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1、波形发生器设计报告摘要波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领 域。函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波） 、正弦波 的电路。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。通过对函数波形发生 器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。目前 使用的信号发生器大部分是函数信号发生器，且特殊波形发生器的价格昂贵。所以本设计使用 的是 DAC0832、ICL8038 构成的发生器，可产生方波、正弦波等多种特殊波形和任意波形，波形 的频率可用程序控制改变。 在单片机上加外围器件独立式键盘
2、， 通过键盘控制波形频率的增减、 波形幅度的大小以及波形的选择，并用了LCD显示频率大小、波形的种类。在单片机的输出端口接DAC0832进行D/A转换，通过运放进行波形调整，再通过 ICL8038函数发生器，最后输出 波形。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。本设计制作的波形发生器是基于STC89C54RD单片机可调频发生器，可以输出多种不同频率方波、正弦波，输出的波形的频率、幅度均可调，且操作方便。关键词：波形发生器； DAC0832；IC8038 ；单片机一、方案论证 41.1 设计要求 41.2 方案论证 4二、硬件系统的设计 52.1 整体框架图 52.2电源模块设
3、计 52.2.1 电源原理 52.2.2 芯片介绍 62.3输入模块设计 6按键控制模块 62.3.2 时钟复位电路 72.4 输出模块设计 102.4.1 LCD 显示模块原理 102.4.1 LCD1602 芯片介绍 102.5 DA 转换模块设计 112.5.1 DA 转换模块原理 112.5.2 DAC0832 芯片介绍 122.6 ICL8038 函数信号发生模块设计 132.6.1 ICL8038 函数信号发生模块原理 132.6.2 ICL8038 芯片介绍 14三、软件设计 163.1 输入模块编程 163.2 输出模块编程 173.3 DA 转化模块编程 17四、仿真与调试
4、194.1 硬件调试 194.1.1 电气调试 194.1.2 波形调试 19波形频率围调试 20波形幅度围调试 20失真度调试 204.2 软件调试 21五、心得体会 22附录一： 23方案论证1.1 设计要求1）信号发生器能产生正弦波、方波；2）输出的频率在 100HZ-100KHZ 的围可调；3） 在1000欧负载的条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0-5V的围可调;4）输出信号的波形无明显失真；5）可实时显示输出信、幅度、频率和频率步进值;1.2 方案论证信号发生器的实现方法通常有以下几种： 方案一：用分立元件组成的函数发生器，通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳 定
5、，不易调试。方案二： 可以由晶体管、 运放 IC 等通用数字元器件制作，更多的则是用专门的函数信号发 生器IC产生。早期的函数信号发生器 IC,如L8038、BA205 XR2207/2209等，它们的功能较 少，精度不高，频率上限只有 300kH z,无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率 和占空比不能独立调节，二者互相影响。方案三：利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器，能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。方案四：采用 STC89C54RD单片机和 DAC0832芯片、ICL8038芯片，直接连接键盘和显示。 该种方案主要对 STC89C54RD单片机的各个I/O 口
6、充分利用。P3 口是连接键盘，P0 口接LCD显示电路，P1 口连接DAC0832输出波形。这样总体来说，能对单片机各个接口都利用上，而不 再多用其它芯片, 从而减小了系统的成本。 也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成。 占用空间小,使用芯片少,低功耗。综合考虑,方案四各项性能和指标都优于其他几种方案,能使输出频率有较好的稳定性, 充分体现了模块化设计的要求,而且这些芯片及器件均为通用器件,在市场上较常见,价格也 低廉,样品制作成功的可能性比较大,所以本设计采用方案四。硬件系统的设计2.1整体框架图设计框架如图1所示:图1设计框架由按键控制MCI控制输出不同的数字量，经过DA转换模块和
7、ICL8038输出不同波形，由LCD显示是波形的种类和频率、幅度的大小。2.2电源模块设计电源原理图2电源框架图该电路通过变压器将 220v的交流电变成21v的交流电，通过桥式整流变成直流电。经滤波稳压后获得稳定的直流电，实际电路如图3所示：Di图3 实际电路本系统中单片机系统要用到5V电源，函数信号发生器要用到 15V电源，所以设计电源电路要考虑电源可以通过 LM317稳压芯片对电压进行调整。可输出15V直流电压，因为STC89C54RD+ 工作电压是5V，所以又经过7805稳压芯片获得5V稳定直流电给 MCI进行供电。222芯片介绍LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。
8、我国和世界各大集成电路生 产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串联集成稳压器。LM317的输出电压围是1.2V至37V,负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。 此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好，图4是LM317的引脚图：图4LM317 的引脚图7805是一种三端正电源稳压电路。它固定输出5V电压，能提供最大输出1.5A的电流，有过载和过短保护，图 5是7805的引脚图：号压输入 |号 电压愉曽图57805 的引脚图2.3输入模块设计按键控制模块P3.0/RXD -P3J/TXD 1011P3.2/INT0 i2r1314lP3.
9、3/INT1 -P3.4JT0 *P3.57T1 -P3.6/WR P3.7/RD 151617按键输入模块如图6所示:波形切换调频图6 按键输入模块按键控制部分主要是来控制 MCU俞出的波形的种类和频率、幅度的大小。这个波形切换的按键主要是控制输出正弦波和方波，这里使用外部中断0，能让它随时就可以转换波形。调频按键是用来改变输出波形的频率，这里使用外部中断1，可以随时改变输出波形的频率。介于51单片机只有两个外部中断，所以调幅按键只能用扫描的方式来改变幅度。232时钟复位电路3CuF01OuF1CkI时钟复位电路原理图如图 7:U1X11I2M1918929XTALXT ALRSTMVC2T
10、卜C3PSEt ALE EA图7时钟复位电路该时钟方式采用片时钟振荡方式，外接石英晶体和振荡电容。 片机读取部程序存储器，接低电平时直接读取外部数据。单片机STC89C54RD引脚功能图如图 8:EA（ 30脚）接高电平时，单ABC0 T2/P1. 0 ADCL/T2EX/P1. 1 匚二ADC2/P1. 2 IADC3/P1. 3 ADC1/P1. 4 ADC5/P1.5 ADC6/P1.6 IADC7/P1,7 匚 RST 匚二 RXD/P3. 0TW. P3. LINTQ/ P3. 2IN71/P3. 3T0/P3.4T1/ P3. 5VR/P3. 6KD/P3. 7XTAL2XTAL1
11、 VSS 0 12 3 4 56 7 89 1-1111120STC89C54RD+10395 i 3 1 O 9 8 7 63 3 333322224 3 2 19-222VCCPO. 0 ADOFS 1/xWlPO.2/ADSPO. 3 *AD3PO. 1 ADIPO,5/AD5PO. 6 AD6更.7.-7EA ALE/PROG PSENP2.7/A15P2. 6/A1-1P2. 5 A13P2,4/A12P签 3/A11P2. 2/A10P2. 1/A9P2, 0 A8图8单片机引脚CPU结构（一）单片机部结构1）运算器运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件ALU为核心。它可以对半字节
12、、单字节等数据进 行操作。例如，能完成加、减、乘、除、力口1、减1、BCD码十进制调整、比较等算术运算，完成与、或、异或、求反、循环等逻操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器。运算器还包含有一个布尔处理器，用以处理位操作。它以进位标志位C为累加器，可执行置位、复位、取反、位判断转移，可在进位标志位与其他可位寻址的位之间进行位数据传诵等 操作，还可以完成进位标志位与其他可位寻址的位之间进行逻辑与、或操作。程序计数器PC是一个16位的计数器，用于存放一条要执行的指令地址，寻址围为64kB,PC有自动加1功能，即完成了一条指令的执行后，其容自动加1。指令寄存器用于存放指令代码。CPU执行指令时，由程
13、序存储器中读取的指令代码送如指令寄存器，经指令译码器译码后由定时有控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。2）存储器和特殊功能寄存器存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输 入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器 指定的位置存入和取出信息。特殊功能寄存器的地址围为80HFFH在MC& 51中，除程序计数器 PC和四个工作寄存器区外，其余21个特殊功能寄存器都在这 SFR块中。其中5个是双字节寄存器，它们共占用了26个字节。各特殊功能寄存器的符号和地址见附表2。其中带*号的可位寻址。特殊功能寄存器反映了 8051
14、的状态，实际上是 8051的状态字及控制字寄存器。用于CPUPSW便是典型一例。这些特殊功能寄存器大体上分为两类，一类与芯片的引脚有关，另一类作片功能的控制用。与 芯片引脚有关的特殊功能寄存器是P0P3,它们实际上是4个八位锁存器（每个I/O 口一个），每个锁存器附加有相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。MC& 51共有P0P3四个这样的并行口，可提供 32 根 I/O 线，每根线都是双向的，并且大都有第二功能。其余用于 芯片控制的寄存器中，累加器A、标志寄存器PSW数据指针DPTR等的功能前已提及。（二） 引脚功能P0 口功能：P0 口具有两种功能：第一，P0 口可以作为通用I/O接口使用，P0.7 P0.0用于传送CPU的输入/输出数据。输出数据时可以得到锁存，不需外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲。第二，P0.7 P0.0在CPU访问片外存储器时用于传送片外存储器de低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写P1 口功能：P1 口的功能和P0 口 de第一功能相同，仅用于传递I/O输入/输出数据。P2 口的功能：2 口的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用I/O使用。它的第二功能和 P0 口
