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1、基于EDA的数字频率信号源的设计摘 要当今是科技以及仪表设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的发展，给人们带来了根本性的转变。现代电子领域中，单片机的应用正在不断地走向深入，这必将导致传统控制与检测技术日益革新。单片机构成仪器具有高可靠性，高性价比，在智能仪表系统和办公自动化中得到广泛应用，因此，基于单片机的函数信号发生器普及是一种趋势。本文设计低频信号发生器，以 AT89C51 单片机为核心，通过键盘输入控制信号类型 和频率的的选择，采用 DA 转换芯片输出相应的波形，同时以液晶1602进行实时显示信号相关信息。采用C 语言进行编程，可实现方波，三角波，锯齿波和正弦波四种波形的产生，且
2、波形的频率可调。经测试该设计方案线路优化，结构紧凑，性能优越， 满足设计要求。【关键词】:数字信号源，AT89C51,模数转换，运放AbstractToday is the rapid development of science and technology as well as the rapid development of instrumentation information society, the development of electronic technology, has brought a fundamental change. In the modern electr
3、onic field, the application of the single chip computer is going deeper and deeper, which will lead to the change of the traditional control and detection technology. SCM constitute the instrument with high reliability, high cost, in the intelligent instrument system and office automation has been w
4、idely used, therefore, based on the function of MCU signal generator is a trend. In this paper, the design of low frequency signal generator, AT89C51 single-chip microcomputer as the core, through the keyboard input control the type and frequency of the signal, the DA conversion chip corresponding t
5、o the output waveform, also in 1602 LCD were real-time display signal related information. Using C language programming, can realize square wave, triangle wave, saw tooth wave and sine wave four kinds of waveform generation, and the frequency of the waveform can be adjusted. The design of the design
6、 of the line optimization, compact structure, superior performance, to meet the design requirements.【Key words】: Digital signal source, AT89C51, ADC, Op目 录一、引言11.1选题依据及意义11.2研究主要内容和方法11.3本文结构安排2二、系统整体方案设计32.1方案设计32.1.1信号发生模块32.1.2单片机控制模块32.1.3输出显示模块32.1.4键盘模块42.1.5电路设计最终方案42.2工作原理和系统基本框架4三、硬件设计63.1电
7、源模块设计63.2单片机最小系统63.3数模转换电路73.4按键模块83.5液晶显示模块93.6 运放驱动模块103.7 存储模块11四、软件设计124.1软件开发环境介绍124.2主函数程序设计124.3波形发生流程134.3.1正弦波发生子程序134.3.2矩形波发生子程序134.3.3三角波发生子程序144.3.4锯齿波发生子程序154.4按键程序设计164.5液晶显示子程序设计16五、调试过程17六、总结和展望20致 谢21参考文献22附 录231 硬件原理图232 源程序24毕业论文一、引言1.1选题依据及意义波形发生器在生活中发挥着越来越大的作用，传统的波形器通过硬件进行控制，如果
8、正弦波等多种波形通过555振荡电路产生，传统的波形就可以通过这种设计方式完成，但是这种方式在单片机应用中无法实现，这种方式在众多波形中质量较差，控制方式比较难，调试的范围比较小，体积较大和电路内部设施较为复杂等缺点，在社会发展的探索过程中，在工业控制，生物医学控制等领域需要较低频率的信号源，有硬件设施控制的波形达不到预想的效果，低频信号源需要很大的RC，大电阻和大电容设施在制作时非常困难，精度系数比较高，体积较大，容易漏电等缺点困扰着波形发生器的设计。电子技术在社会中不断发展，如今数字信号发生器的功能也向多样化发展，在社会中有了一定的可靠性。数字信号发生器在检测和实验领域扮演着必不可少的角色，
9、在通信、检测等领域意义重大。在生产、科研、教学、电子工程方面都是很好的工具，数字信号发生器有多种设计方法，有了越来越高超的设计技巧。随着我国的不断进步，对相应的测试仪器和手段有了更苛刻的要求，在众多检测仪器中发挥着至关重要的作用，开发数字信号发生器也具有了越来越重大的意义。传统的信号发生器基本都采用单片机或模拟电路，成本比较高制作方式较少种类不分明，制作相当复杂，无法准确可靠的制造出相应产品，无法在社会的发展中满足社会的需求。因此，更多的商家制作成本较少电路较为简单的发生器。1.2研究主要内容和方法本文将采用编程的方法来实现各种波形的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行设计和总结，
10、将程序存储到单片机的程序中。在程序运行时，在接受外界的指令时，需要输出某种波形时再中断波形的发生程序，经过电路数/模转换器和运算放大器等处理后，从输出端口输出相应的程序。本设计采用文献法和实验法对整个系统设计进行研究。其中，文献研究法是根据所选设计方向收集相关文献资料，了解数字频率信号源的发展现状。熟悉掌握C语言程序编写并对KeilVision4单片机仿真软件有自己的见解和认识。而实验法则是根据系统的功能要求，选择合适的控制芯片、检测元件；设计硬件电路图，焊接电路搭建硬件模型；设计软件控制的流程主要通过KeilVision4单片机仿真软件进行编程和调试。1.3本文结构安排文中首先介绍了本论文研
11、究的背景、意义和方法。在第2章首先介绍了系统方案选择组成，第3章介绍了系统的硬件设计以及器件选型，硬件中有电源，单片机中最小的系统，数模转换电路界面等。第4章是对软件设计方面的介绍，首先介绍了软件的编译仿真平台，然后是对程序主流程的介绍，以及各个程序模块的分析介绍。第五章是介绍系统的调试。二、系统整体方案设计2.1方案设计 2.1.1信号发生模块方案一：通过MAX038芯片组成电路来输出相应的波形。MAX038是通过精密高频波形来产生芯片，可以产生较为准确的波形。但是成本比较高，程序更为复杂。方案二：通过分立元件实现多谐振振荡器的非稳态性，然后加入所需求的积分电路构成多种波形的发生器。这种发生
12、器频率较窄，而且电路的设计较为复杂，可以通过硬件电路的适当转换来实现频率的大小测量，操作很复杂。 方案三：通过单片机和DAC0832数模转换器生成相应波形通过编程的方法来控制输入到数模转换电路的数字量，从而控制输出信号的波形和频率。他的特点是设计较为简单价格便宜，在低频的范围内属于稳定性较好操作较为简单的设施。通过比较，方案三可以充分的发挥其独特的优势来满足设计需求，电路简单价格低，所以采用该方案。2.1.2单片机控制模块方案一：AVR单片机。AVR不是一个简单的外设功能的叠加，但更多的模型以满足不同设计开发者的实际需要，同时可以提供一个低成本的OTP芯片。此外，AVR属于低耗能具有睡眠功能，
13、上电和掉电等功能的设备，占用空间小，成本低，安全技术也非常可靠，能够最大程度地满足开发者的实际要求。因此，在工业控制，AVR单片机被广泛的应用到各行各业的控制中，其稳定性、系统功耗等都为广大开发者认可。价格相比同性能产品在中上游水平。方案二：选择51系列的单片机价格较为低廉，内部设有51内核可实现低功耗高效能的八位单片机，还拥有4K字节Flash只读程序储存器，如此强大的微型计算机在工业控制系统中属于低价位高可靠的设备。它具有128字节，看门狗，两个16位定时和计数单位，一个两级中断结构，内部晶振和时钟电路。根据实际的需求，最终选择51系列单片机型号为AT89C51，此设备价格低廉操作简单。2
14、.1.3输出显示模块方案一：用数码管进行显示。数码管的显示速度比较快，使用较为简单，现实效果简单明了，从而得到了各方的使用。但是我们需求的是低频率和指定的波形类型。用此设备并不能完全的展示丰富的内容，因此放弃了此方案。方案二：用LCD液晶进行显示。LCD可以清晰丰富的显示内容，信息量充足，使用简单，在各方得到了广泛的应用。我们采用LCD1602液晶来显示英语字母和数字，能够满足显示要求，可以选择此方案。2.1.4键盘模块方案一： 采用独立式按键电路，每个按键都有自己独特的功能，都占有一个I/O接口，每个接口的功能互不影响，直接扫描此类键盘端口。但是按键较多，比较占用单片机的I/O接口，但是电路
15、设计比较简单，编程比较容易。方案二：采用矩阵式键盘，键盘为4*4矩阵式行列扫描，优点是当按键较为多时，可以尽量少占用I/O的数目。对于此系统，由于按键数目不多，故采用方案一。2.1.5电路设计最终方案本系统包括主控模块，显示模块，信号发生模块，键盘模块，运放模块，综上各方案所述，确定最终设计方案为：用AT89C51作为主控制系统，LCD液晶作为显示部分，独立式按键成为键盘模块。DAC0832作为信号的发生模块，LM324作为电流电压的放大模块。2.2工作原理和系统基本框架 虚拟信号可通过数/模转换器对数字信号进行转换来实现，因此，用数字信号转换成模拟信号可获得相应的波形。在本设计中，AT89C51是核心部分，其中含有数字/模拟转换电路、电流/电压转换放大电路、按键电路、LCD液晶显示电路和晶振电路。12MHz晶振来提供工作脉冲。P1接LED显示电路，用来显示波形类型的频路和大小；P0接DAC0832的D10D17，来提供相应的数字信息；P2.0P2.4外接独立键盘，控制不同信号的类型和频率等；P3部分口作为LCD的控制
