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1、 基于单片机AT89C51的信号发生器的设计与实现摘要信号发生器又称信号源或振荡器，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、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。本系统以AT89
2、C51单片机为核心设计了一个信号发生器,采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波、三角波、梯形波及其他任意波形，波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。波形和频率的改变通过软件控制，幅度的改变通过硬件实现。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的设计原理。本系统理论可以产生最高频率20MHZ的波形。该信号发生器具有体积小、价格低、性能稳定、功能齐全的优点。关键词：AT89C51；DAC0832；液晶显示；键盘控制AbstractSignal generator is also known as signal source or oscill
3、ator, in the production practice and technology is widely used in the field of. Each kind of wave may use the trigonometric function equation. Can produce a variety of waveforms, such as the triangle wave, sawtooth wave, rectangular wave (including square wave ), sine wave circuit is called the func
4、tion signal generator. Function signal generator in electric circuit experiment and the equipment examination has a very wide range of uses. For example, in communication, broadcasting, television system, needs the radio frequency ( HF) emission, the radio wave is the carrier, the audio frequency (
5、low frequency ), the video signal or pulse signal to carry out, will need to be able to produce the high frequency oscillator. In industry, agriculture, biomedical and other fields, such as high-frequency induction heating, smelting, quenching, ultrasound, magnetic resonance imaging, required power
6、big or small, or high or low frequency oscillator.This system based on the AT89C51 single-chip microcomputer as the core to design a signal generator, with digital waveform synthesis technology, the hardware circuit and software program combined, can output sine wave, such as custom waveform, square
7、 wave, triangle wave, triangle wave, trapezoidal wave and other arbitrary waveform, frequency and amplitude of the waveform in a certain range can be changed arbitrarily. Waveform and frequency change through software control, the change of the amplitude is realized by hardware. Introduces the wavef
8、orm generation principle, hardware circuit and software design principle. The system can generate the highest frequency20MHZ waveform. The signal generator has the advantages of small volume, low price, stable performance, complete functions.Keywords：AT89C51;DAC0832;LCD display; keyboard control II目
9、 录摘要IAbstractII第1章 引言11.1 选题背景和意义11.2 国内外研究现状、发展动态11.2.1 信号发生器的发展历史11.2.2 信号发生器的发展特点2第2章 总体设计方案32.1 设计思想32.1.1 设计内容及要求32.1.2 方案选择与论证32.2 方案的结构模块划分4第3章 硬件电路的设计53.1 主控电路及主控芯片的选择53.1.1单片机的发展史53.1.2 单片机的特点63.1.3 89C51单片机介绍63.2 时钟电路设计93.3 复位电路的设计93.3.1 复位功能103.3.2 复位后的状态103.4 最小应用系统的设计113.5 按键电路设计123.5.1
10、 人机交互接口的设计123.5.2 键盘设计需要解决的几个问题123.5.3 按键的确认123.5.4 重键与连击的处理123.5.5 按键防抖动技术123.6 LCD显示模块的设计143.7 D/A 转化电路和I/V电路的设计143.7.1 DAC0832管脚功能介绍153.7.2 D/A转换器的性能指标163.7.3 I/V 转换电路16第4章 软件设计184.1 主程序184.2 定时器0服务程序194.3 外部中断服务程序204.4 LCD液晶显示程序21第5章 软硬件联合调试结果225.1调试过程225.2出现的问题与解决的方法225.3仿真波形23结论24参 考 文 献25致谢26
11、附录127附录228- 1 -第1章 引言1.1 选题背景和意义随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类增多，性能提高。尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在，许多信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向发展。在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，
12、常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。信号发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。 但市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种低功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器成为可能。1.2 国内外研究现状、发展动态1.2.1 信号发生器的发展历史目前，
13、市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。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
14、作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。在 70 年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和 D/A，硬件和软件
15、使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对 DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。 90 年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为 HP770S的信号模拟装置系统，它由 HP8770A任意波形数字化和 HP1776A波形发生软件组成。HP8770A实际上也只能产生8 中波形，而且价格昂贵。不久以后，Analogic公司推出了型号为 Data-2020的多波形合成器，Lecroy 公司生产的型号为9100 的任意波形发生器等。二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过 GHz 的DDS 芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003 年，Agilent的产品 33220A能够产生 17 种波形，最高频率可达到 20M，2005 年的产品N6030A 能够产生高达 500MHz 的频率，采样的频率可达 1.25GHz。由上面的产品可以看出，函数波形发生器发展很快。 1.2.2 信号发生器的发展特点而近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体
