基于AT89S51低頻信號發(fā)生器的設計與實現(xiàn)

1、河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文，是本人在指導老師的指 導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議， 除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經 發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體 均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本 人承擔。 本科畢業(yè)論文（設計）作者簽名： 二一一年五月二十 六日 I 目目 錄錄 摘摘 要要.1 ABSTRACT.1 正正 文文.2 1 緒緒 論論.2 1.1 信號發(fā)生器現(xiàn)狀.2 1.2 單片機在低頻信號發(fā)生器中的應用.2 2 系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計.3

2、2.1 系統(tǒng)方案的比較.3 2.1.1 選題論證.3 2.1.2 方案選擇.4 2.2 芯片選擇模塊.4 3 硬件電路的設計硬件電路的設計.5 3.1 系統(tǒng)框圖.5 3.2 資源分配 .5 3.3 最小單片機系統(tǒng)設計.6 3.4 各部分電路原理.10 3.4.1 DAC0832 芯片原理.10 3.4.2LM324 工作原理.13 3.5 電路原理.14 4 軟件設計軟件設計.14 4.1 主程序流程圖.15 4.2 方波程序流程圖.16 4.3 鋸齒波程序流程圖.17 4.4 正弦波程序流程圖.17 5 仿真結果仿真結果.18 6 測試結論測試結論.20 7 結束語結束語.22 參參 考考

3、文文 獻獻.23 附附 錄錄.24 致致 謝謝.32 文獻綜述文獻綜述.33 河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）題目審批表河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）題目審批表.36 河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）任務書河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）任務書.37 河西學院本科畢業(yè)論文（設計）開題報告河西學院本科畢業(yè)論文（設計）開題報告.39 II 河西學院物電系指導教師指導畢業(yè)論文情況登記表河西學院物電系指導教師指導畢業(yè)論文情況登記表.41 河西學院畢業(yè)論文（設計）指導教師評審表河西學院畢業(yè)論文（設計）指導教師評審表.42 河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）答辯記錄表河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）答辯記錄表.43

4、1 基于 AT89S51 低頻信號發(fā)生器的設計與實現(xiàn) 摘 要 本信號發(fā)生器的設計采用 AT89S51 單片機作為控制核心，外圍采用數(shù)字/模擬轉 換電路（DAC0832） 、運放電路（LM324） 、按鍵和 LED 顯示燈電路。由 AT89S51 單 片機和一片 DAC0832 數(shù)模轉換器組成數(shù)字式低頻信號發(fā)生器。由于采用了 LM324 運 算放大器，使其電路更加具有較高的穩(wěn)定性能，性能比高。此電路清晰，出現(xiàn)故障容 易查找，操作簡單、方便。本設計能夠產生方波、鋸齒波、正弦波，并且所產生的波 形在一定的幅頻范圍內可調,波形準確并且平滑。本系統(tǒng)設計簡單、性能優(yōu)良，具有一 定的實用性。 關鍵詞：關鍵詞

5、：AT89S51；低頻信號；發(fā)生器；運放器 ABSTRACT This signal generator is designed using AT89S51 as control core and periphery using digital/analog converter circuit (DAC0832), operational amplifier circuits (LM324), button and LED indicator light circuit. AT89S51 and a DAC0832 digital-to-analog converter component o

6、f low-frequency signal generator consisting digital. As a result of the LM324 operational amplifier to the circuit more stable high performance, high performance ratio. This circuit is clear, easy to find failure error, simple and convenient. This design can produce square wave, saw-tooth wave, sine

7、 wave, and produces waveform in a certain amplitude and frequency range is adjustable, waveform also accurate and smooth. The system is designed to be simple, excellent performance, with a certain degree of practicality. Key words: AT89S51; The low-frequency signals; Generator; Op-amp device 2 正 文 1

8、 緒 論 1.1 信號發(fā)生器現(xiàn)狀 信號發(fā)生器作為一種常見的應用電子儀器設備，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徑之一，不用依靠單 片機。但是這種電路存在波形質量差，控制難，可調范圍小，電路復雜和體積大等缺點。 在科學研究和生產實踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學，地震模擬機械振動等領域常常要 用到低頻信號源。而由硬件電路構成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號 源所需的 RC 很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大， 漏電，損耗顯著更是其致命的弱點。一旦工作需求功能有增加，則電路復雜程度會大大增

9、 加。 1.2 單片機在低頻信號發(fā)生器中的應用 當今是科學技術及儀器設備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會，電子技術的進步，給人 們帶來了根本性的轉變。現(xiàn)代電子領域中，單片機的應用正在不斷的走向深入，這必將導 致傳統(tǒng)控制與檢測技術的日益革新。單片機構成的儀器具有高可靠性、高性能價格比，在 智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化等諸多領域得以極為廣泛的應用，并走入家庭，從洗衣機、微 波爐到音響汽車，處處可見其應用。因此，單片機技術開發(fā)和應用水平已逐步成為一個國 家工業(yè)發(fā)展水平的標志之一。 一塊單片機芯片就是一臺計算機。由于單片機這種特殊的結構形式，在某些應用領域 中，它承擔了大中型計算機和通用微型計算機無法完成的一

10、些工作。使其具有很多顯著的 優(yōu)點和特點，因此在各個領域中都得到了迅猛的發(fā)展。單片機的特點歸納起來有以下幾個 方面。 (1) 具有優(yōu)異的性能價格比 單片機盡可能地把應用所需的存儲器,各種功能的 I/O 接口集成在一塊芯片內,因而其 性能很高,而價格卻相對較低廉,即性能價格比很高。 3 (2) 控制功能強 單片機體積雖小，但“五臟俱全”，它非常適用于專門的控制用途。為了滿足工業(yè)控制 要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉移指令，I/O 口的邏輯操作指令以及位操作 指令。其邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。 (3) 集成度高、體積小、可靠性高 單片機把各種功能部件集成在一塊芯片上，因而集

11、成度高，均為大規(guī)?；虺笠?guī)模集 成電路。又內部采用總線結構，減少了芯片之間的連線，這大大提高了單片機的可靠性與 抗干擾能力。同時，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下 工作。 (4) 低電壓、低功耗 單片機大量用于攜帶式產品和家用消費類產品，低電壓和低功耗尤為重要。目前，許 多單片機已可在 2.2V 電壓下運行,有的已能在 1.2V 或 0.9V 下工作，功耗降至 A 級,一粒 鈕扣電池就可長期使用。 利用單片機采用程序設計方法來產生低頻信號，其下限頻率很低。具有線路相對簡單， 結構緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等優(yōu)點，并且能夠對波形 進行細微調整

12、，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對電路稍加修改，調整程序，即可 完成功能升級。 本文采用 AT89S51 單片機和一片 DAC0832 數(shù)模轉換器做成的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器， 它的特點是價格低、性能高，在低頻范圍穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少等。 信號發(fā)生器與其它相比還具有如下優(yōu)點：較分立元件信號發(fā)生器而言，具有頻率高， 工作穩(wěn)定，容易調試等特性；較專用 DDS 芯片的信號發(fā)生器而言，具有結構簡單，成 本低等特性。 2 系統(tǒng)設計 2.1 系統(tǒng)方案的比較 2.1.1 選題論證 制作低頻信號發(fā)生器可以用一片 DAC0832 來實現(xiàn)，它可以分為單極性和雙極性。而 本項目選擇了單片雙極性。之所

13、以選單片雙極性是因為其精度高，濾波好，抗干擾效果好。 4 2.1.2 方案選擇 方案一： AT89S51 芯片中每一路模擬輸出與 DAC0832 芯片相連，構成多個 DAC0832 同步輸出電路，輸出波形穩(wěn)定，精度高，但是第二級 DAC0832 輸出，發(fā)生錯誤 并且電路連接復雜。 方案二： AT89S51 芯片中只有一路模擬輸出或幾路模擬信號非同步輸出，這種情況 下 CPU 對 DAC0832 執(zhí)行一次寫操作，則把一個數(shù)據(jù)直接寫入 DAC 寄存器，DAC0832 的 輸出模擬信號隨之對應變化。輸出波形穩(wěn)定，精度高，濾波好，抗干擾效果好，連接簡單， 性價比高。因此我們設計中采用方案二。 2.2

14、芯片選擇模塊 方案一：AT89S51 單片機是一種高性能 8 位單片微型計算機。它把構成計算機的中央 處理器 CPU、存儲器、寄存器、I/O 接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構成較為完整 的計算機。同時，為什么選 AT89S51 而不選用 AT89C51，那是因為 AT89S51 相對于 AT89C51 更強大，AT89S51 增加的新功能包括： 性能有了較大提升，價格基本不變，甚至比 89C51 更低。 ISP 在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯片從 工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的功能。 最高工作頻率為 33MHz，大家都知道 89C51 的極限工作頻率是

15、 24M，就是說 89S51 具有更高的工作頻率，從而具有了更快的計算速度。 具有雙工串行通道。 內部集成看門狗計時器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計時器單元電路。 雙數(shù)據(jù)指示器。 電源關閉標識。 全新的加密算法，這使得對于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這 樣就可以有效的保護知識產權不被侵犯。 兼容性方面：向下完全兼容 51 全部子系列產品。比如 8051、89C51 等等早期 MCS-51 兼容產品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是 8051、89C51 還是 MCS-51），在 89S51 上一樣可以照常運行，這就是所謂的向

16、下兼容。 方案二：C8051F005 單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與 AT89S51 兼容 5 的微控制器的內核，與 MCS-51 指令集完全兼容。除了具有標準 AT89S51 的數(shù)字外設部件 之外，片內還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設及功能部件。 方案選擇：方案二中 C8051F005 芯片系統(tǒng)內部結構復雜，不易控制，芯片成本高，對 于本系統(tǒng)而言利用率低，AT89S51 芯片簡單易控制，成本低，性能穩(wěn)定,因此采用方案一。 3 硬件電路的設計 3.1 系統(tǒng)框圖 波形指示 鍵 盤AT89S51A/D 轉換電流、電壓轉換輸 出 電 源基準電壓 圖圖 3.1 低

17、頻信號發(fā)生器系統(tǒng)框圖低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)框圖 低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)主要由 CPU、D/A 轉換電路、基準電壓電路、電流/電壓轉換電路、 按鍵和波形指示電路、電源等電路組成。 3.2 資源分配 軟、硬件設計是設計中不可缺少的，為了滿足功能和指標的要求，資源分配如下 (1) 晶振采用 12MHZ； (2) 內存分配。 P2 口與 DAC0832 的 DI0-DI7 數(shù)據(jù)輸入端相連。 P2 口用來控制 DAC0832 的輸入寄存器選擇信號 CS、輸入寄存器寫選通信號 WR1 及 DAC 寄存器寫選通信號 WR2 和數(shù)據(jù)傳送信號 XFER。 6 3.3 最小單片機系統(tǒng)設計 (1) AT89S51 功能特性

18、概述 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 4k Bytes ISP(In- system programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結構，芯片內集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強 大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳，4k Bytes Flash 片內程序存儲器， 128 bytes 的

19、隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ，32 個外部雙向輸入 /輸出（I/O）口，5 個中斷優(yōu)先 級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗 （WDT）電路，片內時鐘振蕩器。 此外，AT89S51 設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz，即零頻率的靜態(tài)邏輯操作， 并 可通過軟件設置省電模式。空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行 口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其 它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種 封裝形式，以適應不同產品的需求。 （2）

20、AT89S51 的引腳圖和實物圖如下圖： 圖圖 3.2 AT89S51 的引腳圖和實物圖的引腳圖和實物圖 主要特性： 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器(壽命： 1000 寫/擦循環(huán))； 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz； 三級程序存儲器保密鎖定； 128*8 位內部 RAM； 7 32 條可編程 I/O 線； 兩個 16 位定時器/計數(shù)器； 6 個中斷源； 可編程串行通道； 低功耗的閑置和掉電模式； 片內振蕩器和時鐘電路； 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路的雙向 I/O 口，可接收輸出 8 個 TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫

21、 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。 P1 口：P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸 出 4 個 TTL 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。 P2 口：P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口，P2

22、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。 P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的準雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門 電流。當 P3 口寫入“

23、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 除了作為普通 I/O 口， 8 還有第二功能如下表： 表表 3-1 端口引腳圖端口引腳圖 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上 并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內容讀入到內部總線，經過某種運算或變換 后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內部總線。 89C51的 P0、P1、P2、P3口作為輸入時都是準雙向口。除了P1口外 P0、P2、P3口都

24、還有其他的功能。 RST：復位輸入。當振蕩器 工作時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的 低位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變 的頻率和周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸 出的脈沖或用于定時 。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器

25、在外 部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號 ，低電平有效 。在從片外程序存儲器 取指 期間，在每個機器周期中，當 /PSEN 有效時，程序存儲器的內容被送上P0 口(數(shù)據(jù)總 線)。/PSEN 可以驅動 8 個 TTL 負載。 /EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000H- 端口引腳第二功能 P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 /INT0(外中斷 0 的請求) P3.3 /INT1(外中斷 1 的請求) P3.4 T0 (定時/計數(shù)器 0 外部計數(shù)脈沖輸入) P3.5 T1（定時/計數(shù)器

26、外部計數(shù)脈沖輸入） P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 9 FFFFH） ，不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1 時，/EA 將內部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH 編程期間，此引 腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP） 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 （3） AT89S51 的晶振及其連接方法 CPU 工作時都必須有一個時鐘脈沖。有兩種方式可以向 89S51 提供時鐘脈沖：一是外 部時鐘方式，即使用外部電路向 89S51 提

27、供始終脈沖，見圖 3-3-(a)；二是內部時鐘方式， 即使用晶振由 89S51 內部電路產生時鐘脈沖。一般常用第二種方法，其電路見圖 3.3-(b)。 圖圖 3.3 89S51 的時鐘脈沖的時鐘脈沖 圖 3.3-(b)中：J 一般為石英晶體，其頻率由系統(tǒng)需要和器件決定，在頻率穩(wěn)定度要求 不高時也可以使用陶瓷濾波器。 C1、C2：使用石英晶體時，C1=C2=30（10）pF 使用陶瓷濾波器時，C1=C2=40（10）pF （4） AT89S51 的復位 使 CPU 開始工作的方法就是給 CPU 一個復位信號，CPU 收到復位信號后將內部特殊 功能寄存器設置為規(guī)定值，并將程序計數(shù)器設置為“0000

28、H”。復位信號結束后，CPU 從程 序存儲器“0000H”處開始執(zhí)行程序。89S51 為高電平復位，一般有 3 種復位方法。 上電復位。通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。 手動復位。設置一個復位按鈕，當操作者按下按鈕時產生一個復位信號。 自動復位。設計一個復位電路，當系統(tǒng)滿足某一條件時自動產生一個復位信號。 圖 3.4 為最簡單的上電復位和手動復位方法。 10 圖圖 3.4 89S51 的復位電路的復位電路 （5）芯片擦除 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管 腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存

29、儲字節(jié) 被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89S51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件 可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中 斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片 功能，直到下一個硬件復位為止。 3.4 各部分電路原理 3.4.1 DAC0832 芯片原理 （1） 管腳功能介紹如圖 3.5 所示 89S51 11 圖圖 3.5 DAC0832 管腳圖管腳圖 DI7DI0：8 位的數(shù)據(jù)輸入端，DI7 為最高位。 IOUT1：DAC 電流輸出端 1。 IOUT2：D

30、AC 電流輸出端 2，當 DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 1 時，輸出電流最大，當 DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 0 時，輸出電流最小， IOUT2與 IOUT1的和為一個常數(shù)，即 IOUT1IOUT2常數(shù)。 ：反饋電阻，固化在芯片中，作為運算放大器分路反饋電阻為 DAC 提供電壓 bf R 輸出。 ：參考電壓輸入，此端可接一個正電壓，也可接一個負電壓，它決定 0 至 255 ref V 的數(shù)字量轉化出來的模擬量電壓值的幅度，范圍為(+10-10)V。端與 D/A 內部 T ref V ref V 形電阻網(wǎng)絡相連。 VCC：數(shù)字電路電源，范圍為(+515)V。 AGND（3 腳）：模擬量地，即模擬電路接

31、地端。 DGND（10 腳）：數(shù)字量地。 當 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 也就是輸入寄存器 Q 端的電平變化；反之，當端為低電平“0”時， 第一級 8 位輸入寄存器 Q 端的狀態(tài)則鎖存到第二級 8 位 DAC 寄存器中，以便第三級 8 位 12 DAC 轉換器進行 D/A 轉換。 一般情況下為了簡化接口電路，可以把輸入端和輸出端直接接地，使第二級 8 位 DAC 寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級 8 位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖 輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個

32、寄存器都分別接成受控方式。 制作低頻信號發(fā)生器有許多方案：主要有單緩沖方式，雙緩沖方式和直通方式。 單緩沖方式具有適用于只有一路模擬信號輸出或幾路模擬信號非同步輸出的情形的優(yōu) 點，而且電路線路連接比較簡單。而雙緩沖方式適用于在需要同時輸出幾路模擬信號的場 合，每一路模擬量輸出需一片 DAC0832 芯片，構成多個 DAC0832 同步輸出電路，程序簡 單化，但是電路線路連接比較復雜。根據(jù)以上分析，我們的課題選擇了單緩沖方式使用方 便，程序簡單，易操作。 (2） 工作原理 DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 轉換器以及輸入控制 電路四部分組成。8 位

33、輸入寄存器用于存放主機送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和 鎖存；8 位 DAC 寄存器用于存放待轉換的數(shù)字量；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電路來控制 2 個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。 DAC0832 與反相比例放大器相連，實現(xiàn)電流到電壓的轉換，因此輸出模擬信號的極性 與參考電壓的極性相反，數(shù)字量與模擬量的轉換關系為 Vout1=-Vref（數(shù)字碼/256） 若 D/A 轉換器輸出為雙極性，如圖 3.6 所示。 Iout1 Iout2 Vfb DAC0832 U1 5 6 7 B 10 9 8 C R2=R R1=2R R3=2R R Vou

34、t2 A2 Vref +5V A1A1 Vout1 I1 I2 圖圖 3.6 D/A 轉換器雙極性輸出電路轉換器雙極性輸出電路 13 圖 3.6 中，運算放大器 A2的作用是把運算放大器 A1的單向輸出電壓轉換成雙向輸出 電壓。其原理是將 A2的輸入端 通過電阻 R1與參考電壓 VREF相連，VREF經 R1向 A2提供 一個偏流 I1，其電流方向與 I2相反，因此運算放大器 A2的輸入電流為 I1、I2之代數(shù)和。則 D/A 轉換器的總輸出電壓為： VOUT2= -(R3/R2) VOUT1+(R3/R1) VREF (3.4-1) 設 R1=R3=2R R2=R，則 VOUT2= -(2VO

35、UT1+VREF) (3.4-2) DAC0832 主要是用于波形的數(shù)據(jù)的傳送，是本題目電路中的主要芯片。 3.4.2LM324 工作原理 圖圖 3.7 LM324 原理圖原理圖 管腳圖管腳圖 LM324 是四運放集成電路 ，它采用 14 腳雙列直插塑料封袋，外形上圖所示。它的內 部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算 放大器可用圖中所示的符號來表示，它有 5 個引出腳，其中“+”、 “-”為兩個信號輸入端， “V+”、 “V-”為正、負電源端， “”為輸出端。兩個信號輸入端中， “-”為反相輸入端，表示運 0 V 放輸出端的信號與該輸入端的為相反；“+

36、”為同相輸入端，表示運放輸出端的信號與 0 V 0 V 輸入端的相位相同。LM324 的引腳排列見圖 3.7。 由于 LM324 四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可作電源使用，價格低 廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。 14 3.5 電路原理 圖圖 3.8 電路原理圖電路原理圖 當分別每按下按鍵一次就會分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、正弦波，并且有數(shù)碼管會指示是 那種波形的序號。另外,發(fā)光二極管發(fā)光說明系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。 4 軟件設計 軟件設計上，根據(jù)功能分了幾個模塊編程。模塊主要有：主程序模塊、方波模塊、鋸 齒波模塊、正弦波模塊、延時子程序模塊等。 顯示波形模塊是利用 DAC0832 的

37、 8 位特點，把波形的數(shù)據(jù)以 8 位數(shù)據(jù)的形勢送進 CPU 中，只要一按鍵就能顯示波形。 15 4.1 主程序流程圖主程序流程圖 K1 按 1 次 輸出方波 K1 按 2 次 輸出鋸齒波 K1 按 3 次 輸出正弦波 開 始 Y Y Y N N N 圖圖 4.1 主程序流程圖主程序流程圖 本軟件設計過程中主要實現(xiàn)利用按鍵來控制不同波形的輸出，當按鍵 KEY1 按下 1 次 時，信號發(fā)生器就輸出方波；當按鍵 KEY1 按下 2 次時，信號發(fā)生器就輸出鋸齒波；當按 鍵 KEY1 按下 3 次時，信號發(fā)生器就輸出正弦波。通過按鍵可以以任意循環(huán)方式輸出不同 波形，數(shù)碼管上顯示的數(shù)字分別對應相應的波形。

38、按鍵 KEY2 按下時復位。 16 4.2 方波程序流程圖 開 始 置 DAC0832 口地址 4000H 00HA 輸出對應模擬量 延時 0FFHA 輸出對應模擬量 延時 圖圖 4.2 方波程序流程圖方波程序流程圖 方波產生首先將 DAC0832 口地址至為 4000H，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，從而得到方波。 17 4.3 鋸齒波程序流程圖 開始 #00HA （A）0832輸出 （A）=F0H？A+1A 置DAC0832口地址4000H N Y 圖圖 4.3 鋸齒波程序流程圖鋸齒波程序流程圖 鋸齒波

39、產生首先將 DAC0832 口地址至為 4000H，然后將 00H 送入寄存器 A 中， DAC0832 輸出 A 中的內容，當 A 中的內容等于 F0H 返回開始，當 A 中的內容不為 0FH 時，A 中的內容累加，從而輸出波形。 4.4 正弦波程序流程圖 開始 置0832口地址000H 查表格取數(shù)送0832 +1 取表格初值R100H 圖圖 4.4 正弦波程序流程圖正弦波程序流程圖 18 5 仿真結果 （1）系統(tǒng)工作狀態(tài)電路圖如下圖： 圖圖 5.1 按鍵狀態(tài)圖形按鍵狀態(tài)圖形 （2）方波波形如下圖： 圖圖 5.2 方波仿真波形方波仿真波形 19 （3）鋸齒波波形如下圖： 圖圖 5.3 鋸齒波

40、仿真波形鋸齒波仿真波形 （4）正弦波波形如下圖： 圖圖 5.4 正弦波仿真波形正弦波仿真波形 20 6 測試結論 （1）產生各種波形電壓輸出范圍及頻率如下）產生各種波形電壓輸出范圍及頻率如下： 方 波： VP-P min=2.8VT=10.8msF=92.59Hz VP-P max=3.4V 鋸齒波：VP-P min=2.2V T=4.6msF=217.36Hz VP-P max=4.6V 正弦波：VP-P min=2.8VT=9.2msF=108.69Hz VP-P max=3.4V 通過按鍵控制可產生方波、鋸齒波、正弦波，同時用數(shù)碼管顯示數(shù)字 0 代表系統(tǒng)處于 工作狀態(tài)，數(shù)字 1 代表方波

41、，數(shù)字 2 代表鋸齒波，數(shù)字 3 代表正弦波對應。所產生的波形 幅度范圍為 2.25V，頻率范圍為 92.59217.36Hz，波形準確并且平滑。在此范圍幅頻都 可微調。本系統(tǒng)設計簡單、性能優(yōu)良，具有一定的實用性。 (2) 示波器測試的波形示波器測試的波形 測試結果如圖所示： 方 波： 21 鋸齒波： 正弦波: 22 7 結束語結束語 本設計通過制作信號發(fā)生器，將幾個模塊很好的融合起來，對使用單片機設計低頻信 號發(fā)生器進行了分析，并介紹了基于單片機低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)硬件組成。并在單片機軟 件應用系統(tǒng)中，用 C 語言進行編程，對信號進行控。將程序通過仿真調試后，實現(xiàn)對信號 進行控制，通過 A/D

42、 轉換器，利用按鍵來控制不同波形的輸出，通過按鍵可以以任意循環(huán) 方式輸出不同波形，數(shù)碼管上顯示的數(shù)字分別對應相應的波形、最后實現(xiàn)低頻信號發(fā)生器 產生波形的功能。設計實現(xiàn)了方波、鋸齒波、正弦波產生，并且波形清晰、平滑；同時其 幅度、頻率可在一定的范圍可調。達到了設計的要求。從課題的選擇、方案的論證、電路 原理，到電路上元器件的焊接、電路的調試，程序的編寫，調試，一步步，最終實現(xiàn)設計 要求。 23 參 考 文 獻 1穆 蘭.單片微型機計算機原理及接口技術M.北京機械工業(yè)出版社. 2楊葉珍. 單片機與單片機入門(一)J. 電子制作 , 2005. 3王自力. S 波段頻率合成源的研制J. 安徽大學學

43、報(自然科學版) , 2004. 4李朝青.單片機原理及接口技術M. 北京航空航天大學出版社.2006. 5康華光,鄒壽彬.電子技術基礎（數(shù)字部分）M.高等教育出版社 2000. 6黃威, 白鳳山. 智能測試系統(tǒng)中頻率相位發(fā)生器的設計J. 內蒙古大學學報(自然科學版) , 2004. 7張俊謨.單片機原理與應用M.北京航空航天大學出版社.2006. 8 石云, 滕曰, 張瑞麗. 任意波形發(fā)生器設計中 TMS320VC5509A 的應用與探討J. 科技信息(科學教 研) , 2008. 9樓然苗,李光飛.單片機課程設計指導M. 北京航空航天大學出版社.2007. 10譚浩強.C 程序設計M.清華

44、大學出版社.2005. 11潘新明,王燕芳.微型計算機控制技術M.電子工業(yè)出版社.2006. 24 附 錄 （1） 源程序 #include /#include /nop 的頭文件/ /#include /共陰數(shù)碼管的表/ unsigned char code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f; / 1 2 3 unsigned char code stable= 80, 81, 83, 84, 86, 87, 89, 90, 92, 93, 95, 96, 97, 99, 100, 102, 103, 104, 106, 107, 108, 110, 111, 11

45、2, 113, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 123, 124, 125, 126, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 132, 133, 134, 134, 135, 135, 136, 137, 137, 137, 138, 138, 139, 139, 139, 139, 140, 140, 140, 140, 140, 140, 140, 140, 140, 140, 140, 139, 139, 139, 138, 138, 138, 137, 137, 136, 136, 135, 135, 134, 13

46、3, 133, 132, 131, 131, 130, 129, 128, 127, 126, 125, 124, 123, 122, 121, 120, 119, 118, 117, 115, 114, 113, 112, 111, 109, 108, 107, 105, 104, 103, 101, 100, 98, 97, 96, 94, 93, 91, 90, 88, 87, 85, 84, 83, 81, 80, 78, 77, 75, 74, 72, 71, 69, 68, 66, 65, 64, 62, 61, 59, 58, 57, 55, 54, 53, 51, 50, 49

47、, 47, 46, 45, 44, 43, 42, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 31, 31, 30, 29, 28, 28, 27, 26, 26, 25, 24, 24, 23, 23, 22, 22, 22, 21, 21, 21, 21, 20, 20, 20, 20, 20, 20, 20, 20, 20, 20, 21, 21, 21, 21, 22, 22, 22, 23, 23, 24, 24, 25, 25, 26, 27, 27, 28, 29, 30, 31, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39

48、, 40, 41, 43, 44, 45, 46, 47, 49, 50, 51, 52, 54, 55, 56, 58, 59, 61, 62, 63, 65, 66, 68, 69, 71, 72, 73, 75, 76, 78, 79 ; unsigned char time1; /延時函數(shù)參數(shù)/ /變量說明/ 25 unsigned char time2; unsigned char time3; unsigned char count; /函數(shù)說明/ void initial(void); /初始化函數(shù)/ /void initial_time0(void); /定時器 0 初始化 /

49、 void anjian(void);/按鍵函數(shù)/ void delay(unsigned char time1,time2,time3); /延時函數(shù)/ void disp(unsigned char count); /靜態(tài)顯示子函數(shù)/ void fangbo(void);/方波函數(shù)/ void juchibo(void);/鋸齒波函數(shù)/ void zhengxianbo(void);/正弦波函數(shù)/ void main (void) initial(); while(1) anjian(); /* /函數(shù)名稱：void anjian(void) /函數(shù)說明:按鍵函數(shù) /函數(shù)功能： / 注意：

50、 */ void anjian(void) if(P3_7=0) delay(1,50,248); if(P3_7=0) count=1; disp(count); fangbo(); while(P3_7=0); count=0; disp(count); anjian(); 26 /* /函數(shù)名稱：void fangbo(void) /函數(shù)說明:方波函數(shù) /函數(shù)功能： / 注意： */ void fangbo(void)/while(1)是個死循環(huán)看執(zhí)行一次多長時間*128 求算頻率，一個周期大約 3ms 多，這個頻率為 300hz 左右 while(1) unsigned char fa

51、ngbo_1; fangbo_1+; if(fangbo_1128 if(fangbo_1128)P2=0 xff; if(P3_7=0) delay(1,50,248); if(P3_7=0) count=2; disp(count); juchibo(); while(P3_7=0); /* /函數(shù)名稱：void juchibo(void) /函數(shù)說明:鋸齒波函數(shù) /函數(shù)功能： / 注意： */ void juchibo(void) while(1) unsigned char juchibo_2; if(juchibo_2=180)juchibo_2=0 x00; if(P3_7=0)

52、delay(1,50,248); if(P3_7=0) 27 count=3; disp(count); zhengxianbo( ); while(P3_7=0); /* /函數(shù)名稱：void zhengxianbo(void) /函數(shù)說明:正弦波函數(shù) /函數(shù)功能： / 注意： */ void zhengxianbo(void) while(1) unsigned char zhengxianbo_3; P2=stablezhengxianbo_3; zhengxianbo_3+; if(zhengxianbo_3=255) zhengxianbo_3=0; if(P3_7=0) delay

53、(1,50,248); if(P3_7=0) count=0; disp(count); anjian(); while(P3_7=0); /* /函數(shù)名稱：void initial(void) /函數(shù)說明:初始化函數(shù) /函數(shù)功能： / 注意： */ void initial(void) P0=0 xff; P1=0 xff; P2=0 xff; 28 P3=0 xff; /* /函數(shù)名稱：delay(unsigned char time1，time2，time3) /函數(shù)說明:延時函數(shù) /函數(shù)功能： /入口參數(shù):unsigned char time1，time2，time3 /出口參數(shù)： /

54、 注意：延時時間的計算：(time1*time2*time3*8us)us time1,time2,time3 可以不進行變量說明 */ void delay(unsigned char time1,time2,time3) unsigned char i,j,k; for(i=time1;i0;i-) for(j=time2;j0;j-) for(k=time3;k0;k-); /* /函數(shù)名稱：disp(unsigned char count) /函數(shù)說明:靜態(tài)顯示子函數(shù) /函數(shù)功能： /入口參數(shù):unsigned char count /出口參數(shù)： / 注意： */ void disp(

55、unsigned char count) P0=tablecount; delay(1,5,248); /* /函數(shù)名稱：void initial_time(void) /函數(shù)說明:定時器初始化 /函數(shù)功能： /注 意: */ /* void initial_time0(void) 29 unsigued char th,tl; TMOD=0 x01;/設置為定時器 0 方式 1/ th=(65536-50000)/256;/給定時器 0 賦初值/ tl=(65536-50000)%256; TH0=th; TL0=tl; TR0=1;/開啟定時器 0/ ET0=1;/開啟定時器 0 溢出中斷

56、/ EA=1;/開啟中斷總開關/ */ /* /函數(shù)名稱：void T0(void)interrupt 1 using 0(void) /函數(shù)說明:定時 t0 的中斷函數(shù) /函數(shù)功能： /注 意: */ /* void t0 (void)interrupt 1 using 1 TR0=0; TH0=th; TL0=tl; TR0=1; 30 （2） PCB 電路圖： （3） 硬件板電路圖所示如下： 31 （4） 單片機函數(shù)信號發(fā)生器元器件清單： 序號元件名稱型號與規(guī)格單位數(shù)量 1電阻R4 1K只1 2電阻R1 R2 RP1 10K只3 3電阻RV1 RV2 10K只2 4電阻R5 330只1

57、5電源插座白色只1 6電解電容C11 10UF只1 7磁片電容C3 30P只1 8磁片電容C4 30P只1 9磁片電容C1 C2 C5 C6 C7 C8 104只6 10二極管D1 LED只1 11二極管D2 IN4148只1 12數(shù)碼管數(shù)碼管只1 13集成電路LM324塊2 14晶振12M只1 15集成電路DAC0832塊1 16單片機AT89C51只1 17開關K1 K2只2 18線路板PCB塊1 32 致 謝 畢業(yè)設計的完成和論文的完成要感謝很多人。 首先要感謝學校給我提供了做這個系統(tǒng)的機會，感謝學校的各位領導和老師一直以來 對我的教導和幫助。 其次感謝黃老師，給我進行了很多的輔導，不僅

58、在技術上給了我很大幫助，也在系統(tǒng) 需求和設計方面給予了我很大幫助。黃老師的諄諄教導，使我受益匪淺。黃老師多次詢問 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。老師一絲不茍 的作風，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，給以終生受 益無窮之道。我對老師的感激之情是無法用言語表達的。 還要感謝我的同學，是你們在我平時設計和論文中與我一起探討問題，并指出我設計 上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設計順利的進行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣 順利地結稿，在此表示深深的謝意。 33 文獻綜述 1 信號發(fā)生器的發(fā)展 信號發(fā)生器即波形發(fā)生器，信號發(fā)生器是能夠產生大

59、量的標準信號和用戶定義信號， 并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復性和易操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的 相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點，不僅可以模擬各種復雜信號，還可對頻率、幅值、相移、 波形進行動態(tài)、及時的控制，并能夠與其它儀器進行通訊，組成自動測試系統(tǒng)，因此被廣 泛用于自動控制系統(tǒng)、震動激勵、通訊和儀器儀表領域。 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準波形，產生其它波 形時，需要采用較復雜的電路和機電結合的方法。這個時期的波形發(fā)生器多采用模擬電子 技術，而且模擬器件構成的電路存在著尺

60、寸大、價格貴、功耗大等缺點，并且要產生較為 復雜的信號波形，則電路結構非常復雜。同時，主要表現(xiàn)為兩個突出問題，一是通過電位 器的調節(jié)來實現(xiàn)輸出頻率的調節(jié)，因此很難將頻率調到某一固定值；二是脈沖的占空比不 可調節(jié)。 在 70 年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、A/D/和 D/A，硬件和軟件使波形 發(fā)生器的功能擴大，產生更加復雜的波形。這時期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實質是采 用微處理器對 DAC 的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。 90 年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價格的函數(shù)發(fā)生器、但是 HP 公司推出了型號為 HP770S 的信號模擬裝置系統(tǒng)，它由 HP8770A 任意波形數(shù)字化和