畢業(yè)論文--多功能函數(shù)信號發(fā)生器

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設計）</p><p>　　二〇一三 年 五 月 十五 日</p><p>　　畢業(yè)論文（設計）任務書</p><p>　　畢業(yè)論文（設計）題目： 多功能函數(shù)信號發(fā)生器 </p><p>　　題目類型： 實驗研究 </p>

2、<p>　　畢業(yè)論文（設計）時間: 自 2012 年 12 月 1 日開始至 2013 年 5 月 15 日止</p><p>　　畢業(yè)論文（設計）內容要求：</p><p>　　[1]題目類型：(1)理論研究(2)實驗研究(3)工程設計(4)工程技術研究(5)軟件開發(fā)</p><p><b>　　2.主要參考資料</b>

3、;</p><p>　　3.畢業(yè)論文（設計）進度安排</p><p>　　指導教師（簽章）：____________ 日期：__________________</p><p>　　系(教研室)主任(簽章) ：____________ 日期：__________________</p><p>　　

4、二級學院院長(簽章) ：____________ 日期：__________________</p><p><b>　　湖南涉外經(jīng)濟學院</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設計）指導教師評語</p><p><b>　　湖南涉外經(jīng)濟學院</b></p><p>　　畢業(yè)論

5、文（設計）評閱教師評語</p><p><b>　　湖南涉外經(jīng)濟學院</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設計）答辯記錄</p><p>　　日期： 2013年5月11日 </p><p>　　學生姓名： 石曉亮 學號： 09430322155866 專業(yè)班級： 電子信息工程0904 <

6、;/p><p>　　題目： 多功能函數(shù)信號發(fā)生器 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　信號發(fā)生器是一種能產生模擬電壓波形的設備，這些波形能夠校驗電子電路的設計。它廣泛用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。本文設計了

7、簡易低頻信號發(fā)生器，通過鍵盤輸入選擇信號類型和信號頻率，以AT89C52單片機為核心，采用D/A轉換芯片輸出相應的波形，同時以LCD顯示器實時顯示信號相關信息。軟件采用C語言進行編程，可實現(xiàn)方波，三角波和正弦波三種波形的產生，且波形的頻率可調。經(jīng)測試該設計方案線路優(yōu)化，結構緊湊，性能優(yōu)越，滿足設計要求。</p><p>　　關鍵詞：信號發(fā)生器；單片機；D/A轉換；</p><p><

8、b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Signal generator can generate is an analog voltage waveform of the equipment, the waveform can check the electronic circuit design. It is widely used in electronic circuits

9、, automatic control system and the teaching experiment, etc. This paper designed A simple low frequency signal generator, signal type and the signal frequency, through keyboard input selection with AT89C52 single-chip co

10、mputer as the core, using D/A conversion chip output corresponding waveform, at the same time to LCD real-ti</p><p>　　Keywords: signal generator;Single chip microcomputer;D/Aconversion;</p><p>&

11、lt;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 信號發(fā)生器的

12、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.3 論文主要內容2</p><p>　　第二章 信號發(fā)生器方案論證與選擇3</p><p>　　2.1 方案的論證與選擇3</p><p>　　2.2 設計原理簡介3</p><p>　　2.3 設計功能4</p><p>　　第三章 硬件設

13、計5</p><p>　　3.1 主要元器件介紹5</p><p>　　3.1.1 AT89C52 單片機5</p><p>　　3.1.2 DAC08326</p><p>　　3.1.3 LCD液晶屏：8</p><p>　　3.2硬件原理框圖9</p><p>　　3.3 單片

14、機AT89C52外圍電路的設計9</p><p>　　3.3.1 時鐘電路10</p><p>　　3.3.2 復位電路10</p><p>　　3.3.3 鍵盤接口電路11</p><p>　　3.4 LCD 顯示電路12</p><p>　　3.5 數(shù)/模轉換及放大電路12</p><

15、;p>　　3.6 電源電路13</p><p>　　第四章 軟件設計15</p><p>　　4.1 軟件設計流程15</p><p>　　4.2 信號產生子程序16</p><p>　　4.2.1三角波程序模塊16</p><p>　　4.2.2正弦波程序模塊16</p><p&

16、gt;　　4.2.3方波程序模塊17</p><p>　　第五章 系統(tǒng)仿真與電路測試19</p><p>　　5.1軟件仿真19</p><p>　　5.1.1方波仿真19</p><p>　　5.1.2 三角波仿真圖21</p><p>　　5.1.3正弦波仿真圖22</p><p&g

17、t;　　5.2硬件電路測試23</p><p>　　5.3結果分析24</p><p><b>　　結論25</b></p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p><b>　　致謝27</b></p><p>　　附錄A 源

18、代碼28</p><p>　　附件B 主要元器件清單36</p><p>　　附件C 系統(tǒng)電路圖37</p><p><b>　　第一章 前 言</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著電子測量及其他部門對各類信號發(fā)生器的

19、廣泛需求及電子技術的迅速發(fā)展，促使信號發(fā)生器種類增多，性能提高。尤其隨著70年代微處理器的出現(xiàn)，更促使信號發(fā)生器向著自動化、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)在，許多信號發(fā)生器帶有微處理器，因而具備了自校、自檢、自動故障診斷和自動波形形成和修正等功能，可以和控制計算機及其他測量儀器一起方便的構成自動測試系統(tǒng)。當前信號發(fā)生器總的趨勢是向著寬頻率覆蓋、低功耗、高頻率精度、多功能、自動化和智能化方向發(fā)展[1]。</p><p>　　在

20、科學研究、工程教育及生產實踐中，如工業(yè)過程控制、教學實驗、機械振動試驗、動態(tài)分析、材料試驗、生物醫(yī)學等領域，常常需要用到低頻信號發(fā)生器。而在我們日常生活中，以及一些科學研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號是常用的基本測試信號。譬如在示波器、電視機等設備中，為了使電子按照一定規(guī)律運動，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產生器作為時基電路。信號發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產、科研、測控、通訊等領域都得到了廣泛的應用。但市面上能看到的儀器

21、在頻率精度、帶寬、波形種類及程控方面都已不能滿足許多方面實際應用的需求。加之各類功能的半導體集成芯片的快速生產，都使我們研制一種低功耗、寬頻帶，能產生多種波形并具有程控等低頻的信號發(fā)生器成為可能[2]。</p><p>　　1.2 信號發(fā)生器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　信號發(fā)生器是指產生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。因其應用廣泛，種類繁多，特性各異，分類也不盡一致。按信號波形可分為

22、正弦信號、函數(shù)信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類；按頻率覆蓋范圍分為低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器和微波信號發(fā)生器；按輸出電平可調節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡易信號發(fā)生器、標準信號發(fā)生器和功率信號發(fā)生器；按頻率改變的方式分為調諧式信號發(fā)生器、掃頻式信號發(fā)生器、程控式信號發(fā)生器和頻率合成式信號發(fā)生器等。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。</p><p>　　二十一世紀，隨著集成電路技術

23、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，Agilen的產品33220A能夠產生17 種波形，最高頻率可達到20M，2005年的產品N6030A能夠產生高達500MHz的頻率，采樣的頻率可達1.25GHz。由上面的產品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快。</p><p>　　1.3 論文主要內容</p><p>　　本次試驗實現(xiàn)利用

24、單片機AT89C52和8位D/A轉換芯片DAC0832共同實現(xiàn)方波、鋸齒波、三角波、正弦波這四種常用波形的發(fā)生。根據(jù)設計的要求，對各種波形的頻率和幅度進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機的程序存儲器中。在程序運行中，當接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時再調用相應的中斷服務子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/模轉換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出。并且可以通過數(shù)碼管和鍵盤顯示模塊，鍵盤可以實現(xiàn)對幾種波形的切換。<

25、;/p><p>　　第二章 信號發(fā)生器方案論證與選擇</p><p>　　信號發(fā)生器是指產生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。按信號波形可分為正弦信號、波形信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類。本文利用單片機構造低頻信號發(fā)生器，可產生正弦波，方波，三角波三種波形，再通過D/A轉換器DAC0832把數(shù)字信號轉變?yōu)槟M信號，經(jīng)OP07放大輸出到示波器，與此同時外接LCD顯示輸出信號的類型和頻率。<

26、;/p><p>　　2.1 方案的論證與選擇</p><p>　　方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器可產生正弦波、方波等，操作簡單易行，用D/A 轉換器的輸出來改變調節(jié)電壓，可以實現(xiàn)數(shù)控調整頻率，但產生信號的頻率穩(wěn)定度不高。</p><p>　　方案二：利用芯片組成的電路輸出波形，MAX038是MAXIM公司生產的一個只需要很少外部元件的精密高頻波形產生器，他能產生準確的高頻正

27、弦波、三角波、方波。輸出頻率和占空比可以通過調整電流、電壓或電阻來分別地控制[3]。所需的輸出波形可由在A0和A1輸入端設置適當?shù)拇a來選擇，且具有輸出頻率范圍寬、波形穩(wěn)定、失真小、使用方便等特點。</p><p>　　方案三：采用Atmel 公司的AT89C52單片機編程方法實現(xiàn)，該方法的可以通過編程的方法控制信號波形的頻率和幅度，而在硬件電路不便的情況下，通過程序實現(xiàn)頻率的變化和輸出波形的選擇，并同時在顯示器

28、顯示相應的結果。</p><p>　　方案一輸出信號頻率不夠穩(wěn)定；方案二成本高，程序復雜度高；方案三，軟硬件結合，硬件成本低，軟件起點低，優(yōu)化型相對比較好，容易實現(xiàn)，且滿足設計要求。綜合考慮，我們采用了方案三，用AT89C52單片機設計低頻信號發(fā)生器，能夠滿足信號的頻率穩(wěn)定性和精度的準確行。</p><p>　　2.2 設計原理簡介</p><p>　　本設計采用A

29、T89C52單片機，用軟件實現(xiàn)信號的輸出。該單片機是一個微型計算機，包括中央處理器CPU，RAM，ROM、I/O接口電路、定時計數(shù)器、串行通訊等，是波形設計的核心。該信號發(fā)生器原理框圖如圖2.1，總體原理為：利用AT89C52單片機構造低頻信號發(fā)生器，可產生正弦波，方波，三角波三種波形，通過C語言對單片機的編程即可產生相應的波形信號，并可以通過鍵盤進行各種功能的轉換和信號頻率的控制，當輸出的數(shù)字信號通過數(shù)模轉換成模擬信號也就得到所需要的

30、信號波形，通過運算放大器的放大輸出波形，同時讓顯示器顯示輸出的波形信息。</p><p>　　輸出

31、 </p><p>　　圖2.1 信號發(fā)生器原理框圖</p><p>　　本方案其主要模塊包括鍵盤輸入、單片機模塊、D/A轉化、LCD顯示及運算放大器模塊。鍵盤輸入主要控制頻率和波形的選擇，然后通過AT89C52單片機外圍電路，DAC0832數(shù)、模轉換，再通過運算放大器放大，最后在LCD顯示屏上顯示。</p&

32、gt;<p><b>　　2.3 設計功能</b></p><p>　　當程序下進去時經(jīng)過初始化，液晶屏的上只顯示“wave：”和“f：“，當開關三按一下是此時輸出波形為正弦波，按兩下時輸出為方波，按三下時輸出為三角波。另外兩個開關可以調節(jié)頻率，三種波形的頻率可調范圍不同，分別如下：</p><p>　　正弦波：1——280HZ</p>&

33、lt;p>　　方 波：1——3.3KHZ</p><p>　　三角波：1——280HZ</p><p>　　根據(jù)示波器的波形頻率的顯示計算出三種波形的頻率計算公式如下：</p><p>　　正弦波：f=(1000/(9+3*ys))</p><p>　　方 波：f=(100000/(3*ys))</p><p&g

34、t;　　三角波：f=(1000/(15+3*ys)</p><p>　　其中ys為延時的變量。</p><p><b>　　第三章 硬件設計</b></p><p>　　3.1 主要元器件介紹</p><p>　　3.1.1 AT89C52 單片機</p><p>　　AT89C52是一種帶4K字

35、節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。該芯片具有優(yōu)異的性價比，集成度高，體積小，可靠性強，控制功能強等優(yōu)點。其外形及引腳排列如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 AT89C52 引腳圖</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p><b>　　兼容性能強</b>&

36、lt;/p><p>　　4K 字節(jié)可編程FLASH存儲器</p><p>　　全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz</p><p>　　128×8位內部RAM</p><p>　　32 可編程I/O線</p><p>　　兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p>　　5個中斷源

37、 </p><p><b>　　可編程串行通道</b></p><p>　　低功耗的閑置和掉電模式</p><p><b>　　管腳功能說明：</b></p><p>　　VCC：供電電壓4~6V（典型值5V）；</p><p><b>　　GND：接地；

38、</b></p><p>　　REST：復位引腳輸入高電平使89C52復位，返回低電平退出復位；</p><p>　　EA/Vpp：運行方式時，EA為程序存儲器選擇信號，EA接地時CPU總是從外部存儲器中取指令，EA 接高電平時CPU 可以從內部或外部取指令；FLASH 編程方式時，該引腳為編程電源輸入端Vpp（=5V 或12V）；PSEN :外部程序存儲器讀選通信號，CPU從

39、外部儲存器取指令時，從PSEN引腳輸出讀選通信號（負脈沖）ALE /PROG :運行方式時，ALE為外部儲存器低8位地址鎖存信號，F(xiàn)LASH編程方式時，該引腳為負脈沖輸入端；</p><p>　　XTAL1，XTAL2為內部振蕩器電路(反相放大器)的輸入端和輸出端，外接晶振電路[4]；</p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管

40、腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH 編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高；</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由

41、于內部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收；</p><p>　　P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在

42、給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號；</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。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。P3

43、口也可作為AT89C52 的一些特殊功能口如下：</p><p>　　P3.0RXD（串行輸入口） P3.4T0（記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.1TXD（串行輸出口） P3.5T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　P3.2/INT0（外部中斷0） P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P

44、3.3/INT1（外部中斷1） P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　3.1.2 DAC0832</p><p>　　DAC0832（如圖3.2）是8分辨率的D/A轉換集成芯片，由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A 轉換器及轉換控制電路四部分構成。8位輸入鎖存器用于存放主機送來的數(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

45、轉換的數(shù)字量，并加以控制；8位D/A轉換器輸出與數(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個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。 </p><p>　　WR2和XFER同時有效時，8位DAC 寄存器端為高電平“1”，此時DAC 寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D也就是出入寄存器Q端得電平變化，反之，當端為低電平“0”時，第一級8位輸入寄存器Q端得狀態(tài)則鎖存到第二級8位DAC寄存器中，以便第三極8位DAC

46、轉換器進行D/A轉換[5]。</p><p>　　DAC0832的主要特性參數(shù)：</p><p>　　分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1us；</p><p>　　可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；</p><p>　　只需在滿量程下調整其線性度；</p><p>　　單一電源供電（+5V～+15V）；</p>

47、<p><b>　　低功耗，20mW。</b></p><p>　　DAC0832 引腳功能簡介：</p><p>　　D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)；</p><p>　　ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；</p><p>　　CS：片選

48、信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；</p><p>　　WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由ILE</p><p>　　CS、WR1的邏輯組合產生LE1，當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的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；</p><p>　　XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應大于

49、500ns）有效；</p><p>　　WR2：DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效；</p><p>　　IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內容線性變化；</p><p>　　IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；</p><p>　　Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調整

50、轉換滿量程精度；</p><p>　　Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V～+15V；</p><p>　　VREF：基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V～+10V；</p><p>　　AGND：模擬信號地；</p><p>　　DGND：數(shù)字信號地。</p><p>　　圖3.2 DAC0832引腳圖<

51、;/p><p>　　3.1.3 LCD液晶屏：</p><p>　　引腳功能簡介，如圖3.3。</p><p><b>　　VSS為電源地；</b></p><p><b>　　VDD接5V電源；</b></p><p>　　VO需要與地短接顯示屏工作；</p>&

52、lt;p>　　RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器；</p><p>　　RW為讀寫信號線，高電平1時進行讀操作，低電平0時進行寫操作；</p><p>　　E端是液晶的使能端；</p><p>　　D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)端；</p><p><b>　　VCC電源；</b><

53、;/p><p><b>　　GND地。</b></p><p>　　圖3.3 LCD1602</p><p><b>　　3.2硬件原理框圖</b></p><p>　　對于該低頻信號發(fā)生器的設計，我們采用了以AT89C52單片機芯片作為核心處理器，編程實現(xiàn)各種不同類型信號的產生，最后通過DA 轉換輸出

54、到示波器。結構簡單，思路僅僅有條，而根據(jù)設計的基本要求，我們又把其細分為不同的功能模塊，各個功能模塊相互聯(lián)系，相互協(xié)調，通過單片機程序構成一個統(tǒng)一的整體，其整體電路原理框圖如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 硬件原理框圖</p><p>　　3.3 單片機AT89C52外圍電路的設計</p><p>　　89C52單片機是該信號發(fā)生器的核心，具有2個定時

55、器，32個并行I/O 口，1個串行I/O 口，5個中斷源。由于本設計功能簡單，數(shù)據(jù)處理容易，數(shù)據(jù)存儲空間也足夠，因為我們采用了片選法選擇芯片，進行芯片的選擇和地址的譯碼。</p><p>　　在單片機最小最小系統(tǒng)中，單片機從P1口接收來自鍵盤的信號，并通過P0口輸出控制信號，通過DA轉換芯片最終由示波器顯示輸出波形，P2控制顯示器段選碼，P3口P3.4-P3.6通過74LS138譯碼器控制位選碼，輸出顯示信息。如

56、果有鍵盤按下，則在控制器端產生一個讀信號，使單片機讀入信號，如果有信號輸出，則在寫控制端產生一個寫信號，并通過示波器和顯示器顯示相應的信息。</p><p>　　單片機引腳分配如下：</p><p>　　XTAL1，XTAL2：外接晶振，產生時鐘信號；</p><p><b>　　RST：復位電路；</b></p><p&g

57、t;　　P0 口：鍵盤輸出信號。具體為：P1.0、P1.1 波形選擇；P1.2、P1.3、P1.4 頻率個位，十位，百位調節(jié)；P1.5頻率加減控制；P1.6跳出循環(huán)。</p><p>　　P1 口：8位數(shù)字信號輸出輸出，外接DAC0832;</p><p>　　P2 口：LED顯示器段選碼；</p><p>　　P3 口：P3.0鎖存器74HC573片選信號；P3

58、.2中斷控制；P3.4-P3.6 74LS138 輸入信號，譯碼控制LED 顯示器位選。P3.7為74LS138片選碼。</p><p>　　3.3.1 時鐘電路</p><p>　　時鐘信號是產生單片機工作的時鐘信號，控制著計算機的工作節(jié)奏，可以通過提高時鐘頻率來提高CPU的速度。89C52內部有一個可控的反相放大器，引腳XTAL1、XTAL2為反相放大器輸入端和輸出端，在XTAL1、

59、XTAL2上外接12MHZ晶振和30pF電容便組成振蕩器。時鐘信號常用于CPU定時和計數(shù)。</p><p>　　單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器，構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益的反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩，并產生振動時鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ、24MHZ。

60、 </p><p><b>　　圖3.5 時鐘電路</b></p><p>　　本設計中時鐘電路圖如圖3.5，我們選擇了12MHZ和晶振分別接引腳XTAL1 和XTAL2，電容C1，C2 均選擇為30pF，對振蕩器的頻率有穩(wěn)定作用，當頻率較大時，正弦波、方波、三角波及鋸齒波中每一點的延時時間為幾微妙，故延時時間還要加上指令時間才能獲得較大的頻率波形。

61、</p><p>　　3.3.2 復位電路</p><p>　　復位電路是為單片機復位使用，使單片機接口初始化；89C52等CMOS52系列單片機的復位引腳RET 是施密特觸發(fā)輸入腳，內部有一個上拉低電阻，當振蕩器起振以后，在RST 引腳上輸出2個機械周期以上的高電平，器件變進入復位狀態(tài)開始，此時ALE、PSEN、P0、P1、P2、P4輸出高電平，RST上輸入返回低電平以后，變退出復位狀態(tài)

62、開始工作。該方案采用的是人工開關復位，在系統(tǒng)運行時，按一下開關，就在RST斷出現(xiàn)一段高電平，使器件復位。</p><p>　　復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內部復位操作所需要的信號。復位電路通常采用上電自動。 </p><p><b>　　圖3.6

63、復位電路</b></p><p>　　復位和按鈕復位兩種方式。本設計選擇了按鍵復位如圖3.6, 在系統(tǒng)運行時，按一下開關，就在RST 斷出現(xiàn)一段高電平，使圖3.6時鐘電路圖器件復位。此時ALE、PSEN、P0、P1、P2、P4 輸出高電平，RST上輸入返回低電平以后，變圖3.6復位電路,退出復位狀態(tài)開始工作。</p><p>　　3.3.3 鍵盤接口電路 </p>

64、<p>　　鍵盤模塊是是用于控制信號輸入的類型，當按鍵按下時，可以通過單片機編程讀取閉合的鍵號，實現(xiàn)相應的信號輸出。其步驟主要是a、判斷是否有鍵按下；b、去抖動，延時20ms左右；c、識別被按下的鍵號；d、處理，實現(xiàn)功能。</p><p>　　如圖3.7所示，常用的鍵盤電路一般為矩陣式，但是對于此設計，為了方便程序的簡單化，我們采用了一般的鍵盤接口，鍵盤輸出信號。具體為：P1.0、P1.1波形選擇，其

65、中當P1.0=0，P1.1=0 輸出正弦波，當P1.0=0，P1.1=1 輸出三角波，當P1.0=1，P1.1=0輸出鋸齒波；當P1.0=1，P1.1=1 輸出方波。；P1.2、P1.3、P1.4 頻率個位，十位，百位調節(jié)；P1.5頻率加減控制；P1.6跳出循環(huán)。</p><p>　　圖3.7 鍵盤接口電路</p><p>　　3.4 LCD 顯示電路</p><p&g

66、t;　　如圖3.8所示，1602的八位數(shù)據(jù)端接單片機的P1口，其三個使能端RS、RW、E分別接單片機的P3.2—P3.4。通過軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。</p><p><b>　　圖3.8 顯示電路</b></p><p>　　3.5 數(shù)/模轉換及放大電路</p><p>　　D/A轉換也稱為數(shù)模轉換，是把數(shù)字量變換成模

67、擬量的線性電路。單片機產生的數(shù)字信號通過DAC0832轉化成模擬信號，輸出相應的電流值，通過OP07集成運算放大器可以取出模擬量得電壓值，最后利用示波器獲得輸出的模擬信號的波形；衡量數(shù)模轉換的性能指標有分辨率、轉換時間、精度、線性度等。LED顯示器用由若干個發(fā)光二極管按一定的規(guī)律排列而成，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光用于是顯示相關輸出波形的信息，包括信號的類型和頻率。</p>&l

68、t;p>　　由于單片機輸出的是數(shù)字信號，要得到模擬信號的波形就必須對其進行數(shù)模轉換。我們采用了DAC0832數(shù)模轉換器，該芯片具由8位輸入鎖存器、8位DAC 寄存器、8位D/A轉換器及轉換控制電路四部分構成。由于其輸出為電流輸出，因此外加運算放大器OP07使之裝換為電壓輸出，最后通過示波器顯示輸出的波形，如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 D/A轉換電路</p><p>

69、<b>　　3.6 電源電路</b></p><p>　　因為本設計單片需要提供+5V電源，放大器需要用到±15V電源，所以設計了﹢5V的電源模塊如圖3.10和±15V的電源模塊，如圖3.11。</p><p>　　圖3.10 穩(wěn)壓電路原理圖</p><p>　　圖3.11 ±15V穩(wěn)壓電路原理圖</p>

70、;<p><b>　　第四章 軟件設計</b></p><p>　　4.1 軟件設計流程</p><p>　　本系統(tǒng)采用AT89C52單片機，用編程的方法來產生三種波形，并通過編程來切換三種波形以及波形頻率的改變。具體功能有：（1）各個波形的切換；（2）各種參數(shù)的設定；（3）頻率增減等。軟件調通后，通過編程器下載到AT89C52芯片中，然后插到系統(tǒng)中即可

71、獨立完成所有的控制。</p><p>　　首先對程序初始化，再判斷若有按鍵按下，則計算相關參數(shù)，一方面利用定時中斷查表輸出波形，另一方面送段選口和位選口數(shù)據(jù)，使LCD顯示相關波形類型和頻率，最后反饋回去構成循環(huán)，判斷按鍵相關信息，如圖4.1。</p><p>　　圖4.1 程序流程圖</p><p>　　4.2 信號產生模塊</p><p>

72、　　本設計將各種波形的數(shù)據(jù)通過P1.0口選擇，送往在單片機的程序儲存器里，通過調節(jié)P1.1和P1.2口來改變這個頻率，然后計算其技術初值，開啟中斷，通過改變D/A轉換器輸出波形。電路較為簡單，成本較低。</p><p>　　4.2.1三角波程序模塊</p><p>　　三角波產生首先將DAC0832口地址至為7FFFH，通過A中數(shù)值的加一遞升，當A中的內容為0時，與0FFH相比，相等時A中

73、的內容減一遞減，從而循環(huán)產生三角波。</p><p>　　圖4.2 三角波程序流程圖</p><p>　　4.2.2正弦波程序模塊</p><p>　　計算0~Pi/2區(qū)間N/4個離散的正弦值，根據(jù)對稱關系，復制Pi/2~ Pi區(qū)間的值，將0~Pi區(qū)間各點根據(jù)求補即得Pi~2Pi區(qū)間各值，將得到的這些數(shù)據(jù)根據(jù)所用DAC的位數(shù)進行量化，得到相應的數(shù)字值，正弦波波形通過

74、查表指令得出。</p><p>　　圖4.3正弦波程序流程圖</p><p>　　4.2.3方波程序模塊</p><p>　　方波產生首先將DAC0832口地址至為7FFFH，當A中的內容為0時，輸出對應模擬量，然后延時，當A中的內容為0FFH時，同樣輸出對應模擬量，再延時相同時間，從而得到方波。</p><p>　　圖4.4方波程序流程圖&

75、lt;/p><p>　　第五章 系統(tǒng)仿真與電路測試</p><p>　　簡單系統(tǒng)硬件的調試通常采用載入簡單的測試程序并運行，使用數(shù)字表或示波器觀察；對有些硬件例如鍵盤可直接編入程序觀察程序執(zhí)行狀態(tài)。 </p><p><b>　　5.1軟件仿真</b></p><p>　　對于鍵盤是，我們應當首先確定每個

76、按鍵的作用，只有當我們確定鍵之后，才可以對我們所要設置的按鍵的功能通過真正做到使軟硬件相結合在一起，實現(xiàn)我們的目標功能。 </p><p>　　對于設計的八個按鍵及功能見表5.1。</p><p><b>　　表 5.1</b></p><p>　　對整個系統(tǒng)用proteus仿真后得到的結果如下:</p><p><

77、;b>　　5.1.1方波仿真</b></p><p>　　如圖5.1(a)所示 如圖5.1(b) 所示</p><p>　　輸出幅值為1V 輸出幅值為2V</p><p>　　周期為250ms

78、 周期為250ms</p><p>　　時間檔為 100ms 時間檔為 100ms</p><p>　　幅值檔為 1V 幅值檔為 1V</p><p>　　圖5.1(a) 圖5.1(b)<

79、/p><p>　　如圖5.1(c)所示 如圖5.1(d)所示</p><p>　　輸出幅值為3V 輸出幅值為4V</p><p>　　周期為250ms 周期為250ms</p><p>

80、　　時間檔為 100ms 時間檔為 100ms</p><p>　　幅值檔為 1V 幅值檔為 1V</p><p>　　圖5.1(c) 圖5.1(d)</p><p>　　如圖5.1(e)所示&l

81、t;/p><p><b>　　輸出幅值為5V</b></p><p><b>　　周期為250ms</b></p><p>　　時間檔為 100ms</p><p><b>　　幅值檔為 1V</b></p><p><b>　　圖5.1(e)

82、</b></p><p>　　5.1.2 三角波仿真圖</p><p>　　如圖5.2(a)所示 如圖5.2(b)所示</p><p>　　輸出幅值為1V 輸出幅值為2V</p><p>

83、　　周期為2.5ms 周期為2.5ms</p><p>　　時間檔為 1ms 時間檔為 1ms</p><p>　　幅值檔為1V 幅值檔為 1V</p>

84、<p>　　圖5-2(a) 圖5-2(b) </p><p>　　如圖5.2(c)所示 如圖5.2(d)所示</p><p>　　輸出幅值為3V 輸出幅值為4V</p><p>　　周期為2.5ms

85、 周期為2.5ms</p><p>　　時間檔為 1ms 時間檔為 1ms</p><p>　　幅值檔為 1V/格 幅值檔為 1V</p><p>　　圖5.2(c)

86、 圖5.2(d)</p><p>　　如圖5.2(e)所示</p><p><b>　　輸出幅值為5V</b></p><p><b>　　周期為2.5ms</b></p><p><b>　　時間檔為 1ms</b></p><p&g

87、t;<b>　　幅值檔為 1V</b></p><p><b>　　圖5.2(e)</b></p><p>　　5.1.3正弦波仿真圖</p><p>　　如圖5.3(a)所示 如圖5.3(b)所示</p><p>　　輸出幅值為1V

88、 輸出幅值為2V</p><p>　　周期為0.5ms 周期為0.5ms</p><p>　　時間檔為 0.2ms 時間檔為 0.2ms</p><p>　　幅值檔為 1V

89、 幅值檔為 1V</p><p>　　圖5.3(a) 圖5.3(b) </p><p>　　如圖5.3(c)所示 如圖5.3(d)所示</p><p>　　輸出幅值為3V 輸出幅值

90、為4V</p><p>　　周期為0.5ms 周期為0.5ms</p><p>　　時間檔為 0.2ms 時間檔為 0.2ms</p><p>　　幅值檔為 1V 幅值檔為 1V

91、 </p><p>　　圖5.3(c) 圖5.3(d) </p><p>　　如圖5.3(e)所示 輸出幅值為5V ，周期為0.5ms ，時間檔為 0.2ms </p><p>　　幅值檔為 1V

92、 </p><p><b>　　圖5.3(e) </b></p><p><b>　　5.2硬件電路測試</b></p><p>　　實驗方波如圖5.4（a）所示 實驗三角波如圖5.4（b）所示</p><p>　　圖5.4（a）

93、 圖5.4（b）</p><p>　　幅值24V 周期200ms 幅值24V 周期2.5ms</p><p>　　實驗正弦波如圖5.4（c）所示</p><p>　　圖5.4（c）</p><p>　　幅值24V 周期1.2ms</p><p><

94、;b>　　5.3結果分析</b></p><p>　　從實驗結果分析，有一些干擾，因此波形存在一定的失真，這主要跟程序的設計有關，沒有做到那么精確，再者，仿真軟件本身也會給測試結果一定的誤差。</p><p>　　在進行試驗過程中，只用一個D/A轉換器時，圖形只有一點點失真。這說明也和增加了D/A轉換器有關的。</p><p><b>　

95、　結 論</b></p><p>　　制作函數(shù)信號發(fā)生器隨設計思想不同,具有多種方法,本文只是一種可能實現(xiàn)的方法。此法的頻率控制和幅度控制分辨率高，且硬件集成度高,整機自動化程度高,性能優(yōu)良,具有很高的實用價值。</p><p>　　本系統(tǒng)以單片機為核心，通過鍵盤輸入選擇信號類型和信號頻率，采用D/A轉換芯片輸出相應的波形，同時以LCD顯示器實時顯示信號相關信息。再通過C語言進

96、行編程，最終實現(xiàn)方波，三角波和正弦波三種波形的產生，實驗結果通過示波器進行仿真，同時波形的頻率可調。該信號發(fā)生器在調試時，出現(xiàn)了一些問題，之后自查，同時向老師、同學請教得以解決。經(jīng)測試該設計方案線路優(yōu)化，結構緊湊，性能優(yōu)越，滿足設計要求。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]吳巖.單片機在電子技術中的應用和開發(fā)技術研究[J],黑龍江

97、科技信息,2011.19-24.</p><p>　　[2]李富林.淺談單片機的應用領域[J].網(wǎng)絡財富,2010.112-120.</p><p>　　[3]李琳.單片高頻函數(shù)發(fā)生器MAX038及其應用[J].現(xiàn)代電子技術,2007.45.</p><p>　　[4]榮雪琴. 密封容器的氣密檢測系統(tǒng)的研究與設計[D].蘇州大學,2010.10-18.</p&

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100、統(tǒng)的研究與設計[D],華南理工大學,2005.99-109.</p><p>　　[12]李強.單片機定時,計數(shù)器編程技術(上)[J],電子世界,2004.73-80.</p><p>　　[13]柳華.基于霍爾元件的智能化電度表的設計[D],華北電力大學,2007.45-65.</p><p>　　[14]徐淑彥.基于單片機的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J],價值工程,20

101、11.80.</p><p>　　[15]李凱.基于單片機的機械控制系統(tǒng)的步進電機的設計[J],黑龍江科技信息,2011.34-40.</p><p>　　[16]任志剛等.多功能信號發(fā)生器的設計與制作[J],西安航空技術高等?？茖W校報,2008.33.</p><p>　　[17]Atmel Corp.8-bit Microcontroller

102、 with 8K Bytes In-System Programmable Flash-AT89C52, 2005.[18] DAC0832Data Sheet[PDF]. Microchip Technology Incorporated Printed in the USA2007.

103、</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題在選題及研究過程是在老師的親切關懷和悉心指導下完成的。老師們多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。老師他們嚴謹細致、一絲不茍的工作作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時四載，卻給以終生受益無窮之道。對老師的感激之情是無法用言語

104、表達的。感謝帶過我的老師對我的教育培養(yǎng)。他們細心指導我的學習與研究， 從課題的選擇到項目的最終完成，老師們都始終給予我細心的指導和不懈的支持。在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬并致以誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　在此，我還要感謝在一起愉快的度過四年生活的各位同學，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入

105、課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！</p><p><b>　　附錄A 源代碼</b></p><p>　　#include <reg52.h> </p><p>　　#define uchar unsigned char

106、</p><p>　　#define uint unsigned int </p><p>　　sbit lcdrw=P3^3;</p><p>　　sbit lcdrs=P3^2;</p><p>　　sbit lcde=P3^4;</p><p>　　sbit d=P2^7;</p><p>

107、;　　sbit s1=P2^0;</p><p>　　sbit s2=P2^1;</p><p>　　sbit s3=P2^2;</p><p>　　sbit cs=P3^5;</p><p>　　sbit wr=P3^6;</p><p>　　uchar s1num,a,ys,j;</p><p&

108、gt;<b>　　uint fre;</b></p><p>　　uchar code tosin[256]={</p><p>　　0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,</p><p>　　0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,

109、0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,</p><p>　　0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,</p><p>　　0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,</p><p>　　0xf6,0

110、xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,</p><p>　　0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,</p><p>　　0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,

111、</p><p>　　0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,</p><p>　　0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,</p><p>　　0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0

112、xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,</p><p>　　0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,</p><p>　　0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,</p><p>　　0x

113、4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,</p><p>　　0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,</p><p>　　0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0

114、x06,</p><p>　　0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,</p><p>　　0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x

115、0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15,</p><p>　　0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,</p><p>　　0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e,</p><p>

116、　　0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66 ,0x69,0x6c,0x6f,0x72,</p><p>　　0x76,0x79,0x7c,0x80 };/*正弦波碼 */</p><p>　　void delay(uint z)//延時子程序 </p><p><b>　　{</b></p&g