【正文】 利用可視化編程語(yǔ)言(如Visual Basic ,Visual C 等等)編寫(xiě)任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許從計(jì)算機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來(lái)實(shí)現(xiàn)波形的輸入。目前，波形發(fā)生器由獨(dú)立的臺(tái)式儀器和適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的插卡以及新近開(kāi)發(fā)的VXI模塊。在民用方面，VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺(tái)式儀器更為方便。不過(guò)現(xiàn)在新的臺(tái)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(jià)格，都比過(guò)去的類似產(chǎn)品減少了一半。1 總體方案設(shè)計(jì)及原理 方案的設(shè)計(jì)與選擇方案一：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(jiǎn)單易行，用D/A轉(zhuǎn)換器的輸出來(lái)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【1】。方案三：采用單片機(jī)編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，由于通過(guò)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(lái)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(kāi)銷達(dá)到最省。89C51單片機(jī)本身就是一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，具有組成微型計(jì)算機(jī)的各部分部件：中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等，只要將89C51再配置鍵盤(pán)及其接口、顯示器及其接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換及波形輸出、指示燈及其接口等四部分，即可構(gòu)成所需的波形發(fā)生器，其信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成原理框圖如圖1所示。當(dāng)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)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。（2）將一個(gè)周期的信號(hào)分離成256個(gè)點(diǎn)（按X軸等分），每?jī)牲c(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T(mén)，用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生，其表示式為：T=T/256。（3）正弦波的模擬信號(hào)是D/A轉(zhuǎn)換器的模擬量輸出，其計(jì)算公式為： Y=（A/2sint）+A/2 (其中A=VREF) (4) t=N*T (N=1256) (5)那么對(duì)應(yīng)著存放在計(jì)算機(jī)里的這一點(diǎn)的數(shù)據(jù)為： （6） （4）一個(gè)周期被分離成256個(gè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的四種波形的256個(gè)數(shù)據(jù)存放在以TAB1TAB4為起始地址的存儲(chǔ)器中。其中“S1”號(hào)鍵代表正弦波輸出，“S2”號(hào)鍵代表方波輸出，“S3”號(hào)鍵代表鋸齒波輸出，“S4” 號(hào)鍵代表三角波輸出，“S5” 號(hào)鍵代表方波占空比增加， “S6” 號(hào)鍵代表方波占空比減少，“S7” 號(hào)鍵代表波形頻率增加，“S8” 號(hào)鍵代表波形頻率減少，“S9” 號(hào)鍵代表復(fù)位 。（3）頻率,幅度可調(diào)，頻率范圍為100—1000 Hz，幅度范圍為100—800 mv。晶振電路數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)顯示電路復(fù)位電路波形輸出自制電源放大電路圖2 硬件原理框圖 自制電源此電源由橋型整流電路和由7805芯片組成的穩(wěn)壓電路組成，具有電壓穩(wěn)定，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)【1】。圖3 自制電源 主控電路AT89C51單處機(jī)內(nèi)部設(shè)置兩個(gè)16位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，它們具有計(jì)數(shù)器方式和定時(shí)器方式兩種工作方式及四種工作模式。模式1采用的是16位計(jì)數(shù)器，當(dāng)T0或T1被允許計(jì)數(shù)后，從初值開(kāi)始加計(jì)數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時(shí)向CPU請(qǐng)求中斷【3】。當(dāng)中央處理器CPU正在處理某件事的時(shí)候外界發(fā)生了緊急事件，要求CPU暫停當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個(gè)緊急事件。如圖4所示，AT89C51從P1口接收來(lái)自鍵盤(pán)的信號(hào)，并通過(guò)P2口輸出一些控制信號(hào)，用于控制其信號(hào)的輸出。如果有信號(hào)輸出，則在寫(xiě)控制端產(chǎn)生一個(gè)寫(xiě)信號(hào)，并將所要輸出的信號(hào)輸出，并在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。其基本原理是將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。由于單片機(jī)產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào)，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所以該文選用價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易并具有8位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832。但實(shí)際上，DAC0832輸出的電量也不是真正能連續(xù)可調(diào)，而是以其絕對(duì)分辨率為單位增減，是準(zhǔn)模擬量的輸出。如圖5所示 。它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步【5】。 復(fù)位電路復(fù)位電路的作用是在上電或復(fù)位過(guò)程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)。無(wú)論用戶使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。 圖6 晶振電路 圖7 復(fù)位電路3 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)原理函數(shù)波形發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)是基于Keil C和Proteus軟件聯(lián)合調(diào)試實(shí)現(xiàn)的。 軟件工具簡(jiǎn)介 Proteus簡(jiǎn)介英國(guó)Labcenter公司推出的Proteus軟件是一款極好的單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它以其特有的虛擬仿真技術(shù)很好地解決了單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)和協(xié)同仿真問(wèn)題，可以在沒(méi)有單片機(jī)實(shí)際硬件的條件下，利用 PC以虛擬仿真方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件同步仿真調(diào)試，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單容易。Proteus軟件已有20多年的歷史，在國(guó)外應(yīng)用較為普遍，尤其在教育界的口碑極佳。在單片機(jī)教學(xué)中采用Proteus軟件，使單片機(jī)的學(xué)習(xí)過(guò)程變得直觀形象，可以直接在基于原理圖的虛擬模型上進(jìn)行編程，并實(shí)現(xiàn)源碼級(jí)的程序仿真調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到程序運(yùn)行后的輸出效果，配合各種虛擬儀表來(lái)展現(xiàn)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，很好地解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中軟件和硬件無(wú)法很好結(jié)合的難題。由于在PC上修改原理電路圖要比在實(shí)驗(yàn)箱上修改硬件電路容易得多，而且還可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用不同元器件，或者修改元器件參數(shù)以獲得不同輸出結(jié)果，在成功進(jìn)行虛擬仿真并獲得期望結(jié)果的條件下，再制作實(shí)際硬件進(jìn)行在線調(diào)試，可以獲得事半功倍的效果。Proteus組合了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Proteus 產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù),用戶可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。其功能模塊：—個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB設(shè)計(jì)。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動(dòng)態(tài)的鍵盤(pán)，開(kāi)關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯示CPU模型. Keil C簡(jiǎn)介Keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)MCS51系列單片機(jī)的軟件， Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng), 使你可以更加貼近CPU本身,及其它的衍生產(chǎn)品。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境。 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖及程序流程圖軟件設(shè)計(jì)中，先確定設(shè)計(jì)方案及功能，然后在Keil C中編譯程序，最后進(jìn)行Proteus仿真。Keil Proteus仿真電路載入編譯運(yùn)行示波器輸出確定設(shè)計(jì)方案及功能圖8軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 軟件設(shè)計(jì)程序流程圖本文中子程序的調(diào)用是通過(guò)按鍵的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)，在取得按鍵相應(yīng)的鍵值后，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，再直接查詢程序中預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)值，通過(guò)轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的電壓，從而形成所需的各種波形。在中斷結(jié)束后，還要來(lái)判斷波