................................................................................. 14 初始化程序 .............................................................................................................. 15 鍵掃描程序 .............................................................................................................. 15 波形產(chǎn)生程序 .......................................................................................................... 16 波形仿真 .................................................................................................................. 17 第六章安裝調(diào)試和問題解決 ............................................................................................ 21 調(diào)試過程 .................................................................................................................. 21 出現(xiàn)問題與解決方法 .............................................................................................. 21 實(shí)驗(yàn)總結(jié) ............................................................................................................................ 22 致謝 .................................................................................................................................... 22 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................ 22 附錄 1 電路原理圖 ........................................................................................................... 23 附錄 2 源程序 ................................................................................................................... 23 7 第一章 緒論 課題研究的動(dòng)態(tài)和意義 信號(hào)發(fā)生器也被稱為函數(shù)發(fā)生器，主要作為試驗(yàn)用的信號(hào)源，是現(xiàn)金各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中不可或缺的儀器設(shè)備之一。通過按鍵來控制這幾種波形的類型選擇，而且可控制頻率的變化，在一定范圍內(nèi)波形的幅度和頻率可任意改變。 本文利用 AT89C51 單片機(jī)作為控制核心來設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器，通過程序設(shè)計(jì)的方法產(chǎn)生正弦波、方波、三角波，并在 Protues 電子設(shè)計(jì)平臺(tái)上對此方案進(jìn)行了仿真，得到與理論相應(yīng)的波形。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。 7 設(shè)計(jì) (論文 )題目 基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器 摘要 信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火 、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。通過 D/A 轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，最終由示波器顯示出來。本次設(shè)計(jì)消除了傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器存在元器件分散性造成波形失真的缺陷，并且其設(shè)計(jì)簡單，價(jià)格低廉，產(chǎn)生的波形 穩(wěn)定，可用于多種需要低頻信號(hào)源的場合，實(shí)用性強(qiáng)。目前市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而成，波形種類為正弦波、方波、三角波等各種波形。既可以達(dá)到較高的頻率，又能產(chǎn)生多種易于調(diào)試的波形。 在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用越來越廣，對信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn) 定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出信號(hào)的頻率微調(diào)分辨率提出越來越高的要求，普通的頻率源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電子技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。 基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，以性價(jià)比相對較高的 AT89C51 單片機(jī)為核心，以簡單、廉價(jià)的元器件構(gòu)筑，能夠產(chǎn)生高精度、高純度的方波、三角波、正弦波，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)波形自由切換，以及頻率和幅度在線調(diào)整。如果能夠在高校實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的儀器取代它們，將具有重要的實(shí)際意義。單片機(jī)具有集成度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、實(shí)現(xiàn)模塊化、可靠性高、 處理功能強(qiáng)、速度快等特點(diǎn)，因?yàn)楸粡V泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。因其應(yīng)用廣泛，種類繁多，特性各異，分類也不盡一致。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對各種波形的頻率和幅度進(jìn)行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。 第二章 方案的設(shè)計(jì)與 選擇 方案的比較 方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如 8038）， 8038 可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制電壓，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號(hào)的頻率穩(wěn)定度不高。 MAX038 是精密高頻波形產(chǎn)生電路，能夠產(chǎn)生準(zhǔn)確的三角波、方波和正弦波三種周期性波形。 方案三：采用單片機(jī)編程的方法來實(shí)現(xiàn)。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào)，所以信號(hào)的精度可以做的很高。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬件的方法來實(shí)現(xiàn)，使得信號(hào)頻率的穩(wěn)定性和精度的準(zhǔn)確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價(jià)格便宜，使得硬件的開銷達(dá)到最省。其系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。當(dāng)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過接口電路到達(dá)轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)也就是所需要的輸出波形。其中“ S0”號(hào)鍵代表方波輸出，“ S1”號(hào)鍵代表正弦波輸出，“ S2”號(hào)鍵代表三角波輸出，“ S3” 號(hào)鍵代表鋸齒波輸出。 （ 3）利用兩片 DAC0832 實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)的信號(hào)源，（其中一片用來調(diào)節(jié)幅度，另外一片用來實(shí)現(xiàn)信號(hào)源的輸出）。 （ 5） 輸出波形幅度為 0～ 5V。從上世紀(jì) 80 年代，由當(dāng)時(shí)的 4 位、 8 位 單片機(jī) ，發(fā)展到現(xiàn)在的 32 位 300M 的高速單片機(jī) 。 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī) [13]，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 [14]。 7 圖 32 AT89C51 引腳圖 AT89C51 為 8 位 通用微處理器 ，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制 [15]。主要管腳有：XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 管腳功能說明 VCC：供電電壓 4~6V 典型值 5V）； GND：接地； 復(fù)位引腳輸入高電平使 89C51 復(fù)位，返回低電平退出復(fù)位； EA/Vpp：運(yùn)行方式時(shí)， EA 為程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)， EA 接地時(shí) CPU 總是從外部存 儲(chǔ)器中取指令， EA 接高電平時(shí) CPU 可以從內(nèi)部或外部取指令； FLASH 編程方式時(shí)，該引腳為編程電源輸入端 Vpp（ =5V 或 12V）； PSEN:外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)， CPU 從外部儲(chǔ)存器取指令時(shí)，從 PSEN 引腳輸出讀選通信號(hào)（負(fù)脈沖）； ALE/PROGALE:運(yùn)行方式時(shí)， ALE 為外部儲(chǔ)存器低 8 位地址鎖存信號(hào)， FLASH 編程方式時(shí)，該引腳為負(fù)脈沖輸入端； XTAL1， XTAL2 為內(nèi)部振蕩器電路 (反相放大器 )的輸入端和輸出端，外接晶振電路； P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 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 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接 收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)； P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 8 位輸入鎖存器用于存放主機(jī)送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字得到緩沖和鎖存，并加以控制； 8 位 DAC 寄 存器用于存放存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，并加以控制； 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流，由與門、與非門組成的輸入控制的輸入電路來控制 2 個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。 DAC0832 簡介 分辨率為 8 位； 電流穩(wěn)定時(shí)間 1us； 可單緩沖 、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； 單一電源供電（ +5V～ +15V）； 低功耗， 20mW。由 ILE CS、 WR1 的邏輯組合產(chǎn)生 LE1，當(dāng) LE1 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換， LE1 的負(fù)跳變時(shí)將輸入 數(shù)據(jù)鎖存； XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效； WR2： DAC 寄存器選通輸入線，負(fù)脈