課程設(shè)計(jì)——基于單片機(jī)的低頻信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、集成電路課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的低頻信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)院 系：專 業(yè)：學(xué) 號(hào)： 姓 名：指導(dǎo)教師：報(bào)告提交日期： 2010 年 9 月目 錄摘要1關(guān)鍵詞11 引言2 1.1 本課題研究的現(xiàn)狀2 1.2 選題及其意義22 低頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求4 2.1 功能要求4 2.2 技術(shù)指標(biāo)43 系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃 5 3.1 設(shè)計(jì)方案比較5 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理5 3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想64 主要元器件介紹7 4.1 STC80C52簡(jiǎn)介 7 4.1.1 STC80C52結(jié)構(gòu) 7 4.1.2 管腳說(shuō)明 7 4.2 DAC0832簡(jiǎn)介 9 4.2.1 工作原理 9 4.2.2 引腳圖及其功能 9 4.3 字符液晶LC

2、D1602簡(jiǎn)介 105 信號(hào)發(fā)生器硬件設(shè)計(jì)12 5.1 硬件原理框圖12 5.2 主控電路12 5.3 數(shù)/模轉(zhuǎn)化及放大電路13 5.4 鍵盤(pán)接口電路14 5.5 時(shí)鐘電路15 5.6 顯示電路166 信號(hào)發(fā)生器軟件設(shè)計(jì)177 信號(hào)發(fā)生器的實(shí)物圖及其輸出波形展示18 7.1 正弦波測(cè)試18 7.2 方波測(cè)試19 7.3 三角波測(cè)試20 7.4 鋸齒波測(cè)試208 結(jié)束語(yǔ)22參考文獻(xiàn)23致謝24附錄25基于單片機(jī)的低頻信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)摘 要：信號(hào)發(fā)生器是一種用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的電子儀器，它廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)、科研和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域中。本系統(tǒng)是基于STC80C52單片機(jī)的數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器。采用STC80

3、C52單片機(jī)作為控制核心，外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路(DAC0832)、運(yùn)放電路(LM324)、按鍵和LCD顯示電路等。通過(guò)按鍵可以控制產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波并且實(shí)時(shí)改變輸出波形的頻率和幅度，同時(shí)用LCD顯示輸出的波形名稱、頻率和幅度。關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生器，單片機(jī)，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路，頻率，幅度Design of Low Frequency Signal Generator Based on MCU Abstract: Signal generator is the electronic instruments used to produce the standard signal.

4、It is widely used in many fields such as industrial production, scientific research and defense. The system is a digital low frequency signal generator based on MCU(STC80C52). As the control microcontroller core, the system is composed by digital/analog conversion(DAC0832), imply circuit(LM324), but

5、tons and LCD. It can generate the square, sine, triangle and sawtooth wave. Whats more, the frequency and amplitude of these signals are under the real time transformation by the buttons. At the same time, the type, frequency and amplitude of the waveform can be displsyed by LCD. Keywords: signal ge

6、nerator, MCU, digital/analog conversion circuit, frequency, amplitude1引言 能夠產(chǎn)生各種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為信號(hào)發(fā)生器1。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器。它在通信、廣播、電視系統(tǒng)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)都有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中有著必不可少的地位1。 1.1 本課題的研究現(xiàn)狀信號(hào)發(fā)生器可以構(gòu)成獨(dú)立的信號(hào)源，也可以是高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀以及自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的組成部分。信號(hào)發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)是多種高性能儀器的支撐技術(shù)，因?yàn)樗軌蛱峁└哔|(zhì)量的精密信號(hào)源及掃頻源，可使相應(yīng)

7、的系統(tǒng)檢測(cè)過(guò)程大大簡(jiǎn)化，降低檢測(cè)費(fèi)用并且極大的提高了檢測(cè)精度。信號(hào)發(fā)生器的總體趨勢(shì)將向著高頻率覆蓋、高頻率精度、多功能、多用途、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。目前，市場(chǎng)上的信號(hào)發(fā)生器多種多樣，一般按照頻帶分為以下幾種： (1)超高頻：頻率范圍為1MHZ以上，可達(dá)幾十兆赫茲。 (2)高頻：幾百KHZ到幾百M(fèi)HZ。 (3)低頻：頻率范圍為幾十HZ到幾百KHZ。 (4)超低頻：頻率范圍為零點(diǎn)幾赫茲到幾百赫茲1。 超高頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生波形一般用LC振蕩電路。高頻、低頻和超低頻信號(hào)發(fā)生器，大多使用文氏橋振蕩電路，及RC振蕩電路，通過(guò)改變電阻和電容值來(lái)改變頻率6。用以上原理設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器，其輸出波一般只有兩種

8、，即正弦波和脈沖波，其零點(diǎn)不可調(diào)，而且價(jià)格比較貴，一般在幾百元左右。在實(shí)際應(yīng)用中，超低頻和高頻波一般是不用的。采用單片機(jī)STC80C52，加上一片DAC0832就可以做成一個(gè)簡(jiǎn)單的信號(hào)發(fā)生器，加上按鍵電路、顯示電路及放大電路，就可以實(shí)現(xiàn)頻率幅值可調(diào)。這樣的信號(hào)發(fā)生器體積小，價(jià)格便宜，耗電少，頻率適中，便于攜帶。 1.2 選題及其意義 信號(hào)發(fā)生器是一種經(jīng)常使用的設(shè)備，由純粹的物理器件構(gòu)成的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在許多弊端，如體積大、重量大、移動(dòng)不夠方便、信號(hào)失真較大、波形種類過(guò)于單一、波形形狀調(diào)節(jié)過(guò)于死板，無(wú)法滿足用戶對(duì)精度、便攜性、穩(wěn)定性等要求，研究設(shè)計(jì)出一種具有穩(wěn)定頻率、準(zhǔn)確、波形質(zhì)量好、便攜性好等

9、特點(diǎn)的信號(hào)發(fā)生器具有較好的市場(chǎng)前景，以滿足軍事和民用對(duì)信號(hào)源的要求。 本設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是學(xué)習(xí)運(yùn)用單片機(jī)的外圍硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)，了解DAC0832的數(shù)模轉(zhuǎn)換原理及其其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)利用單片機(jī)STC80C52和8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832共同實(shí)現(xiàn)正弦波、方波、三角波和鋸齒波這四種常見(jiàn)波形的產(chǎn)生，并且通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)波形的切換、頻率和幅值調(diào)節(jié)。其輸出的頻率范圍為50HZ至100HZ。 在無(wú)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)發(fā)生器時(shí)，本設(shè)計(jì)可以作為簡(jiǎn)單的函數(shù)發(fā)生器使用。本次設(shè)計(jì)力求在成本較低廉的前提下完成，性能指數(shù)都不是很高。通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)掌握了單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)過(guò)程和基本信號(hào)產(chǎn)生原路、測(cè)量及誤差分析方法，同

10、時(shí)掌握了信號(hào)發(fā)生器的開(kāi)發(fā)流程，培養(yǎng)了綜合運(yùn)用所學(xué)的基本知識(shí)、基本理論和基本技能的能力，學(xué)習(xí)解決一般工程技術(shù)和有關(guān)專業(yè)問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究的基本方法，完成對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合訓(xùn)練。 2低頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求 2.1 功能要求 1.波的輸出頻率范圍：下限頻率50HZ，上限頻率為100HZ 2.輸出波中不能產(chǎn)生尖峰干擾 3.按鍵可前后切換波形 4.按鍵可上下調(diào)節(jié)頻率 5.按鍵上下可調(diào)節(jié)幅值 6.利用LCD液晶顯示輸出波的名稱、頻率和幅值 2.2 技術(shù)指標(biāo) 1.波形失真度：5% 2.LCD1602顯示3信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)規(guī)劃 3.1 設(shè)計(jì)方案比較信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案可用多種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)前

11、對(duì)各種方案進(jìn)行比較：方案一：用車分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波到正弦波以及集成運(yùn)放組成的電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器。波形不換的原理是利用差分放大器的傳輸特性曲線的非線性，傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)域越窄越好；三角波的幅度應(yīng)正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截止區(qū)域2。方案二：用三極管折線近似電路以及集成電路的運(yùn)放組成的電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器。根據(jù)二極管折線近似電路實(shí)現(xiàn)三角波正弦波的變換頻率調(diào)節(jié)部分設(shè)計(jì)時(shí)，可先按三個(gè)頻段給定三個(gè)電容值：1000pF、0.01uF、0.1uF然后再計(jì)算R的大小3。手控與壓控部分的線路要求更換方便。方案三：利用單片機(jī)STC80C52和8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832共同實(shí)現(xiàn)正弦波、方波、三角波和

12、鋸齒波這四種常見(jiàn)波形的發(fā)生，并且可以接受外部按鍵來(lái)切換波形，調(diào)節(jié)頻率和幅值?？尚行苑治觯荷厦嫒N方案中，方案一與方案二中三角波正弦波部分原理雖然不一樣，但是他們有共同的地方就是都要搭建波形變換電路圖4。而方案三利用單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較高的可靠性，系統(tǒng)的擴(kuò)展和系統(tǒng)的配置靈活方便。容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟硬件利用參數(shù)。單片機(jī)具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)，而且設(shè)計(jì)時(shí)間短，成本低，可靠性高。 綜上所述我們選擇了第三種設(shè)計(jì)方案。 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，因此可以通過(guò)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方法獲得所需要的波形。單片機(jī)本

13、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)的各個(gè)組成部分：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1，只要將單片機(jī)在配置鍵盤(pán)及其接口、顯示器及其接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及放大電路，則可實(shí)現(xiàn)波形的輸出，即構(gòu)成所需的信圖1 系統(tǒng)原理框圖號(hào)發(fā)生器，其原理框圖如圖1所示。單片機(jī)是整個(gè)波形發(fā)生的核心部分，通過(guò)程序的編寫(xiě)和執(zhí)行，產(chǎn)生各種各樣餓波形，并且通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行各種波形的切換，并且實(shí)現(xiàn)波形的頻率和幅度大小的調(diào)節(jié)。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)換為模擬信號(hào)，即輸出所需的波形。 3.3 設(shè)計(jì)思想(1) 將一個(gè)周期的信號(hào)分離成256個(gè)

14、點(diǎn)(按X軸等分)，每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T(mén)，用單片機(jī)定時(shí)產(chǎn)生，其表示式為：T=T256。如果單片機(jī)的晶振為12MHZ，采用定時(shí)方式1，則定時(shí)器初值為：X=216 -T/Tosc1。(2) 為了實(shí)現(xiàn)調(diào)整幅度，將一個(gè)周期的256個(gè)信號(hào)點(diǎn)分為四等分，每1/4周期的信號(hào)點(diǎn)為64個(gè)，調(diào)整幅度的時(shí)候可以將這1/4周期的點(diǎn)的幅度同時(shí)增大或者減小。(3) 對(duì)于生出的四種波形分別用波形生成器生成四個(gè)不同的波表。4主要元器件的介紹 4. 1 STC80C52簡(jiǎn)介 4.1.1 STC8052結(jié)構(gòu) 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示圖2 STC80C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中，STC80C52用于產(chǎn)生波形的數(shù)字信號(hào)，并控制信號(hào)的

15、頻率和幅。STC80C52是一種帶4K字的程序存儲(chǔ)器的低電壓、高性能的COMS8位微處理器，又稱單片機(jī)。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)按功能可分為8個(gè)組成部分：微處理器(CPU)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，程序存儲(chǔ)器(ROM/EPROM)、特殊功能寄存器(SFR)、并行I/O口、串行通信口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及中斷系統(tǒng)4。本系統(tǒng)選擇STC80C52作為主控芯片，不僅滿足系統(tǒng)要求而且比較廉價(jià)，從功能實(shí)現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)雙方面考慮，選擇是非常合理的。 4.1.2 管腳說(shuō)明 單片機(jī)引腳圖如圖3所示。 P0口：P0口作為一個(gè)雙向8位三態(tài)I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可以直接連接外部I/O設(shè)備。它是地址總線低8位和數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用口，

16、可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用。當(dāng)P0腳第一次寫(xiě)入1時(shí)，被定義為高阻輸入4。 P1口：P1為8位準(zhǔn)雙向I/O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或者輸出線(作為輸入口時(shí)，口鎖存器必須置1)，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。 P2口：P2口為8位準(zhǔn)雙向I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可以直接連接外部I/O設(shè)備。它是地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線高8位使用。 P3口：P3口為8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，用

17、于鎖存地址的低位字節(jié)。在編程期間時(shí)，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可作為外部輸出脈沖或是用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載4。 PSEN：此輸出為單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。該口同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載5。圖3 STC80C52引腳圖 EA/VPP：當(dāng)EA保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)的是內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但當(dāng)PC值超過(guò)某值時(shí)

18、，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器而只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器4。 4. 2 DAC0832簡(jiǎn)介 4.2.1 工作原理 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。 在設(shè)計(jì)中，DAC0832主要用來(lái)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。DAC0832是8位D/A芯片，片內(nèi)帶數(shù)據(jù)鎖存器，電流輸出。該系列產(chǎn)品包括DAC0830、DAC0831、DAC0832，它們可以完全相互代換。它由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路組成5。圖4 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu) DAC0832可以有三種工作方式： 1、單緩沖方式 若應(yīng)用系統(tǒng)中只有一路D/A轉(zhuǎn)換或雖然有

19、多路轉(zhuǎn)換，但并不要求各路信號(hào)同步輸出時(shí)，則采用單緩沖方式來(lái)接口。方法是：使鎖存器和DAC寄存器同時(shí)接收數(shù)據(jù)4。 2、雙緩沖方式 當(dāng)多路D/A信號(hào)要求同步輸出時(shí)，則采用雙緩沖方式。方法是：分別使其輸入鎖存器接收數(shù)據(jù)；同時(shí)傳送數(shù)據(jù)到其 DAC寄存器，以實(shí)現(xiàn)多路轉(zhuǎn)換同步輸出4。 3、直通方式 所有控制信號(hào)均有效，適宜于連續(xù)控制時(shí)。 4.2.2 引腳圖及其功能 各引腳如圖分布如圖5所示。 DI7DI0：8位數(shù)據(jù)輸入端，DI7為最高位。 IOUT1：模擬電流輸出端1，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時(shí)，輸出電流為0。 IOUT2：模擬電流輸出端2，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)

20、據(jù)全為1時(shí)，輸出電流最大，IOUT1和IOUT2的和為一個(gè)常數(shù)6。 RFB：反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以RFB端可以直接圖5 DAC0832引腳圖到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接到運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。 VREF：參考電壓輸入端，此端可接一個(gè)正電壓，也可以接一個(gè)負(fù)電壓，它決定0 至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)換出來(lái)的模擬電壓值的幅度。 4.2.3字符液晶LCD1602簡(jiǎn)介 字符液晶顯示器根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等，這里介紹常用的1602液晶模塊,可以顯示2行每行16個(gè)字符。LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其引

21、腳圖如圖6所示。其中: VSS：地電源 VDD：接5V正電源 VEE：液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。圖6 LCD1602引腳圖 EN：使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 D0D7：8位雙向數(shù)據(jù)線。 RS：寄存器選擇，1：選擇數(shù)據(jù)寄存器，0：選擇指令寄存器。 RW：讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。RS=0，RW=0：寫(xiě)入指令或者顯示地址，RS=0，RW=1：讀忙信號(hào)，RS=1，RW=0：寫(xiě)入數(shù)據(jù)5。5信號(hào)發(fā)生器硬件設(shè)計(jì) 5.1 硬件原理框圖 硬件

22、原理框圖如圖7所示圖7 系統(tǒng)硬件原理框圖 5.2 主控電路 單片機(jī)STC80C52內(nèi)部設(shè)置兩個(gè)16為可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，它們具有計(jì)數(shù)方式和定時(shí)方式兩種工作方式以及4中工作模式。在信號(hào)發(fā)生器中，將其作為定時(shí)器使用，用來(lái)精確地確定波形的兩個(gè)采樣點(diǎn)輸出之間的延時(shí)時(shí)間。模式1是采用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。 中斷系統(tǒng)是使處理器具有對(duì)外界異步事件的處理而設(shè)置的。當(dāng)中央處理器CPU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)向處理這個(gè)緊急事件。在信號(hào)發(fā)生器中，只要片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出時(shí)產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求，即在

23、單片機(jī)輸出一個(gè)波形的采樣點(diǎn)信號(hào)后，接著啟動(dòng)定時(shí)器，在定時(shí)器未產(chǎn)生中斷之前，單片機(jī)等待，直到定時(shí)器計(jì)數(shù)結(jié)束后，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)中斷，接著輸出下一個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)，如此循環(huán)產(chǎn)生所需的信號(hào)波形。主控電路如圖8所示。其中P0口用于輸出數(shù)字信號(hào)，輸入DAC0832后經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出相應(yīng)的電壓，生成相應(yīng)的波形。P2口用于液晶的數(shù)據(jù)輸入口，使得液晶能夠顯示出此刻輸出波形的類型、頻率以及幅值。P3.0到P3.5口用于鍵盤(pán)檢測(cè)，當(dāng)單片機(jī)接收到鍵盤(pán)的輸入后可以產(chǎn)生相應(yīng)的操作，達(dá)到切換波形，調(diào)整頻率和幅值。P1.5到P1.7口用于液晶的控制端口，用于操作液晶顯示。其中主控電路還包括復(fù)位電路和時(shí)鐘電路，晶振選用

24、12MHZ的。圖8 主控電路 5.3數(shù)/模轉(zhuǎn)換及放大電路 由于單片機(jī)產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào)，要想的到所需的波形，數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所以選用價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易并且具有8位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832。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。但實(shí)際上，DAC0832輸出的電量也不是真正能夠聯(lián)系可調(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。DAC0832是電流型輸出，在運(yùn)用時(shí)應(yīng)該利用外界運(yùn)放使之成為電壓型輸出7。 數(shù)/模轉(zhuǎn)換及放大電路如圖9所示。由于此電路只有單通道，所以選用的是DAC0832的單緩沖方式應(yīng)用接口電路

25、。 其中輸出波經(jīng)過(guò)了濾波和二級(jí)放大才得到最終的波形。圖9 數(shù)/模轉(zhuǎn)換及放大電路 5. 4鍵盤(pán)接口電路 按鍵接口電路如圖10所示。 這種特殊的接法為了避免按鍵與單片機(jī)相連時(shí)出現(xiàn)不確定狀態(tài)。當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，單片機(jī)與鍵盤(pán)接口對(duì)應(yīng)的I/O輸入為高電平；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)下拉，使得單片機(jī)接口輸入為低電平，因而可以產(chǎn)生相應(yīng)的操作。 當(dāng)按下S1鍵時(shí)，每按一次則輸出波形頻率加1HZ，當(dāng)頻率達(dá)到100HZ時(shí)，再按一次則還原為50HZ，當(dāng)按下S2鍵時(shí)，每按一次則輸出波形頻率減1HZ，當(dāng)頻率達(dá)到50HZ時(shí)，再按一次，則頻率變?yōu)?00HZ。按鍵S3和S4分別進(jìn)行波形的正反向切換，時(shí)輸出端口輸出不同的波形：正弦

26、波、鋸齒波、方波、三角波。S5和S6分別進(jìn)行幅度正方向調(diào)節(jié)，本設(shè)計(jì)總共設(shè)置了四種幅度的檔位選擇。圖10 鍵盤(pán)接口電路 5.5 時(shí)鐘電路 單片機(jī)有兩個(gè)引腳(XTAL1，XTAL2)用于外接石英晶體和微調(diào)電容，從而構(gòu)成時(shí)鐘電路，其電路圖如圖11所示。電容C1和C2對(duì)振蕩頻率有穩(wěn)定作用，其電容量選擇為30pf ,振蕩器的選擇頻率為12MHZ的石英晶體。由于頻率較大時(shí)，三角波、正弦波、鋸齒波中每一點(diǎn)的延時(shí)時(shí)間只有幾微妙，故延時(shí)時(shí)間還要加上指令時(shí)間才能獲得較大的頻率波形。圖11 時(shí)鐘電路5.6顯示電路 顯示電路如圖12所示。圖12 液晶顯示模塊電路顯示電路時(shí)用來(lái)顯示波形信號(hào)的頻率和幅度以及輸出波形的類型

27、，使得系統(tǒng)更加的合理。從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，選用LCD1602比較合理。6 信號(hào)發(fā)生器軟件設(shè)計(jì) 程序流程圖如圖12所示。 本程序的子程序選擇是通過(guò)鍵盤(pán)的輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在取得按鍵值之后啟動(dòng)相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，再直接根據(jù)查詢值來(lái)切換波形以及實(shí)現(xiàn)幅度和頻率的調(diào)整。圖13 系統(tǒng)軟件流程圖7 信號(hào)發(fā)生器的實(shí)物圖及其輸出波形展示 通過(guò)前面的軟硬件設(shè)計(jì)以后，整個(gè)電路的設(shè)計(jì)基本完成，系統(tǒng)在以Proteus7.2這款軟件為平臺(tái)，對(duì)正弦波、方波、鋸齒波和三角波進(jìn)行了仿真與測(cè)試，通過(guò)仿真證明了電路軟硬件設(shè)計(jì)的正確性。最后就是進(jìn)行焊接實(shí)物圖并且測(cè)試實(shí)物圖的正確性。 系統(tǒng)硬件的整體實(shí)物圖如圖14所示。圖14 系統(tǒng)硬件的整體

28、實(shí)物圖 7. 1 正弦波的測(cè)試 正弦波的測(cè)試如圖15所示。 此波的幅度可調(diào)整，有四個(gè)幅度檔位。頻率可調(diào)，頻率的調(diào)節(jié)范圍為50HZ至100HZ，按鍵每按一次，則頻率可加減1HZ。并且可以通過(guò)液晶顯示詳細(xì)信息。波形的缺陷在于在峰值處由于點(diǎn)的疊加造成有少許重疊，不過(guò)，不影響整體的完整性，失真也較小。如圖顯示的是幅度第三檔位，頻率為50HZ的波形。圖15 正弦波的實(shí)物測(cè)試 7. 2 方波的測(cè)試圖16 方波的實(shí)物圖測(cè)試 方波的測(cè)試如圖16所示。 此波的幅度可調(diào)整，有四個(gè)幅度檔位。頻率可調(diào)，頻率的調(diào)節(jié)范圍為50HZ至100HZ，按鍵每按一次，則頻率可加減1HZ。并且可以通過(guò)液晶顯示詳細(xì)信息。失真較小。如圖

29、顯示的是幅度第四檔位，頻率為50HZ的波形。 7. 3 三角波的測(cè)試 三角波的測(cè)試如圖17所示。 此波的幅度可調(diào)整，有四個(gè)幅度檔位。頻率可調(diào)，頻率的調(diào)節(jié)范圍為50HZ至100HZ，按鍵每按一次，則頻率可加減1HZ。并且可以通過(guò)液晶顯示詳細(xì)信息。波形失真也較小。如圖顯示的是幅度第四檔位，頻率為50HZ的波形。圖17 三角波的測(cè)試 7. 4 鋸齒波的測(cè)試 鋸齒波的測(cè)試如圖18所示。 此波的幅度可調(diào)整，有四個(gè)幅度檔位。頻率可調(diào)，頻率的調(diào)節(jié)范圍為50HZ至100HZ，按鍵每按一次，則頻率可加減1HZ。并且可以通過(guò)液晶顯示詳細(xì)信息。波形的失真較小。唯一缺陷在于有一點(diǎn)圓角造成失真。如圖顯示的是幅度第三檔位

30、，頻率為50HZ的波形。圖18 鋸齒波的測(cè)試8 結(jié)束語(yǔ)這種基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)展現(xiàn)出很好的性能，而且有著較高的性價(jià)比。此外，它產(chǎn)生的波形也模擬電路波形相比，波形有著更好的平滑性，其周期也更加穩(wěn)定。應(yīng)經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用到各種電子設(shè)備中，給人們?nèi)粘５纳顜?lái)了極大的方便。由于我個(gè)人的所學(xué)知識(shí)有限，此次設(shè)計(jì)中的低頻信號(hào)發(fā)生器也有其不足之處，有些指標(biāo)還有待提高，例如可調(diào)頻率的范圍不夠?qū)?，沒(méi)法提高到更高的頻率，同時(shí)，其幅度并不是連續(xù)可調(diào)，只有四個(gè)檔位。我將會(huì)在今后的學(xué)習(xí)中更加踏實(shí)地學(xué)好各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。參 考 文 獻(xiàn)1 程全. 基于AT89C52實(shí)現(xiàn)的多種波形發(fā)生器設(shè)計(jì)J. 周口師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2005.

31、22(5)：5758.2 華成英，童詩(shī)白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)M. 北京：高等教育出版社.2006.3 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版)M. 北京:高等教育出版社.2006.4 楊恢先，黃輝先. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 北京：人民郵電出版社.2009.5 張道德. 單片機(jī)接口技術(shù)(C51版)M. 北京：中國(guó)水利水電出版社.2008.6 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第四版)M. 北京：高等教育出版社.2000.7 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第四版)M. 北京：高等教育出版社.2006.致 謝 本文的研究工作是在唐明華教授的悉心指導(dǎo)、幫助和督促下完成的。唐老師無(wú)論是在授課和指導(dǎo)課

32、程設(shè)計(jì)過(guò)程中都做到一絲不茍、嚴(yán)格要求，他的積極負(fù)責(zé)給我留下了深刻的印象，他身上的這種精神將稱為我以后人生的寶貴的精神財(cái)富，我衷心地感謝他。 同時(shí)我想感謝提供我良好的研究環(huán)境和實(shí)踐條件的各位研究生學(xué)長(zhǎng)們，是你們給予了我大量的指導(dǎo)和支持。 在本文完成之際，謹(jǐn)向?yàn)槲覂A注了大量心血的指導(dǎo)老師及幫助過(guò)我我老師學(xué)長(zhǎng)和同學(xué)們表示最誠(chéng)摯的感謝和深深地敬意！附 錄程序部分代碼：#include#includemain.hvoid init_timer0()EA=1;ET0=1;AUXR=AUXR|0x80;TH0=TM0H;TL0=TM0L;TMOD=0x01;void init_ccap0()CMOD=0X0

33、8;CL=0;CH=0;CCAP0L=0XC0;CCAP0H=0XC0;CCAPM0=0X42;void timer_0(void) interrupt 1ET0=0;TH0=TM0H;TL0=TM0L;if(slec=1)CCAP0H=mul*sinindex;P0=mul*sinindex;else if(slec=2)CCAP0H=mul*squindex;P0=mul*squindex;else if(slec=3)CCAP0H=mul*triindex;P0=mul*triindex;else if(slec=4)CCAP0H=mul*sawindex;P0=mul*sawindex;index+;if(index=255)index=0;ET0=1;void main()unsigned char key,k;wr=0;TM0H=0Xfc;TM0L=0Xbf;init_ccap0