畢業(yè)設(shè)計(jì)--超低頻波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中,常常需要用到低頻信號發(fā)生器。本文主要介紹一種以單片機(jī)為核心的超低頻任意函信號發(fā)生器。該信號發(fā)生器由存儲模塊、按鍵模塊、LED顯示模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊組成，它采用數(shù)字波形合成技術(shù),通過硬件電路和軟件程序相結(jié)合,可輸出自定義波形,如正弦波、三角波、方波和鋸齒波及其他任意波形。文中詳細(xì)介紹了硬件電

2、路設(shè)計(jì)的原理和軟件編程的上設(shè)計(jì)思想以及實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該信號發(fā)生器輸出的波形的頻率和幅值在一定范圍內(nèi)可任意改變，與傳統(tǒng)信號發(fā)生器只有固定的幾種輸出波形相比,具有輸出波形的任意化和低頻精度高的特點(diǎn)。它還具有的特點(diǎn)是價(jià)格低、性能高,在低頻范圍穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)AT89C51； DAC0832； 低頻信號； 發(fā)生器</p><p&g

3、t;<b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In scientific research, engineering education and practice of production, often need to use low-frequency signal generator. In this paper, introduces a ultra-low freq

4、uency arbitrary function signal generator to SCM as the core. The signal generator is made of the memory modules, the key modules, LED display modules, D/A converter modules,it uses date waveform synthesis technology,thr

5、ough hardware Circuit and software Procedures is combined,custom Waveform can be customized, such as sine wave, tr</p><p>　　Key words：AT89C51 microcontroller； DAC0832；Low frequency signal； Generator </p&

6、gt;<p><b>　　前言</b></p><p>　　信號發(fā)生器是使用很廣的儀器, 在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中,常常需要用到低頻信號發(fā)生器。如工業(yè)過程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。對它的要求也隨著技術(shù)的發(fā)展越來越高,以往的信號源只可輸出單一正弦或幾種如三角、正弦、脈沖、方波等波形,且一臺儀器的輸出頻率范圍也較窄,一般只是在超低或低頻范圍, 特別是在超低頻

7、范圍, 波形的精度和穩(wěn)定度等重要指標(biāo)都不高,目前,長期使用的信號發(fā)生器絕大部分都是由模擬電路構(gòu)成的,這類儀器作為信號源,頻率達(dá)百兆赫茲,在高頻范圍內(nèi)其頻率穩(wěn)定性與可調(diào)性好。而用于低頻信號輸出時,其需要RC 值很大,參數(shù)準(zhǔn)確度難以保證,而且體積大,損耗也大。目前,有人研究制造了由數(shù)字電路構(gòu)成的低頻信號發(fā)生器,其低頻性能好,但是體積較大,價(jià)格較貴。這里介紹一種以單片機(jī)為核心,設(shè)計(jì)了一個超低頻任意函數(shù)信號發(fā)生器。</p><

8、;p>　　單片機(jī)控制超低頻任意信號波形發(fā)生器與現(xiàn)有采用微處理器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器相比,由于采用直接數(shù)字波形合成技術(shù),頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度較高。與現(xiàn)有采用計(jì)數(shù)器、只讀存儲器、D/ A轉(zhuǎn)換器和濾波器等組成的信號發(fā)生器相比,由于采用單片機(jī)控制和隨機(jī)存儲器RAM,通過一定算法除可產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波、正弦波外還可方便地產(chǎn)生其他周期任意信號波形,解決了輸出波形種類單一的問題,具有廣泛的應(yīng)用前景。</p>

9、<p>　　本課題設(shè)計(jì)中，函數(shù)發(fā)生器采用ATM89C51 單片機(jī)作為控制核心，外圍采用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲器，按鍵和LED顯示燈電路等。通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波、正弦波等低頻任意波形，同時用LED顯示燈指示對應(yīng)的波形的頻率。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、性能優(yōu)良，具有一定的實(shí)用性。硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)，具有一定的使用和參考價(jià)值。另一方面，它具有價(jià)格低、性能高和在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、

10、操作方便、體積小、耗電少等特點(diǎn)。此電路清晰，出現(xiàn)故障容易查找錯誤，操作簡單、方便。具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容講在本論文中詳細(xì)論述。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　ABSTRACT1</p><p><b>　　

11、前言1</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p><b>　　1. 方案論證3</b></p><p>　　1.1 方案論述3</p><p>　　1.2 方案比較4</p><p><b>　　1.3 結(jié)論4<

12、;/b></p><p>　　2.超低頻波形發(fā)生器硬件設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 主控電路及主控芯片的選擇5</p><p>　　2.1.1 時鐘電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.1.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.1.3 利用AT89C51計(jì)數(shù)10</p><

13、p>　　2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)11</p><p>　　2.2.1 D/A芯片選擇11</p><p>　　2.2.2 DAC0832芯片介紹13</p><p>　　2.2.3 DAC0832芯片與單片機(jī)硬件接口設(shè)計(jì)15</p><p>　　2.2.4 放大整形16</p><p>　　2.3

14、顯示電路及顯示接口芯片選擇17</p><p>　　2.3.1 顯示器的選擇17</p><p>　　2.3.2 顯示器工作方式的選擇19</p><p>　　2.3.3 LED與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)20</p><p>　　2.4 按鍵電路的設(shè)計(jì)20</p><p>　　2.5 電源電路21</p&

15、gt;<p>　　3. 軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.2 D/A轉(zhuǎn)換24</p><p>　　3.3 鍵掃描程序設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.4 顯示程序設(shè)計(jì)25</p><p>　　4. 系統(tǒng)的調(diào)試27</p><p>　　4.1 硬件的調(diào)試27</p><

16、p>　　4.2 軟硬件調(diào)試28</p><p>　　5. 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論29</p><p>　　6. 社會經(jīng)濟(jì)效益31</p><p><b>　　結(jié)束語32</b></p><p><b>　　附錄135</b></p><p><b>　　

17、附錄236</b></p><p><b>　　附錄341</b></p><p><b>　　附錄442</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題背景</b></p><p&

18、gt;　　波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實(shí)驗(yàn)用信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。</p><p>　　在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動等領(lǐng)域常常要用到低頻信號源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所需的RC很大；大電阻，大

19、電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是其致命的弱點(diǎn)。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會大大增加。</p><p>　　單片機(jī)控制超低頻任意信號波形發(fā)生器， 由于采用單片機(jī)控制和隨機(jī)存儲器RAM,通過一定算法除可產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波、正弦波外還可方便地產(chǎn)生其他周期任意信號波形,解決了輸出波形種類單一的問題,具有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　利用

20、單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來產(chǎn)生低頻信號，其下限頻率很低。具有線路相對簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級。</p><p>　　這里介紹一種采用AT89C51單片機(jī)和一片DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器做成的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器，它的特點(diǎn)是價(jià)格低、性能高，在低頻范圍穩(wěn)定性好、操作方便、體

21、積小、耗電少等。</p><p>　　信號發(fā)生器與其它相比還具有如下優(yōu)點(diǎn)：①較分立元件信號發(fā)生器而言，具有頻率高，工作穩(wěn)定，容易調(diào)試等特性；②較專用DDS芯片的信號發(fā)生器而言，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低等特性。</p><p><b>　　系統(tǒng)整體目標(biāo)</b></p><p>　　此課題的具體要求如下所述。</p><p>　

22、　1. 以單片機(jī)為控制核心，采用直接數(shù)字波形合成技術(shù)產(chǎn)生方波、三角波、、正弦波和其他任意模擬周期信號波形。</p><p>　　2.將波形數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。</p><p>　　3.通過單片機(jī)控制，將波形數(shù)據(jù)讀出，送入D/A轉(zhuǎn)換電路和放大處理后得到所需的任意模擬周期信號波形。</p><p>　　4.輸出信號的頻率范圍在0.01Hz～100Hz之間，幅度為+5

23、V，波形失真度小于1％。</p><p>　　5.以單片機(jī)為核心器件，形成相應(yīng)的硬件電路。自行編制單片機(jī)控制程序，并進(jìn)行硬件調(diào)試、軟件調(diào)試，最后進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，達(dá)到性能要求。</p><p><b>　　1. 方案論證</b></p><p><b>　　1.1 方案論述</b></p><p>　

24、　從學(xué)科所涉及的不同范圍以及器件的不同選擇來構(gòu)思，可以實(shí)現(xiàn)的方案有很多，現(xiàn)提出二個可行的方案并分別論述其工作原理及可行性。</p><p>　　方案一：方案一方框圖如圖1.1.1所示。 采用AT89C51芯片，數(shù)模芯片采用DAC0832芯片，構(gòu)成基本的波形發(fā)生電路，設(shè)置多個按鍵用來控制波形輸出以及調(diào)整信號頻率的大小。此電路設(shè)計(jì)輸出波形穩(wěn)定，精度高。</p><p><b>　　-

25、</b></p><p>　　圖1.1.1 方案一原理框圖</p><p>　　方案二：①方案2方框圖如下圖1.1.2所示。本方案的是基本原理在PC 機(jī)上按下鼠標(biāo)左鍵創(chuàng)建一個周期的波形,再將各點(diǎn)值傳送給單片機(jī)系統(tǒng),產(chǎn)生實(shí)際的模擬信號。模擬信號通過D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換,得到所需要的波形信號。</p><p>　　圖1.1.2 方案二原理框圖</p>

26、;<p><b>　　1.2 方案比較</b></p><p>　　單片機(jī)控制超低頻任意信號波形發(fā)生器(方案一)與現(xiàn)有采用微處理器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器(方案二)相比,由于采用直接數(shù)字波形合成技術(shù),頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度較高。但是方案2中微處理器對信號的顯示和處理非常方便，只是需要同時編輯單片機(jī)語言和微處理器所需要的高級語言，工作量大而且較為復(fù)雜。因此我還是選擇了方

27、案一，微處理器的優(yōu)點(diǎn)具有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　1.3 結(jié)論</b></p><p>　　通過上述方案的比較最終確定選擇方案一。</p><p>　　2.超低頻波形發(fā)生器硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 主控電路及主控芯片的選擇</p><p>　　單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)

28、（Single CHip Microcomputer）是把組成微型計(jì)算機(jī)的各種功能部件，包括中央處理單元（CPU）、隨機(jī)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM）、定時器/計(jì)數(shù)器及輸入輸出接口等部件都集成在一塊芯片上。是一種集成度高、性價(jià)比優(yōu)越、質(zhì)量小、體積小的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)按其使用目的可以分為通用和專用兩種類型。通用單片機(jī)是一種基本芯片，內(nèi)部功能及資源豐富，性能全面，適應(yīng)性強(qiáng)，可覆蓋多種用途。用戶可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成各種不同的單片機(jī)控制

29、系統(tǒng)，即有一個再設(shè)計(jì)的過程。專用型單片機(jī)在設(shè)計(jì)時已對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡化，對軟、硬件進(jìn)行了優(yōu)化，可靠性高，成本低，但是這類單片機(jī)功能單一，通常是針對某一特定的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)應(yīng)采用通用型單片機(jī)。</p><p>　　隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)也正朝著CMOS化、低功耗、體積小、大容量、高性能低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方向發(fā)展。在單片機(jī)家族中，Intel公司推出的MCS-51系列中的80C51是其中的佼佼者。

30、MCS-51系列單片機(jī)是8位單片機(jī)中應(yīng)用范圍最廣的一類單片機(jī)。近幾年來，許多單片機(jī)開發(fā)廠商也推出了許多基于80C51單片機(jī)內(nèi)核的擴(kuò)展型單片機(jī)，產(chǎn)品在保持與51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了很多特性，性能各異。常用的單片機(jī)有很多種：Intel8051和8751系列、Motorola的MC6801系列、Atmel的AT89系列、臺灣Winbond(華邦)W7和W78系列、荷蘭PHilips的51LPC和LPC900系列、ZILOG的Z8系列等。本

31、設(shè)計(jì)中最終選用了ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)是美國ATMEL公司推出的低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KBFlasH程序存儲器，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器（NURAM）技術(shù)，該存儲器的全稱為閃速可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM，F(xiàn)lasH Programmable and E</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程

32、可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個

33、芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。引腳圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 AT89C51引腳圖</p><p><b>　　管腳說明如下描述：</b></p><p><b>　　VCC：供電

34、電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時

35、P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接

36、收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。</p&g

37、t;<p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p><b>　　口管腳 備選功能<

38、/b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）</p><p&

39、gt;　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。<

40、;/p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MO

41、VC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），

42、不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　振蕩器特性

43、：</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　AT89C51的主要性能特性：</p>

44、<p>　?。?） 工作電壓為4~5.5 V，工作頻率為0~22 MHz；</p><p>　?。?）片內(nèi)振蕩器和時鐘（CLOCK）電路；</p><p>　?。?） 128*8位供存儲數(shù)據(jù)的片內(nèi)RAM；</p><p>　?。?） 32根可編程I/O線；</p><p>　?。?） 2個16位定時器/計(jì)數(shù)器；</p>

45、;<p>　　（6） 具有6個中斷源；</p><p>　　（7） 可編程全雙工串行口；</p><p>　?。?） 具有多種封裝方式；</p><p>　?。?） 程序存儲器可擴(kuò)展至64KB（ROM）， 數(shù)據(jù)存儲器可擴(kuò)展至64KB（RAM）。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)功能強(qiáng)大、編程靈活、可靠性與性價(jià)比高，易于

46、采購，便于使用與實(shí)驗(yàn)，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且為系統(tǒng)再拓展留有空間，適用于許多較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場合。</p><p>　　2.1.1 時鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　時鐘電路是單片機(jī)系統(tǒng)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。單片機(jī)雖然內(nèi)部有振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。時鐘電路是單片機(jī)工作的時間基準(zhǔn)，決定單片機(jī)工作的速度。</p><p>　　MCS-51

47、系列的時鐘有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路和外部方式。本設(shè)計(jì)中選用內(nèi)部時鐘方式。電路如圖3.2所示，MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1為反相器的輸入端，引腳XTAL2為輸出端。放大器與作為反饋元件的片外石英晶體振蕩器一起構(gòu)成了一個自激振蕩器。本設(shè)計(jì)使用的石英晶體振蕩器的頻率為11.0592MHz，電容的主要作用是幫助振蕩器起振和穩(wěn)定電路，其值的大小對振蕩頻率有少許影響，本

48、設(shè)計(jì)中選擇C1和C2電容值為30pf。</p><p>　　圖2.1.1 AT89C51內(nèi)部時鐘方式電路</p><p>　　2.1.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)的其他功能部件處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。復(fù)位后，PC=0000H，單片機(jī)從0000H地址單元開始執(zhí)行程序。復(fù)位的條件：必須在RST/VPD引腳上給

49、出持續(xù)兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）的高電平可以完成復(fù)位。復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號，使單片機(jī)從固定的起始狀態(tài)開始工作，完成單片機(jī)的“啟機(jī)”過程。復(fù)位電路由單片機(jī)的復(fù)位引腳RST接入，只要RST端保持至少2個機(jī)器周期的高電平方可實(shí)現(xiàn)。只要RST保持高電平，單片機(jī)就會循環(huán)復(fù)位，直至RST端變低，單片機(jī)完成復(fù)位。本設(shè)計(jì)所采用的AT89C51單片機(jī)的晶體振蕩器的頻率約為=12MHz，則機(jī)器周期=1us，因此需要2us以上的高電平才能完成復(fù)位。<

50、;/p><p>　　常用的復(fù)位電路由兩種：上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)采用前者。</p><p>　　上電復(fù)位電路：電路圖如圖2.1.2所示，在通電瞬間，由于電容通過電阻充電，故在RST端的電位與Vcc相同。隨著充電電流的減少，RST端的電位逐漸下降，只要保證RST端的電壓為高電平的時間大于兩個機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。</p><p>　　圖2.1.2 上電復(fù)位

51、電路</p><p>　　2.1.3 利用AT89C51計(jì)數(shù)</p><p>　　AT89C51單片機(jī)共有兩個16位的定時器/計(jì)數(shù)器，本頻率計(jì)就是利用它的定時器與計(jì)數(shù)器同時工作，外部輸入的脈沖在下降沿跳變時有效，進(jìn)行計(jì)數(shù)器加1，定時器定時一秒內(nèi)計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)就是外部輸入信號的頻率。</p><p>　　圖2.1.3 頻率范圍選擇</p><p&g

52、t;　　2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 D/A芯片選擇</p><p>　　經(jīng)數(shù)字系統(tǒng)處理后的數(shù)字量，有時又要求再轉(zhuǎn)換成模擬量以便實(shí)際使用，這種轉(zhuǎn)換稱為“數(shù)模轉(zhuǎn)換”。完成數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC（Digital to Analog Converter）。 </p><p>　　在本系統(tǒng)中，需要把數(shù)字量進(jìn)行測量與轉(zhuǎn)換成模

53、擬量,輸出模擬波形。數(shù)模</p><p>　　轉(zhuǎn)換器就是可以實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換過程的一種元器件。數(shù)模轉(zhuǎn)換器將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　其中 為二進(jìn)制數(shù)按位權(quán)展開轉(zhuǎn)換成的十進(jìn)制數(shù)值。</p><p>　　DAC

54、主要由數(shù)字寄存器、模擬電子開關(guān)、位權(quán)網(wǎng)絡(luò)、求和運(yùn)算放大器和基準(zhǔn)電壓源（或恒流源）組成。用存于數(shù)字寄存器的數(shù)字量的各位數(shù)碼，分別控制對應(yīng)位的模擬電子開關(guān)，使數(shù)碼為1 的位在位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生與其位權(quán)成正比的電流值，再由運(yùn)算放大器對各電流值求和，并轉(zhuǎn)換成電壓值。根據(jù)位權(quán)網(wǎng)絡(luò)的不同，可以構(gòu)成不同類型的DAC，如權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、R–2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和單值電流型網(wǎng)絡(luò)DAC等。權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC 的轉(zhuǎn)換精度取決于基準(zhǔn)電壓VREF，以及模擬電子開

55、關(guān)、運(yùn)算放大器和各權(quán)電阻值的精度。它的缺點(diǎn)是各權(quán)電阻的阻值都不相同，位數(shù)多時，其阻值相差甚遠(yuǎn)，這給保證精度帶來很大困難，特別是對于集成電路的制作很不利，因此在集成的 DAC 中很少單獨(dú)使用該電路。</p><p>　　R–2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC由若干個相同的R、2R網(wǎng)絡(luò)節(jié)組成， 每節(jié)對應(yīng)于一個輸入位。節(jié)與節(jié)之間串接成倒T形網(wǎng)絡(luò)。R–2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC是工作速度較快、 應(yīng)用較多的一種。和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)比較，由于

56、它只有R、2R兩種阻值，從而克服了權(quán)電阻阻值多，且阻值差別大的缺點(diǎn)。</p><p>　　電流型DAC則是將恒流源切換到電阻網(wǎng)絡(luò)中，恒流源內(nèi)阻極大，相當(dāng)于開路，所以連同電子開關(guān)在內(nèi)，對它的轉(zhuǎn)換精度影響都比較小，又因電子開關(guān)大多采用非飽和型的ECL開關(guān)電路，使這種DAC可以實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度較高。</p><p>　　在DAC中一般用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述轉(zhuǎn)換精度。一般用 DAC 的位數(shù)

57、來衡量分辨率的高低,也可以用DAC能分辨出來的最小輸出電壓1 LSB與最大輸出</p><p>　　電壓FSR之比定義分辨率。即:</p><p>　　轉(zhuǎn)換誤差是指實(shí)際輸出的模擬電壓與理想值之間的最大偏差。常用這個最大偏差與FSR之比的百分?jǐn)?shù)或 若干個LSB表示。實(shí)際上它是三種誤差的綜合指標(biāo)。轉(zhuǎn)換速度一般由建立時間決定。從輸入由全0突變?yōu)槿?時開始，到輸出電壓穩(wěn)定在FSR±

58、89; LSB范圍（或以FSR±x％FSR指明范圍）內(nèi)為止，這段時間稱為建立時間，它是DAC的最大響應(yīng)時間，所以用它衡量轉(zhuǎn)換速度的快慢。函數(shù)信號發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法通常有以下幾種：</p><p>　?。?）用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。</p><p>　?。?）可以由晶體管、運(yùn)放IC等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信號發(fā)

59、生器IC產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者互相影響。</p><p>　?。?）利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形，達(dá)到較高的頻率，且易于調(diào)試。鑒于此，美國馬克西姆公司開發(fā)了新一代函數(shù)信號發(fā)生器DAC0832它克服了（2）中芯片的

60、缺點(diǎn)，可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)，是上述芯片望塵莫及的。DAC0832頻率高、精度好，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號發(fā)生器IC。在鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，DAC0832都是優(yōu)選的器件。</p><p>　?。?）利用專用直接數(shù)字合成ＤＤＳ芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。但成本較高。</p><p>　　綜合分析以上四種實(shí)現(xiàn)方法的性價(jià)比，我們決定

61、采用單片集成芯片DAC0832來設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器。頻率越高、產(chǎn)生波形種類越多的發(fā)生器性能越好，但器件成本和技術(shù)要求也大大提高，因此在滿足工作要求的前提下，性價(jià)比高的發(fā)生器是我們的首選。</p><p>　　2.2.2 DAC0832芯片介紹</p><p>　　DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)

62、用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個供功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，還可以外接。該片邏輯輸入滿足TTL

63、電壓電平范圍，可直接與TTL電路或微機(jī)電路相接，其管腳圖以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.2.2所示。</p><p>　　圖2.2.2 DAC0832管腳圖以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　DAC0832的主要特性參數(shù)如下：</p><p><b>　　* 分辨率為8位；</b></p><p>　　* 輸出為電流信號，電流的建

64、立時間為1us；</p><p>　　* 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；</p><p>　　* 只需在滿量程下調(diào)整其線性度；</p><p>　　* 單一電源供電（+5V～+15V），低功耗，20mW；</p><p>　　* 參考電壓可以達(dá)到±10V；</p><p>　　* 直接的數(shù)字接口可以與任何一

65、款單片機(jī)相連。</p><p>　　DAC0832的引腳功能： </p><p>　　* D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，通常與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，用于輸入CUP送來的待轉(zhuǎn)換數(shù)字量。有效時間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)；</p><p>　　* ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；</p><p>　　*

66、CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；</p><p>　　* WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；</p><p>　　* XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；</

67、p><p>　　* WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR1、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。</p><p>　　* IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；</p><p>　　* IO

68、UT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；</p><p>　　— 當(dāng)DAC寄存器內(nèi)容全為1時，IOUT1為最大，IOUT2=0；</p><p>　　— 當(dāng)DAC寄存器內(nèi)容全為0時，IOUT1=0，IOUT2為最大；</p><p>　　為了保證輸出電流的線性，應(yīng)將IOUT1 及IOUT2接到外部運(yùn)算放大器的輸入端上。</p><p

69、>　　* Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；</p><p>　　* Vcc：芯片工作電源，范圍為+5V～+15V；</p><p>　　* VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V～+10V；</p><p>　　* AGND：模擬信號地，為模擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地；</p><p>　　

70、* DGND：數(shù)字信號地，為工作電源地和數(shù)字邏輯地；</p><p>　　2.2.3 DAC0832芯片與單片機(jī)硬件接口設(shè)計(jì)</p><p>　　DAC0832與MCS-51單片機(jī)的連接方式：</p><p>　　根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種連接方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。</p>&

71、lt;p>　　雙緩沖方式：進(jìn)行兩級緩沖；</p><p>　　單緩沖方式：只進(jìn)行一級緩沖；</p><p>　　直通方式：不進(jìn)行緩沖，適用于比較簡單的場合。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是直通連接方式。具體電路設(shè)計(jì)如圖2.2.3所示：</p><p>　　圖2.2.3 DAC0832與單片機(jī)硬件接口設(shè)計(jì)</p><

72、;p>　　2.2.4 放大整形</p><p>　　為了輸入的是小信號時也能對精確的測出它的頻率，所以在信號的輸入口加電壓放大。有時輸入的信號波形不是很好時，放大后也是失真的信號，這就會影響到所測信號的頻率，因此要經(jīng)過整形。其電路如圖2.2.4所示：</p><p>　　圖2.2.4 放大整形電路</p><p>　　2.3 顯示電路及顯示接口芯片選擇<

73、/p><p>　　顯示電路的作用就是把單片機(jī)的運(yùn)算結(jié)果，狀態(tài)等代碼轉(zhuǎn)換成為人們能識別的符號顯示出來。在本系統(tǒng)中，顯示電路用來實(shí)時顯示波形的頻率，并通過按鍵實(shí)現(xiàn)實(shí)時可調(diào)。</p><p>　　2.3.1 顯示器的選擇</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用LED數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字、字母或其他符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長并且價(jià)格低廉等特點(diǎn)，

74、因此使用非常廣泛。本設(shè)計(jì)利用其顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)處理的結(jié)果等，根據(jù)需要選擇七段四位數(shù)碼管作為顯示部分。</p><p>　　圖2.3.1.1 四位數(shù)碼管實(shí)物圖</p><p>　　LED（ Light Emitting Diode ）是發(fā)光二極管的簡稱，是一種電流發(fā)光器件，它可以工作在恒定電流狀態(tài)，又可以在脈沖電流狀態(tài)。在平均電流相同的情況下，脈沖工作狀態(tài)可產(chǎn)生比直流工作狀態(tài)較強(qiáng)的亮

75、度，一般每秒鐘可導(dǎo)通 100 — 500 次，每次為幾個毫秒。 LED 有單個發(fā)光二極管，七段（或八段）LED顯示器和LED點(diǎn)陣顯示器等類型。發(fā)光顏色有紅，綠，黃等光的顏色，LED顯示器每段正常發(fā)光所需直流電流（10—20mA）毫安。發(fā)光二極管發(fā)光時，其正向?qū)▔航禐?1.7V 左右。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求選擇了七段LED顯示器作為系統(tǒng)的顯示設(shè)備。七段LED顯示器由7個長條形的發(fā)光二極管排列成“8”字形，另外顯示器中還有一個圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，

76、用于顯示小數(shù)點(diǎn)。</p><p>　　LED顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種接法：共陰極七段 LED 顯示器和共陽極七段 LED 顯示器。共陰極七段 LED 顯示器工作時，將所有二極管的陰極接在一起構(gòu)成公共陰極，公共陰極接低電平，這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平的段則不亮。共陽極七段 LED 顯示器工作時，其公共陽極接到高電平， LED 的陰極接到低電平的段導(dǎo)通發(fā)光，而輸入高電平的則不點(diǎn)亮。

77、本設(shè)計(jì)中使用的是共陰極數(shù)碼管。</p><p>　　圖2.3.1.2 四位數(shù)碼管內(nèi)部電路圖</p><p>　　2.3.2 顯示器工作方式的選擇</p><p>　　七段LED顯示器顯示有兩種工作方式：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。</p><p>　　所謂靜態(tài)顯示，就是每一位顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于鎖存筆畫段字形代碼。當(dāng)顯示器

78、顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路就可以了。靜態(tài)顯示的方法軟件編程相對簡單一些，但其占用的輸出口較多，硬件資源需要較多。所以為使硬件結(jié)構(gòu)簡單和減少硬件的開支，本設(shè)計(jì)使用動態(tài)掃描顯示的方法。</p><p>　　動態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。其接口電路是把所有顯示器的8個筆劃段a-H同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM是各

79、自獨(dú)立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時（即段控），所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是由I/O控制的，即位控，所以可以自行決定何時顯示哪一位。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時點(diǎn)亮

80、，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，為了減少硬件開銷，提高系統(tǒng)可靠性和降低成本，采用電阻來連接各 LED 顯示器，在軟件上用掃描辦法來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示。</p><p>　　2.3.3 LED與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在本課題設(shè)計(jì)中，LED數(shù)碼管顯示采用常用的硬件電路連接方式，其中

81、P0口用來控制選擇輸出數(shù)據(jù)，P2口的高四位用來控制LED片選顯示。硬件上采用上拉電阻來連接各LED顯示器，具體的電路設(shè)計(jì)如圖2.3.3所示：</p><p>　　圖2.3.3 LED電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4 按鍵電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在本系統(tǒng)中設(shè)置有四個按鍵，其中兩個按鍵用來設(shè)計(jì)輸出波形頻率，一個是加法鍵，一個減法鍵。另一組按鍵由其余四個按鍵組

82、成，在本系統(tǒng)中，這四個獨(dú)立的按鍵，用來輸入控制命令，各鍵單獨(dú)完成對波形的選擇輸出工作。按鍵與AT89C51接口電路如圖2.4所示：</p><p>　　圖2.4 按鍵與AT89C51接口電路圖</p><p><b>　　接口及功能說明：</b></p><p>　　4個按鍵分別接到單片機(jī)的P1.0~P1.3口，每個鍵對應(yīng) I/O 端口的一位，

83、在沒有任何鍵按下（即斷開）時，各 I/O 端口均處于高電平。當(dāng)有一個鍵按下（閉合）時，就使對應(yīng)位接地而變成低電平。而其它位仍為高電平。單片機(jī)系統(tǒng)只要讀到P1.0~P1.3口任意某一位為“ 0 ” ，就可以判別出對應(yīng)鍵已按下。進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的處理和操作。通過按鍵可以以任意循環(huán)方式輸出不同波形。</p><p>　　按鍵S1：函數(shù)發(fā)生器波形選擇按鍵；</p><p>　　按鍵S2：函數(shù)發(fā)生器頻率

84、加按鍵；</p><p>　　按鍵S3：函數(shù)發(fā)生器頻率減按鍵；</p><p>　　按鍵S4：函數(shù)發(fā)生器擴(kuò)展功能按鍵；</p><p><b>　　2.5 電源電路</b></p><p>　　電源電路是為整個電路提供穩(wěn)定的±5V電源的供電電路，電路圖如下圖2.5所示：</p><p>

85、　　圖2.5 電源電路圖電源電路由橋式整流、濾波電容、7805穩(wěn)壓芯片組成。交流電經(jīng)過橋式整流變成直流電，再經(jīng)過電容濾波，7805穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的＋5V電源。為了保證穩(wěn)壓集成電路的正常工作，有交好的穩(wěn)壓效果，穩(wěn)壓集成電路的輸入端電壓應(yīng)至少比輸出端電壓高幾伏。通常，選擇電源變壓器時，可以根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：穩(wěn)壓集成電路的穩(wěn)壓值在12V以下時，選擇變壓器次級線圈的有效值電壓至少比集成電路輸出端電壓高2V；再12V以上時，選擇變壓器次

86、級線圈的有效值電壓等于集成電路輸出端電壓。這是因?yàn)檎也ㄓ行е惦妷航?jīng)整流濾波后得到的直流電壓有所升高之故。</p><p>　　3. 軟件設(shè)計(jì)3.1 主程序框圖</p><p>　　本軟件設(shè)計(jì)過程中主要實(shí)現(xiàn)利用按鍵來控制不同波形的輸出，當(dāng)按鍵1按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出鋸齒波；當(dāng)按鍵2按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出三角波；當(dāng)按鍵3按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出正弦波；當(dāng)按鍵4按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出方

87、波。還有兩個頻率設(shè)置按鍵，可以輸出任意頻率的波形。</p><p>　　3.2 D/A轉(zhuǎn)換</p><p>　　在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，D/A轉(zhuǎn)換是最關(guān)鍵的一個內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)各種波形的輸出，是利用D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過對數(shù)組的處理，將其轉(zhuǎn)化為連續(xù)的模擬量，然后輸出。得到我們所需要的各種波形輸出。其程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 D/A轉(zhuǎn)換程序

88、流程圖</p><p>　　3.3 鍵掃描程序設(shè)計(jì)</p><p>　　鍵掃描程序的任務(wù)是檢查3個按鍵是否有鍵按下，若有鍵按下，則執(zhí)行相應(yīng)的功能。在這里，3個按鍵分別用于頻率增加、頻率減小和波形選擇功能。其程序流程圖設(shè)計(jì)如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 鍵掃描程序流程圖</p><p>　　3.4 顯示程序設(shè)計(jì)</p>

89、;<p>　　此軟件設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)，4個LED數(shù)碼管實(shí)時顯示波形頻率值。其程序流程圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 顯示程序流程圖</p><p><b>　　4. 系統(tǒng)的調(diào)試</b></p><p>　　完成了整個系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)及硬件組裝后，還要進(jìn)行系統(tǒng)硬件和軟件的調(diào)試，通過調(diào)試查出系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)中

90、存在的錯誤及可能出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)問題，以便修改設(shè)計(jì)，最終使系統(tǒng)正確可靠。</p><p><b>　　4.1 硬件的調(diào)試</b></p><p>　　本課題軟件和硬件相結(jié)合，有相當(dāng)大的難度，同時也有很大的實(shí)用性。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我的理論和實(shí)踐水平都有了較大的提高。在本課題的設(shè)計(jì)中，我熟練了掌握了單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)和接口技術(shù)，掌握了各種報(bào)警電路及其相關(guān)元器件的使用。通過了

91、這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅學(xué)到許多的實(shí)用知識，還學(xué)會如何克服未知的困難，解決難題的方法。</p><p>　　由于自己基礎(chǔ)不太扎實(shí)，所學(xué)不夠深入，平時實(shí)踐的不夠，很多知識和技能都只停留在理論的基礎(chǔ)上。而且沒有經(jīng)過實(shí)踐過的理論遺忘的也很多。剛開始拿到這個畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，確實(shí)有點(diǎn)摸不到方向的感覺，經(jīng)過搜索大量資料，并進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)后，對自己的設(shè)計(jì)題目——用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)超低頻波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)有了一個大致的設(shè)計(jì)思路。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)

92、給了我一個極大的挑戰(zhàn)，進(jìn)行每一階段的任務(wù)對我老說都是在接觸新鮮的東西。對于搞研究來說，光有熱情是不夠的，更重要的是根基的深厚和實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的積累。初出茅廬的我在硬件設(shè)計(jì)的整個過程中確實(shí)遇到了很多問題：</p><p>　　1．在設(shè)計(jì)電路方面，由于基礎(chǔ)薄弱，很難在很短的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)時間內(nèi)掌握很好的硬件設(shè)計(jì)技巧，于是我參考了另外一塊板，先開始自己也在一塊實(shí)驗(yàn)板上焊了基本的電路，并進(jìn)行了幾個程序的調(diào)試，覺得可行了，在原理圖上就

93、那樣進(jìn)行設(shè)計(jì)。很多原理知識，在課堂上也學(xué)到過，但是沒有實(shí)踐過，就感覺很生疏。但是通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，本人在硬件電路設(shè)計(jì)上有了很大的提高與進(jìn)步。</p><p>　　2．這次是自己真正意義上第一次正式的使用Proteus軟件畫自己設(shè)計(jì)的東西，剛開始遇到很多困難，很多元器件的封裝都不知道。但經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的煅練，很多基本的東西都已熟記于心。一些畫圖技巧也很好的掌握了，自我感覺進(jìn)步很大。</p>&

94、lt;p><b>　　4.2 軟硬件調(diào)試</b></p><p>　　軟件調(diào)試的這一階段，我陷入困境，由于自己在軟件編程方面很弱，面對那些字符，我一開始有些不知所措，再加上那幾天，整個人的狀態(tài)不好，心情也比較浮躁，導(dǎo)致了畢業(yè)設(shè)計(jì)停滯不前的狀態(tài)，狀態(tài)調(diào)整好以后，我就開始認(rèn)真學(xué)習(xí)編程。進(jìn)步也不少。</p><p>　　1．剛開始編程我是先從網(wǎng)上下載一些現(xiàn)成的程序，進(jìn)

95、行仿真與譯讀，遇到不懂的就看書解決，或者像研究生學(xué)長討教。我最困頓的是在時序方面，自己研究了很久，還是理不出頭緒來，不過經(jīng)學(xué)長講解了一下以后，開竅了許多。</p><p>　　2．由于我是個粗心大意之人，難免在編程中打錯字母。因此，編譯通不過很可能是字母打錯，這樣根據(jù)提示，就很容易找到錯誤，所以說，進(jìn)行編程細(xì)心是很重要的，再就是態(tài)度問題。這是我編程的過程中積累的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　

96、3．在調(diào)試程序時，也遇到了困難，程序通過編譯了，但是仿真的時候總是有問題。仿真器的熟悉也花去了一段時間。但是熟練以后，就能獨(dú)立的解決基本的問題，經(jīng)過這段時間的學(xué)習(xí)，我才得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　5. 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論</p><p>　　在此次課題中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和目的綜合設(shè)計(jì)了整個系統(tǒng)的硬件電路連接和軟件程序。最后整套系統(tǒng)又進(jìn)行仿真。通過頻率按鍵設(shè)置波形頻率大小，再

97、通過按鍵選擇不同的輸出波形，通過這個單片機(jī)超低頻信號發(fā)生器，我們仿真較好的實(shí)現(xiàn)了各種波形的輸出，輸出信號的頻率范圍在0.01Hz～100Hz之間，幅度在+5V，波形失真度<1％，基本上達(dá)了課題的要求。</p><p>　　具體的仿真結(jié)果如下圖5所示。</p><p><b>　　三角波：</b></p><p>　　三角波仿真效果圖此刻的

98、VPP=5V f=100hz。頻率范圍是0.01～100hz，都是在電路中連續(xù)可調(diào)的。</p><p><b>　　方波：</b></p><p>　　方波仿真效果圖 此時的波峰值VPP=5V，f=20Hz。電路中的頻率是連續(xù)可調(diào)的。幅度峰峰值等于電源電壓5v。</p><p><b>　　正弦波：</b></p&g

99、t;<p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　6. 社會經(jīng)濟(jì)效益</b></p><p>　　信號發(fā)生器是使用很廣的儀器, 在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中,常常需要用到低頻信號發(fā)生器。如工業(yè)過程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?！?yīng)用單片機(jī)AT89C51 實(shí)現(xiàn)超低頻信號發(fā)生器除了可以輸出常用的正弦波、三

100、角波、方波、鋸齒波外, 能夠定義任意函數(shù)(如偽隨機(jī)信號等) 作為輸出的波形, 而這種定義只需通過軟件程序更改輸出波形數(shù)據(jù)表來完成, 無需變動硬件電路, 具有相當(dāng)大的靈活性。</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的增長和科技水平的不斷提高，對信號發(fā)生器提出了更高的要求：體積小巧、便于攜帶，抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，精度高、信息處理容量大、功耗低等功能。</p><p>　　用單片機(jī)設(shè)計(jì)的超低頻信號

101、發(fā)生器正是基于以上的設(shè)計(jì)理念而設(shè)計(jì)的儀表。信號發(fā)生器選用優(yōu)質(zhì)元器件，以低功耗單片機(jī)為核心，可對溫度進(jìn)行精確、高效的測量與控制，適用于多種應(yīng)用環(huán)境。</p><p>　　電子信息產(chǎn)業(yè)是當(dāng)代最具活力的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，也是我國大力發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。目前我國市場銷售的信號發(fā)生器存在各種不完善，不能滿足要求的缺陷；國外同類產(chǎn)品價(jià)格較高，難以為業(yè)界接受，已不能適應(yīng)越來越細(xì)化的市場需求。因此市場前景及發(fā)展空間十分廣闊。<

102、/p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　本文首先介紹了相關(guān)背景及其應(yīng)用，然后針對選題內(nèi)容，實(shí)施方案和所做的工作進(jìn)行了闡述。接著是系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)計(jì)，其中包括單片機(jī)模塊、溫度采集模塊、串口通信模塊，也包括主要元器件的功能介紹、各分塊電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試，最后是上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，其中包括設(shè)計(jì)的思路和軟件程序，最后是系統(tǒng)軟硬件總體調(diào)試。</p>

103、<p>　　本次設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的基本要求，即實(shí)現(xiàn)四種所需的波形，同時生成的波形頻率也在所要求的范圍內(nèi)，幅度在+5V，基本達(dá)到畢設(shè)所需的要求。</p><p>　　當(dāng)今科技發(fā)展迅速，單片機(jī)嵌入式開發(fā)有著光明的前景。由于單片機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、開發(fā)簡便，因而依然在工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)自動化、家電智能化等領(lǐng)域占據(jù)了廣泛的市場。本文介紹的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的實(shí)用性，但該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中仍有很多漏洞。還需要在智能化方面加以改

104、進(jìn)。特別是語音告警、節(jié)省功耗，提高穩(wěn)定度等方面。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過半年的準(zhǔn)備，在論文完成之際，首先要感謝尊敬的導(dǎo)師徐猛華老師，本論文的順利完成與老師的諄諄教導(dǎo)和悉心啟迪是分不開的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)術(shù)知識、孜孜不倦的敬業(yè)精神和平易近人的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，并且將不斷的激勵我奮發(fā)向上。在此，對老師的

105、教導(dǎo)和關(guān)心表示衷心地感謝！ </p><p>　　感謝諸位老師的大力幫助，感謝他們對我在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予的指導(dǎo)與幫助。 </p><p>　　感謝寢室及班上的同學(xué)，在我遇到問題的時候，他們給了我很多的鼓勵，我永遠(yuǎn)難忘那些我們在一起共同學(xué)習(xí)、共同奮斗過的時光。是他們給予我莫大的幫助和支持。</p><p>　　此外，我要感謝我的家人，是你們無微不至的關(guān)心和照顧，

106、支持著我的每一步人生歷程，我要用自己的畢生所學(xué)來回報(bào)你們。</p><p>　　還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵和幫助的師長、朋友，在此無法一一列舉，在此也表示忠心地感謝！</p><p>　　最后，對大學(xué)四年來所有在學(xué)業(yè)上和生活中給予我?guī)椭完P(guān)心的人們致以誠摯的謝意，對培養(yǎng)我的母校表示深深的感謝。</p><p>　　大學(xué)生活的結(jié)束，也是我人生新的生活起點(diǎn)，我將謹(jǐn)記老

107、師們的教誨，將自己的所學(xué)奉獻(xiàn)給社會。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　許慶山等編. 電路、信號與系統(tǒng). 北京：航空工業(yè)出版社，2002，22-56.</p><p>　　Sullvan G J. Rate-distortion optimization for video compression. IEEE S

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109、g:Mechannic Industrical Prees, 2005.</p><p>　　詹振球,蘇抗,王成華. 基于DSP的數(shù)字存儲示波器顯示控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用 , 2005,(06) . </p><p>　　張智軍,張軍濤. 單片機(jī)變頻調(diào)速PWM波發(fā)生器[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用 , 2005,(04) . </p><p>　　相迎軍,李

110、興城,李傳軍. 基于AT89C4051單片機(jī)的專用信號發(fā)生器設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 微計(jì)算機(jī)信息 , 2004,(11) . </p><p>　　朱蓉,鄭建華. 基于MCS-51單片機(jī)定時精確控制的研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù) , 2005,(17) . </p><p>　　甄麗平,司紹偉,馬艷玲. 一種單片機(jī)溫度模糊控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù) , 2005,(17) . <