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1、河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 二一一年五月二十六日目 录摘 要1ABSTRACT1正 文21 绪 论21.1 信号发生器现状21.2 单片机在低频信号发生器中的应用22 系统设计32.1 系统方案的比较32.1.1 选题论证32.1.2 方案选择42.2
2、 芯片选择模块43 硬件电路的设计53.1 系统框图53.2 资源分配53.3 最小单片机系统设计63.4 各部分电路原理103.4.1 DAC0832芯片原理103.4.2LM324工作原理133.5 电路原理144 软件设计144.1 主程序流程图154.2 方波程序流程图164.3 锯齿波程序流程图174.4 正弦波程序流程图175 仿真结果186 测试结论207 结束语22参 考 文 献23附 录24致 谢32文献综述33河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表36河西学院本科生毕业论文（设计）任务书37河西学院本科毕业论文（设计）开题报告39河西学院物电系指导教师指导毕业论文情况登记
3、表41河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表42河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表43基于AT89S51低频信号发生器的设计与实现摘 要本信号发生器的设计采用AT89S51 单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键和LED显示灯电路。由AT89S51单片机和一片DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器。由于采用了LM324运算放大器，使其电路更加具有较高的稳定性能，性能比高。此电路清晰，出现故障容易查找，操作简单、方便。本设计能够产生方波、锯齿波、正弦波，并且所产生的波形在一定的幅频范围内可调,波形准确并且平滑。本系统设计简单
4、、性能优良，具有一定的实用性。 关键词：AT89S51；低频信号；发生器；运放器ABSTRACTThis 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 conv
5、erter component of 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
6、-tooth wave, sine 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-am
7、p device正 文1 绪 论1.1 信号发生器现状信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增
8、加。1.2 单片机在低频信号发生器中的应用当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步，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的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响汽车，处处可见其应用。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。一块单片机芯片就是一台计算机。由于单片机这种特殊的结构形式，在某些应用领域中，它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的一些工作。使其具有很多
9、显著的优点和特点，因此在各个领域中都得到了迅猛的发展。单片机的特点归纳起来有以下几个方面。(1) 具有优异的性能价格比单片机尽可能地把应用所需的存储器,各种功能的I/O 接口集成在一块芯片内,因而其性能很高,而价格却相对较低廉,即性能价格比很高。(2) 控制功能强单片机体积虽小，但“五脏俱全”，它非常适用于专门的控制用途。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令，I/O口的逻辑操作指令以及位操作指令。其逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。(3) 集成度高、体积小、可靠性高单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因而集成度高，均为大规模或超大规模集成电路。又内部采用总
10、线结构，减少了芯片之间的连线，这大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。同时，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。(4) 低电压、低功耗单片机大量用于携带式产品和家用消费类产品，低电压和低功耗尤为重要。目前，许多单片机已可在2.2V电压下运行,有的已能在1.2V或0.9V下工作，功耗降至A级,一粒钮扣电池就可长期使用。利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其下限频率很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。本文采
11、用AT89S51单片机和一片DAC0832数模转换器做成的数字式低频信号发生器，它的特点是价格低、性能高，在低频范围稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等。信号发生器与其它相比还具有如下优点：较分立元件信号发生器而言，具有频率高，工作稳定，容易调试等特性；较专用DDS芯片的信号发生器而言，具有结构简单，成本低等特性。2 系统设计2.1 系统方案的比较2.1.1 选题论证制作低频信号发生器可以用一片DAC0832来实现，它可以分为单极性和双极性。而本项目选择了单片双极性。之所以选单片双极性是因为其精度高，滤波好，抗干扰效果好。2.1.2 方案选择方案一： AT89S51芯片中每一路模拟输出与DAC
12、0832芯片相连，构成多个DAC0832同步输出电路，输出波形稳定，精度高，但是第二级DAC0832输出，发生错误并且电路连接复杂。方案二： AT89S51芯片中只有一路模拟输出或几路模拟信号非同步输出，这种情况下CPU对DAC0832 执行一次写操作，则把一个数据直接写入DAC寄存器，DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。输出波形稳定，精度高，滤波好，抗干扰效果好，连接简单，性价比高。因此我们设计中采用方案二。2.2 芯片选择模块方案一：AT89S51单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完
13、整的计算机。同时，为什么选AT89S51而不选用AT89C51，那是因为AT89S51相对于AT89C51更强大，AT89S51增加的新功能包括： 性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低。 ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率是24M，就是说89S51具有更高的工作频率，从而具有了更快的计算速度。 具有双工串行通道。 内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 双数据指示器。 电源关闭标识。 全新的加密算法，这使
14、得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 兼容性方面：向下完全兼容51全部子系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051、89C51还是MCS-51），在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。 方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与AT89S51兼容的微控制器的内核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准AT89S51的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功
15、能部件。方案选择：方案二中C8051F005芯片系统内部结构复杂，不易控制，芯片成本高，对于本系统而言利用率低，AT89S51芯片简单易控制，成本低，性能稳定,因此采用方案一。3 硬件电路的设计3.1 系统框图波形指示键 盘AT89S51A/D转换电流、电压转换输 出电 源基准电压图3.1 低频信号发生器系统框图低频信号发生器系统主要由CPU、D/A转换电路、基准电压电路、电流/电压转换电路、按键和波形指示电路、电源等电路组成。3.2 资源分配软、硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求，资源分配如下(1) 晶振采用12MHZ；(2) 内存分配。P2口与DAC0832的DI0-DI7数据输入端相连。P2口用来控制DAC0832的输入寄存器选择信号CS、输入寄存器写选通信号WR1及DAC寄存器写选通信号WR2和数据传送信号XFER。3.3 最小单片机系统设计(1) AT89S51功能特性概述AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system pro
