【正文】 19 19 20 23參考文獻(xiàn) 25致謝 26附錄A：源程序 27附錄B：總電路圖 321. 引言. 選題的目的及意義信號發(fā)生器也稱為函數(shù)發(fā)生器，能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波）信號，頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫。信號發(fā)生器主要為實(shí)驗(yàn)用信號源，是現(xiàn)今各種電子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中必不可少的儀器設(shè)備之一。當(dāng)今是科技以及儀表設(shè)備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會，電子技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，給人們的生活帶來了根本性的轉(zhuǎn)變。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性，高性價比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化中得到廣泛應(yīng)用，因此，基于單片機(jī)的函數(shù)信號發(fā)生器的普及是一種趨勢。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜，體積大的缺點(diǎn)。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以讓人滿意，而且由于低頻信號源所需的RC很大，并且大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度也難以保證，體積大，漏電，損耗大更是其致命的弱點(diǎn)。美國安捷倫生產(chǎn)的33250A型函數(shù)/任意波形發(fā)生器可以產(chǎn)生穩(wěn)定、精確和低失真的任意波形，其輸出頻率范圍為1μHz～80MHz，而輸出幅度為10mVpp～10Vpp；該公司生產(chǎn)的8648D射頻信號發(fā)生器的頻率覆蓋范圍更可高達(dá)9kHz～4GHz。目前市場上的信號發(fā)生器多種多樣。. 畢業(yè)設(shè)計(jì)所用方法利用單片機(jī)控制脈沖的輸入和輸出，從而控制信號波形的頻率和幅度，并根據(jù)要求輸出的波形設(shè)計(jì)對應(yīng)的硬件電路。最后利用Proteus軟件對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行實(shí)時仿真，通過仿真的結(jié)果來觀察波形的輸出。方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難以達(dá)到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復(fù)雜。該方法可以通過編程的方法來控制信號波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實(shí)現(xiàn)頻率的變換。鑒于方案一的信號頻率不夠穩(wěn)定和方案二的電路復(fù)雜且頻率覆蓋系數(shù)難以達(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)，所以決定采用方案三的設(shè)計(jì)方法。. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)經(jīng)過考慮，確定方案如下：利用AT89C51單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生鋸齒波、三角波、正弦波、方波四種波形，再通過D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，濾波放大，最終由示波器顯示出來。硬件設(shè)計(jì)的總體框圖如圖21所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。內(nèi)部存儲器容量有限。典型的MCS51單片機(jī)芯片集成了以下幾個基本組成部分：1) 一個8位的CPU2) 128B或256B單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）3) 4KB或8KB片內(nèi)程序存儲器（ROM或EPROM）4) 4個8位并行I/O接口P0~P35) 兩個定時/計(jì)數(shù)器6) 5個中斷源的中斷管理控制系統(tǒng)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. 復(fù)位與時鐘電路設(shè)計(jì). 時鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反向放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式如圖23所示。電容值一般為5～30pF。外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)。外部振蕩方式電路如圖24所示。圖24 外部振蕩方式 圖23 內(nèi)部振蕩方式 . 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路實(shí)現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。此電路僅用一個電容及一個電阻。經(jīng)過一段時間，電容充電，使RESET端呈低電位，復(fù)位結(jié)束。其電路圖如圖26所示：圖26 波形產(chǎn)生電路LM324的5管腳與DAC0832的（IOUT2）12管腳相連，LM324的6管腳與DAC0832的（IOUT1）11管腳相連，LM324的7管腳與DAC0832的REF（9）管腳相連。在第二個運(yùn)算放大器的輸出端連了一個20K的電位器。. D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì). D/A轉(zhuǎn)換器指標(biāo)分辨率：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分0～2n1共2n個輸入數(shù)字量。2）用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。DAC0832的分辨率為1/255。DAC0832的最大滿刻度偏差為+1LSB 。DAC0832的最大誤差為+% 。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1℃，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。建立時間：輸入信號從開始變化到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差1/2LSB范圍以內(nèi)的時間。當(dāng)外接運(yùn)放時，轉(zhuǎn)換時間還應(yīng)加上運(yùn)放的上升（下降）時間。. D/A轉(zhuǎn)換的原理以倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器為例，介紹D/A轉(zhuǎn)換器的原理。圖27 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器圖中S0～S3為模擬開關(guān)，由輸入數(shù)碼Di控制，當(dāng)Di=1時，Si接運(yùn)算放大器相輸入端（虛地），電流Ii流入求和電路；當(dāng)Di=0時，Si將電阻2R接地。流過各開關(guān)支路（從右到左）的電流分別為 I/I/I/I/16。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。DAC0832是電流型輸出，在應(yīng)用時外接運(yùn)放使之成為電壓型輸出。本設(shè)計(jì)選用直通方式。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存。DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖28所示：圖28 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖. 數(shù)碼管顯示模塊本設(shè)計(jì)是用利用4為LED數(shù)碼管顯示波形代號和頻率，通過按鍵來控制輸出不同的波形，在數(shù)碼管上第一位字母a、b、c、d分別對應(yīng)著正弦波、三角波、方波、鋸齒波，后三位數(shù)碼管對應(yīng)信號的頻率，通過按鍵控制頻率輸出，其中單片機(jī)P1口接驅(qū)動芯片74LS245用以增加P1口帶負(fù)載的能力，再利用74LS138譯碼器芯片對其進(jìn)行譯碼并通過數(shù)碼管顯示，顯示模塊圖如圖29所示:圖29 顯示電路模塊3. 系統(tǒng)軟件方案的設(shè)計(jì). 軟件總體設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求而設(shè)計(jì)的，能可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。設(shè)計(jì)出軟件的總體結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)清晰、流程合理。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。即根據(jù)功能要求，描述各個輸入和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，它是關(guān)系到系統(tǒng)好壞的重要因素。要合理分配系統(tǒng)資源，包括ROM、RAM、定時/計(jì)數(shù)器、中斷資源等。加強(qiáng)軟件抗干擾設(shè)計(jì)，它是提高系統(tǒng)應(yīng)用可靠性的有利措施。. 軟件流程圖本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，用編程的方法來產(chǎn)生四種波形，并通過編程來切換四種波形以及波形頻率的改變。軟件流程圖如圖31所示。CPU忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時，如何兼顧鍵盤掃描。因此，要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中的CPU的忙、閑情況，選擇好鍵盤的工作方式。1）程序控制掃描方式這種方式就是只有當(dāng)單片機(jī)空閑時，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，響應(yīng)鍵盤的輸入請求。通常是利用單片機(jī)內(nèi)部定時器產(chǎn)生1ms的定時中斷，CPU響應(yīng)定時器溢出中斷請求，對鍵盤進(jìn)行掃描，以響應(yīng)鍵盤輸入請求。即在鍵盤有健按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描，執(zhí)行該鍵功能程序。在該設(shè)計(jì)中的鍵盤的行列線連接于89C51的P2口上。在監(jiān)視鍵盤過程中，允許定時器中斷。按鍵功能如表31所示：表31 按鍵對應(yīng)功能按鍵功能key1鍵選擇發(fā)波類型（1為正弦波,2為三角波,3為方波，4為方波）key2頻率增加Key3頻率減小按鍵控制源程序如下：void delay(uchar k){for(de1=0。de1++) for(de2=0。de2++){。if(fun==5) fun=0x01。 if(tl0xe8) tl=0x00。 else flag=255。 if(flag255) flag++。}}void key4(void) {}. 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)采用定時器T0定時中斷，根據(jù)不同的按鍵次數(shù)，產(chǎn)生不同的波形。 if(P2==0xff) return。 if(P2==0xdf) key2()。 if(P2==0x7f) key4()。比如π—π的值可以和0—π值一一對應(yīng)，而π—2π的值可以對0—π區(qū)間的值取反得到。幅度公式為Y=［1+sin()］ （N=0,1,2……64）相應(yīng)的Y值數(shù)字化后的遞增量δ=≈那么每一個點(diǎn)相對于起一個點(diǎn)的遞增率為A= （Y2當(dāng)前的點(diǎn)，Y1為前一個點(diǎn)）所以每一個點(diǎn)的數(shù)字量與遞增率A成一一對應(yīng)關(guān)系，正弦波形數(shù)據(jù)表見表32。 //正弦波 b++； }. 三角波發(fā)生程序設(shè)計(jì)由于三角波的函數(shù)值比較容易計(jì)算，所以不必要像正弦波那樣還需用表格。else if(fun==2) //三角波 { if(c128)DA0832=c*2/4*A。 c++。 if(d=128)DA0832=0x00。 }. 鋸齒波發(fā)生程序設(shè)計(jì)鋸齒波中的斜線用一個個小臺階來逼近，在一個周期內(nèi)從最小值開始逐步遞增，當(dāng)達(dá)到最大值后又回到最小值，如此循環(huán)，當(dāng)臺階間隔很小時，波形基本上近似于直線。鋸齒波發(fā)生原理與方波類似，只是高低兩個延時的常數(shù)不同其發(fā)生程序如下：els