【正文】 源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設(shè)計應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。信號發(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，不用依靠單片機(jī)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動等領(lǐng)域常常要用到低頻信號源。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會大大增加。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號波形發(fā)生器。 波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號和用戶定義信號，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。在 70 年代前，信號發(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，需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。同時，主要表現(xiàn)為兩個突出問題，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實現(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)。這時期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實質(zhì)是采用微處理器對 DAC的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。HP8770A實際上也只能產(chǎn)生8 中波形，而且價格昂貴。 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，同時也推動了函數(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) 。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。同時可以利用一種強(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。目前可以利用可視化編程語言(如Visual Basic ,Visual C 等等)編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許從計算機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來實現(xiàn)波形的輸入。目前，波形發(fā)生器由獨立的臺式儀器和適用于個人計算機(jī)的插卡以及新近開發(fā)的VXI模塊。在民用方面，VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺式儀器更為方便。不過現(xiàn)在新的臺式儀器的形態(tài)，和幾年前的己有很大的不同。而且外形尺寸與價格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。變得操作越來越簡單而輸出波形的能力越來越強(qiáng)。 2 方案論證與比較依據(jù)應(yīng)用場合．需要實現(xiàn)的波形種類，波形發(fā)生器的具體指標(biāo)要求會有所不同。通常，波形發(fā)生器需要實現(xiàn)的波形有正弦波、方波、三角波和鋸齒波。各種波形共有的指標(biāo)有：波形的頻率、幅度要求，頻率穩(wěn)定度，準(zhǔn)確度等。波形發(fā)生器的設(shè)計方案多種多樣，大致可以分為三大類：純硬件設(shè)計法、純軟件設(shè)計法和軟硬件結(jié)合設(shè)計法。實現(xiàn)的波形比較單一，主要為正弦波、方波和三角波。在各種波形后加上一級放大電路，可以使輸出波形的幅度達(dá)到要求，通過開關(guān)電路實現(xiàn)不同輸出波形的切換，改變電路的具體參數(shù)可以實現(xiàn)頻率、幅度和占空比的改變。純硬件法中，正弦波的設(shè)計是基礎(chǔ)，實現(xiàn)方法也比較多，電路形式一般有LC、RC和石英晶體振蕩器三類。RC振蕩電路又分為文氏橋振蕩電路、雙T網(wǎng)絡(luò)式和移相式振蕩電路等類型。目前，實現(xiàn)波形發(fā)生器最簡單的方法是采用單片集成的函數(shù)信號發(fā)生器。采用這種方法的突出優(yōu)勢是電路簡單，實現(xiàn)方便，精度高，性能優(yōu)越；缺點是功能較全的集成芯片價格較貴。 方案二波形發(fā)生器設(shè)計的純軟件法 波形發(fā)生器的設(shè)計還可以采用純軟件的方法來實現(xiàn)。它以計算機(jī)為基礎(chǔ)，軟件為核心，沒有傳統(tǒng)儀器那樣具體的物理結(jié)構(gòu)．在計算機(jī)上實現(xiàn)儀器的虛擬面板，通過軟件設(shè)計實現(xiàn)和改變儀器的功能。實現(xiàn)任意波形發(fā)生器的功能。從長遠(yuǎn)角度來看，純軟件法成本較低。 方案三：既具有純硬件設(shè)計的快速、高性能，同時又具有軟件控制的靈活性、智能性。輔以鍵盤控制、液晶顯示等電路，設(shè)計出智能型函數(shù)波形發(fā)生器，采用軟硬件結(jié)合的方法可以實現(xiàn)功能較全、性能更優(yōu)的波形發(fā)生器，同時還可以擴(kuò)展波形發(fā)生器的功能，比如通過軟件編程控制實現(xiàn)波形的存儲、運算、打印等功能，采用USB接口設(shè)計。目前，實驗、科研和工業(yè)生產(chǎn)中使用的信號源大多采用此方法來實現(xiàn)。基本不被采用。純軟件法主要適用于對波形精度、響應(yīng)速度要求不是很高的場合。綜合以上幾種設(shè)計方案，本設(shè)計采用方案三的方法—軟硬件設(shè)計法。3 硬件原理波形的產(chǎn)生是通過AT89S52單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。一種是兩級緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級緩沖器后，送D/A轉(zhuǎn)換電路。第三種是兩個緩沖器直通，輸入數(shù)據(jù)直接送D/A轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。5 兩個定時/計數(shù)器。7 一個全雙工串行I/O口UART（通用異步接收、發(fā)送器） 8 一個片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。它由運算器和控制器等部件組成。運算器 運算器以完成二進(jìn)制的算術(shù)/邏輯運算部件ALU為核心。例如，能完成加、減、乘、除、加減BCD碼十進(jìn)制調(diào)整、比較等算術(shù)運算，完成與、或、異或、求反、循環(huán)等邏操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。它以進(jìn)位標(biāo)志位C為累加器，可執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、位判斷轉(zhuǎn)移，可在進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行位數(shù)據(jù)傳誦等操作，還可以完成進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行邏輯與、或操作。 指令寄存器用于存放指令代碼。 存儲器和特殊功能寄存器（Memory）是計算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。在MCS－51中，除程序計數(shù)器PC和四個工作寄存器區(qū)外，其余21個特殊功能寄存器都在這SFR塊中。各特殊功能寄存器的符號和地址見附表2。特殊功能寄存器反映了8051的狀態(tài)，實際上是8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。MCS－51共有P0～P3四個這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。 P0P3口結(jié)構(gòu)P0口功能:P0口具有兩種功能：第一，P0口可以作為通用I/O接口使用，—。第二，—，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫P1口 功能:P1口的功能和P0口de第一功能相同，僅用于傳遞I/O輸入/輸出數(shù)據(jù)。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，作為地址總線用于輸出片外存儲器的高8位地址。 —RXD串行數(shù)據(jù)接收口 —TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口