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1、基于单片机的波形发生器设计许启动（陕理工物理与电信工程学院电子信息科学与技术专业1203班，陕西汉中 723001）指导教师：宋卫星摘要本设计采用一块 STC89C51 单片机和一块 DAC0832产生所需要的不同波形，也就是说用单片机（STC89C51）当作控制核心，在单片机外部用D/A电路（DAC0832）、运算放大电路（LM358）、按键与LCD 液晶显示电路等，通过控制按钮可控制产生多种波形（包括方波、三角波、正弦波），然后用LCD液晶显示器将所产生的波形进行显示。本设计所采用的系统设计比较简单、性能较为优良、性价比相对较高，可用于很多种需要低频信号的场所，具有很高的实用性。关键词信号
2、源；单片机；DAC0832Design of waveform Generator Based on single chip microcomputerXuQidong（Grade12,Class3,Major Electronic Information Science and Technology,Physics Dept.,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi）Tutor: SongWeixingAbstract: This article by design of system is using STC89C5
3、1 single tablets machine and array die conversion devices DAC0832 produced by required different signal of low frequency signal source, is used STC89C51 single tablets machine as control core, and in perimeter used digital/simulation conversion circuit (DAC0832), and operational amplifiercircuit (LM
4、358), and press and LCD display lamp circuit, by press can control produced square, and sawtooth wave, and triangle wave, and sine wave, while with LCD display lamp indicates corresponds of waveform output.This simple system designed by design, excellent performance, cost-effective, places with low
5、frequency signal source can be used for a variety of needs, with a certain degree of practicality.Keywords: Signal source, Single Chip Micyoco(SCM), Digital to nalog converter目 录1引 言11.1 选题目的及研究意义11.2 波形发生器的发展现状11.3 波形发生器的发展趋势11.4 本设计初步思路12系统总体方案设计22.1 概述22.2 系统硬件设计方案22.3 系统软件设计方案33波形发生器硬件设计43.1 D/A
6、转换器43.1.1 D/A转换器的主要技术指标43.1.2 DAC0832转换器43.2 单片机的选择53.2.1 单片机及其外围电路的设计53.2.2 复位电路73.2.3 时钟电路83.2.4 键盘输入电路设计83.3 显示电路的设计83.4放大电路的设计94波形发生器软件设计104.1主程序流程图104.1.1方波产生设计114.1.2 三角波产生设计114.1.3 正弦波产生设计124.2 幅值及频率的控制125 电路仿真及系统调试135.1设计仿真演示135.2系统调试145.2.1 硬件调试155.2.2 软件调试155.2.3 波形发生器的系统联调156结束语15致 谢15参考文
7、献16附录A 基于单片机的波形发生器电原理图17附录B的基于单片机的波形发生器程序18附录C 波形发生器元器件清单261引 言1.1 选题目的及研究意义波形发生器是一种信号源，它被广泛用于电子电路、自动控制和科学试验等这些领域。例如：测量电参量、雷达、通信、电子对抗与电子系统、宇航和遥控遥测技术等等，所以可以说高质量的信号源是高性能指针实现的关键，许许多多的现代电子仪器设备和许多系统功能的实现都得取决于其信号源的性能，因此可以说高质量的信号源是诸多电子系统的“命脉”。伴随着通信技术以及雷达技术的快速发展，对信号源的一些性能（例如频率稳定度、频谱的纯度、频率的范围、其输出频率的个数以及信号波形的
8、形状）提出了更多的要求。为了提升它的输出频率稳定度，我们可以运用晶体振荡器等一系列方法来解决。为满足频率个数多此要求，可采用合成频率技术，也就是说通过对频率进行一系列数学运算（加、减、乘、除），能从一个稳定度以及准确度都很高的标准频率源，产生足量的具有同一稳定度跟准确度的不同的频率。1.2 波形发生器的发展现状时至今日，市场上可见的信号发生器数量众多，其功能也是多样化。一般情况下，我们按照频带可以分为以下几种：1） 超高频信号发生器2） 高频率信号发生器3） 低频信号发生器4） 超低频信号发生器为了产生所需的波形，我们通常会用到的是LC振荡电路。也就是我们所说的高频率、低频率以及超低频率的信号
9、发生器，以上提到的这些发生器，它们所使用的都是“文氏桥振荡”电路，也就是我们所讲的RC 振荡电路，它的原理是通过改变电路中的电容以及电阻值的大小，从而改变频率值。用前面所说的原理设计出来的信号发生器，它能够输出的波形一般有且只有两种，就是我们比较熟悉的正弦波和脉冲波，它的零点是没办法调整的，并且价格相当昂贵。但是在这里要提出的一点是，在实际应用中，超低频率波和高频率波一般是不会用到的，我们只会用到中高频，也就是频率处于几十HZ 到几MHZ之间。用单片机 STC89C51，加上一片 DAC0832，就可 以完成一 个简单 信号 发生器的设计，其频 率受单片 机运行 的程序 的控制。可以把 产生各
10、 种波形 的程序，写在 ROM 中，装入 本机，按用户 的选择，运行 不同的 程序，产生不 同的波形。再在 DAC0832 输出端 加上一些电 压变换 电路，就完成了一个 频率、幅 值、零点均 可调的多 功能信 号发生 器的设计。 这样的机 器体积小， 价格便 宜，耗电少 ，频率适 中。1.3 波形发生器的发展趋势波形发生 器的发展 趋势是更 高取样率，更高 分辨率和 更大存储 量。在生产 实践和科 技领域中有 着广泛的 应用，各种波 形曲线均 可以用三 角函数 方程式来 表示。能够 产生多种 波形,如三角波、 矩形波 （含方波 ）、正弦 波的电路 被称为 波形信号 发生器。 在通信、 广播、
11、电 视系统、工业、 农业、生 物医学等 领域内，都有着尤为重要的作用，除此之外，波形 信号发生器 在实验和 设备检测 中具有 十分广 泛的用途。1.4 本设计初步思路本次设计 将采用 STC89C51 及其外围 扩展系统，软 件方面主 要是应用C 语言设计 程序。系统以 AT89C51 单片机为 核心，配置相 应的外设 及接口电 路，用C语 言开发，组成 一个多功 能信号发生系 统。该系统的软 件可运行于 Windows XP环境下，硬 件电路设计具 有典型性。同时，本 系统中任何 一部分电路模 块均可移植 于实用开发系 统的设计中，电路 设计具有实 用性。利用单片 机STC89C51和8 位
12、D/A转换芯 片DAC0832共同实 现正弦波，方 波，三角 波，这三种常见波 形的发生，并且可以接 收外接键 盘输入而在 一定范围内改 变频率1。波形信号发生器构成原理如 图1.1所示。2系统总体方案设计2.1 概述本设计是 利用STC 89C51单片 机和数模 转换器件DAC0832 产生所需正 弦波、三角波、方 波电压波 形。其信号幅 度和频率都是 可以按要求控 制的。文中简 要介绍了DAC 0832数 模转换器的结构原 理和使用方 法，STC89C51 的基础 理论，以及与设 计电路有关的 各种芯片。根据对 毕业设计的要 求，文中着重 介绍了如何利 用单片机控 制D/A转换器产生上 述
13、信号的硬件 电路和软 件编程。信号频率 幅度也按要 求可调。产生正弦 波、方波、三角 波的方案有多 种，如首先产生 正弦波，然后通 过整形电路将 正弦波变换成方 波，再由积分 电路将方 波变成三角 波；也可以首 先产生三角 波与方波，再将三 角波变成正弦 波或将方 波变成正弦 波等等。本课题 采用先产 生方波与三 角波，再将三角 波变换成 正弦 波的电路 设计 方法2。由比较 器和积分 器组成方波 与三角波 产生电 路，比较器 输出的方 波经积 分器得 到三角 波，三角波到正 弦波的变 换电路主要 由积分电 路来完成。积分 电路具有 工作点稳定，输 入阻抗高，抗 干扰能 力较强等 优点。特别
14、是当采用 直流放大 器时，可以有效 地抑制零 点漂移，因此可 将频率很低的 三角波变换成正 弦波。波形变 换的原理是利 用差分放 大器传输特 性曲线的非 线性。通过键 盘可以进行频 率的调节，对频 率能够进行 增大和减 小的设置。本设 计以方波 为核心积分出不 同的波形，波形 采用同步 输出的方式，用示 波器有选择 的分别进 行显示。2.2 系统硬件设计方案 系统的 硬件结构框图 如图2.1所示，主要 分为几个 部分：单 片机、波形产 生电路、键盘电路、LED显示 电路、滤波 电路。1）单片机单片的机作为一个接的收、处的理、输出信号的的仪器装置，将单片的机与LCD显示连的接成一个有机的的整体。
15、其主要是完成的数据处理，并通过的与之有关的的软件来实现的软件的编程使的显示值与的称重值对应。因此，此部分的是整个设计的最重要的的组成部分。2）复位电路89C51的的复位输入引脚RST的（即RESET）的为89C51的提供了初始化的的手段。有了它可的以使程序从指的定处开始执行，即从的程序存储器的中的0000H的地址单元开始的执行程序。在89C51的工作后，只要在的RST引脚上出现两个的机器周期以的上的高电平时，的单片机内部则的初始复位。的只要RST保持高电平，的则89C51的循环复位的。只有当的RST由高电平的变成低电平的以后，的89C51的才从0000H的的地址开始执行的程序3。3）数模转 换电路由于 模拟量更容 易通过仪器 进行观察，所以 通过数模转 换电路可以 将数字量 转化为的模拟量。本设计采用DAC0832数模的转换器，更精确的进的行数模转换。4）LCD显示电路本的设计中，的波形的显示是采用简的单的液晶LCD1602显示屏。5）电压放 大电路DAC0832的输 出电压比较 小。因此，要将该 电压信号在示波 器中显示出 来，需要 有一个放大器将 此电信 号放大到 所需范 围之内。由于放大 电路的增益是 可调的，故运 用
