河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 編 號(hào)： 審定成績(jī)： 河北工程大學(xué)機(jī)電 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)計(jì)（論文）題目： 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 單 位（系別） ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 ： 蒲永林 專 業(yè) ： 礦山機(jī)械 班 級(jí) ： 機(jī)制 0907 班 學(xué) 號(hào) ： 090200717 指 導(dǎo) 教 師 ： 陳亞宇 答辯組 負(fù)責(zé)人 ： 填表時(shí)間： 2013 年 5 月 河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院 教務(wù)處制河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - I 河北工程大學(xué)機(jī)電 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 設(shè)計(jì) (論文 )題目 數(shù) 字 信 號(hào) 發(fā) 生 器 的 設(shè) 計(jì) 學(xué)生姓名 蒲永林 學(xué)院 機(jī)電學(xué)院 專業(yè) 機(jī)制礦機(jī) 年級(jí) 09 班別 09 機(jī)制 7 班 指導(dǎo)教師 陳亞宇 職稱 下達(dá)任務(wù)日期 年 月 日 主 要 研 究 內(nèi) 容 、 方 法 和 要 求 研究?jī)?nèi)容： 設(shè)計(jì)一種數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，能夠?qū)崿F(xiàn)顯示輸出波形，即正弦波、方波、三角波而且還能通過(guò)鍵盤來(lái)控制三種波形的類型選擇、頻率變化，最終顯示各自的類型以及數(shù)值 研究方法： 利用 AT89S52 單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生弦波、方波、三角波三種波形，再通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來(lái) ，外加一個(gè)數(shù)據(jù) 儲(chǔ)存器 RAM62256 設(shè)計(jì)要求： 調(diào)試所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)程序，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有一定的實(shí)用性。 計(jì) 劃 進(jìn) 度 2012.03.202012.04.29：查閱相關(guān)資料，熟悉論文題目相關(guān)知識(shí)； 2012.03.292008.04.15：確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以及畫出電路圖等； 2012.04.162012.5 月末 :完成畢業(yè)設(shè)計(jì) 主 要 參 考 文 獻(xiàn) 1 戴仙金主編 51 單片機(jī)及其 C 語(yǔ)言匯編程序開發(fā)實(shí)例 清華大學(xué)出版社， 2008 2 高吉祥主 編 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程 電子工業(yè)出版社， 2007 3楊素行主編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程 高等教育出版社， 2007 4蔣輝平主編 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì) 北京航空航天大學(xué)出版社 2007 5趙曉安 . MCS-51 單片機(jī)原理及應(yīng)用 M. 天津：天津大學(xué)出版社， 2001.3 指導(dǎo)教師簽字 _ _年 _月 _日 教學(xué)部主任簽字 _ _年 _月 _日 備注：此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，并于畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開始前下達(dá)給學(xué)生?？杉痈巾?yè)。 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - II 摘 要 波形發(fā)生器是信號(hào)源的一種，主要給被測(cè)電路提供所需要的己知信號(hào) (各種波形 )，然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)?？梢娦盘?hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和試驗(yàn)測(cè)試處理中，它的應(yīng)用非常廣泛。它不是測(cè)量?jī)x器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)源，仿真各種測(cè)試信號(hào)，提供給被測(cè)電路，以滿足測(cè)量或各種實(shí)際需要。 目前我國(guó)己經(jīng)開始研制波形發(fā)生器，并取得了可喜的成果。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)波形發(fā)生器還沒(méi)有形成真正的 產(chǎn)業(yè)。就目前國(guó)內(nèi)的成熟產(chǎn)品來(lái)看，多為一些 PC儀器插卡，獨(dú)立的儀器和 VXI系統(tǒng)的模塊很少，并且我國(guó)目前在波形發(fā)生器的種類和性能都與國(guó)外同類產(chǎn)品存在較大的差距，因此加緊對(duì)這類產(chǎn)品的研制顯得迫在眉睫。 本系統(tǒng)利用單片機(jī) AT89S52 采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生鋸齒波、正弦波、矩形波三種波形，再通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來(lái)，能產(chǎn)波形。通過(guò)鍵盤來(lái)控制三種波形的類型選擇、頻率變化，并通過(guò)液晶屏 1602 顯示其各自的類型以及數(shù)值，系統(tǒng)大致包括信號(hào)發(fā)生部分、數(shù) /模轉(zhuǎn)換部分以及 液晶顯示部分三部分。 【關(guān)鍵詞】 信號(hào)發(fā)生器 鋸齒波 方形波 矩形波 單片機(jī) 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - III ABSTRACT Waveform generator signal source is a circuit under test, mainly to provide the required known signal ( a variety of waveforms ), then with other instrument measuring the parameters of interest. Visible signal source in a variety of experimental and test processing, its application is very broad. It is not a measurement instrument, but according to the users requirements, as the excitation source, simulation test signal, is provided to the circuit to be tested, to meet the needs of measuring or various practical needs At present our country has already started the development of a waveform generator, and achieved gratifying results. But on the whole, our country has not form real waveform generator industry. On the current domestic mature products, a number of PC equipment card, independent of the instrument and VXI system modules rarely, and our current waveform generator types and properties are associated with similar foreign products in the larger gap, so step up to this kind of product development is imminent. This system uses single chip microcomputer AT89S52 using program design method for generating sawtooth, sine wave, square wave three waveform, then through D / A converter DAC0832converts digital signals into analog signals, filtering and amplifying, and ultimately by the oscilloscope display, can produce the waveform. Through the keyboard to control the three waveform selection, frequency change, and through the1602 LCD display their respective types and values, system generally includes a signal generating part, a D /A conversion part and a liquid crystal display part three part. 【 Key words】 Signal generator square wave sawtooth wave rectangular wave single chip microcomputer 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - IV 目 錄 前 言 . 1 第一章 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的介紹 . 2 第一節(jié) 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的定義 . 2 第二節(jié) 研究數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的目的及其發(fā)展 . 7 第二章 波形的概述 . 9 第一節(jié) 矩形波 . 9 第二節(jié) 三角波 . 10 第三節(jié) 正弦波 . 10 第四節(jié) 波形的產(chǎn)生 . 11 第三章 方案的設(shè)計(jì) . 14 第一節(jié) 信號(hào)發(fā)生電路的設(shè)計(jì) . 14 第二節(jié) 單片機(jī)的選擇 . 14 第三節(jié) 顯示方案 . 15 第四節(jié) 輸入方案 . 15 第四章 芯片的介紹 . 17 第一節(jié) AT89S52 . 17 第二節(jié) DAC0832 . 21 第三節(jié) LCD1602 . 24 第四節(jié) RAM62256. 26 第五章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 28 第一節(jié) 硬件的設(shè)計(jì) . 28 第二節(jié) 軟件的設(shè)計(jì) . 34 結(jié) 論 . 36 致 謝 . 37 參考文獻(xiàn) . 38 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 1 前 言 不論是在生產(chǎn)還是在科研與教學(xué)上，信號(hào)發(fā)生器都是電子工程師仿真實(shí)驗(yàn)的最佳工具。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，對(duì)相應(yīng)的測(cè)試儀器和測(cè)試手段也提出了更高的要求，信號(hào)發(fā)生器己成為測(cè)試儀器中至關(guān)重要的一類，因此開發(fā)信號(hào)發(fā)生器具有重大意義。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器采用專用芯片，成本高，控制方式不靈活?，F(xiàn)在很多設(shè)計(jì)利用單片機(jī)靈活的控制、豐富的外設(shè)處理能力，實(shí)現(xiàn)頻率、幅值可調(diào)的函數(shù)波形的輸出，同時(shí)可以根據(jù)需要方便地實(shí)現(xiàn)各種比較復(fù)雜的調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅功能，具有良好的實(shí)用性 1。 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 2 第一章 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的介紹 第一節(jié) 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的定義 定義 數(shù)字信號(hào)指 幅度 的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)。二進(jìn)制碼就是一種數(shù)字信號(hào)。二進(jìn)制碼受 噪聲 的影響小，易于有數(shù)字電路進(jìn)行處理，所以得到了廣泛的應(yīng)用。 凡是產(chǎn)生測(cè)試 信號(hào) 的儀器，統(tǒng) 稱信號(hào)源 也 稱為信號(hào)發(fā)生器，它用于產(chǎn)生被測(cè)電路所需特定參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)。在測(cè)試、 研究 或調(diào)整電子 電路及設(shè)備時(shí)，為測(cè)定電路的一些電參量，如測(cè)量頻率響應(yīng)、 噪聲系數(shù) ，為 電壓表 定度等，都要求提供符合所定技術(shù)條件的電信號(hào)，以模擬在實(shí)際工作中使用的待測(cè)設(shè)備的 激勵(lì)信號(hào) 。當(dāng)要求進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測(cè)量時(shí)，需使用振幅、頻率已知的正弦信號(hào)源。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時(shí)，又需使用前沿時(shí)間、脈沖寬度和重復(fù) 周期 已知的矩形脈沖源。并且要求信號(hào)源輸出信號(hào)的參數(shù)，如 頻率 、 波形 、輸出電壓或 功率 等，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性，有輸出指示。 應(yīng)用 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器是電子電路設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和儀表測(cè)量校正調(diào)試中應(yīng) 用很多的一種信號(hào)發(fā)生裝置和 信號(hào)源。廣泛地應(yīng)用在電子技術(shù)試驗(yàn)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和通信、儀器儀表、控制等領(lǐng)域的信號(hào)處理系統(tǒng)中及其他機(jī)械、電聲、水聲及生物等科研領(lǐng)域。 信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或 振蕩器 ，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形 曲線 均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能 夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、 核磁共振河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 3 成像 等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器 2。 數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)： （ 1） 抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)噪聲積累。在模擬通信中，為了提高信噪比，需要在信號(hào)傳輸過(guò)程中及時(shí)對(duì)衰減的傳輸信號(hào)進(jìn)行放大，信號(hào)在傳輸過(guò)程中不可避免地疊加上的噪聲也被同時(shí)放大。隨著傳輸距離的增加，噪聲累積越來(lái)越多，以致使傳輸質(zhì)量嚴(yán)重惡化。對(duì)于數(shù)字通信，由于數(shù)字信號(hào)的幅值為有限個(gè)離散值（通常取兩個(gè)幅值），在傳輸過(guò)程中雖然也受到噪聲的干擾，但當(dāng)信噪 比惡化到一定程度時(shí)，即在適當(dāng)?shù)木嚯x采用判決再生的方法，再生成沒(méi)有噪聲干擾的和原發(fā)送端一樣的數(shù)字信號(hào)，所以可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離高質(zhì)量的傳輸 3。 （ 2） 便于加密處理。信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹?lái)越重要，數(shù)字通信的加密處理的比模擬通信容易得多，以話音信號(hào)為例，經(jīng)過(guò)數(shù)字變換后的信號(hào)可用簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯運(yùn)算進(jìn)行加密、解密處理。 （ 3） 便于存儲(chǔ)、處理和交換。數(shù)字通信的信號(hào)形式和計(jì)算機(jī)所用信號(hào)一致，都是二進(jìn)制代碼，因此便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也便于用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理、維護(hù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。 （ 4） 設(shè)備便于集成化、微型化。數(shù)字通信采用時(shí)分多路復(fù)用，不需要體積較大的濾波器。設(shè)備中大部分電路是數(shù)字電路，可用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，因此體積小、功耗低。 （ 5） 便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。采用數(shù)字傳輸方式，可以通過(guò)程控?cái)?shù)字交換設(shè)備進(jìn)行數(shù)字交換，以實(shí)現(xiàn)傳輸和交換的綜合。另外，電話業(yè)務(wù)和各種非話業(yè)務(wù)都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。 （ 6） 占用信道頻帶較寬。一路模擬電話的頻帶為 4kHz 帶寬，一路數(shù)字電河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 4 話約占 64kHz，這是模擬通信目前仍有生命力的主要原因。隨著寬頻帶信道（光纜、 數(shù)字微波）的大量利用（一對(duì)光纜可開通幾千路電話）以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展（可將一路數(shù)字電話的數(shù)碼率由 64kb/s 壓縮到 32kb/s 甚至更低的數(shù)碼率），數(shù)字電話的帶寬問(wèn)題已不是主要問(wèn)題了。 以上介紹可知，數(shù)字 信號(hào) 具有很多優(yōu)點(diǎn)，所以各國(guó)都在積極發(fā)展數(shù)字通信。近年來(lái)，我國(guó)數(shù)字通信得到迅速發(fā)展，正朝著高速化、智能化、寬帶化和綜合化方向邁進(jìn)。 信號(hào)發(fā)生器的分類 現(xiàn)目前信號(hào)發(fā)生器的種類很多，以下就是詳細(xì)介紹 按頻率范圍分類： 1.低頻信號(hào)發(fā)生器： 包括 音頻 （ 200 20000 赫）和視頻（ 1 赫 10 兆赫）范圍的 正弦波發(fā)生器。主振級(jí)一般用 RC 式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測(cè)試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。 2. 高頻信號(hào)發(fā)生器： 頻率為 100 千赫 30 兆赫的高頻、 30 300 兆赫的甚高頻信號(hào)發(fā)生器。一般采用 LC 調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。主要用途是測(cè)量各種接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。輸出信號(hào)可用內(nèi)部或外加的低頻正弦信號(hào)調(diào)幅或調(diào)頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到 1 微伏以下。輸出信號(hào)電平能準(zhǔn)確讀數(shù)，所加的調(diào)幅度或頻偏也能用電表讀出。此外，儀器還有防止信號(hào)泄漏的良好屏蔽。 按輸出波 形分類： 1. 正弦信號(hào)發(fā)生器： 正弦信號(hào)主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。正弦信號(hào)發(fā)生器主要由兩部分組成：正弦波信號(hào)發(fā)生器和產(chǎn)生調(diào)幅、調(diào)頻、鍵控信號(hào)。正弦波信號(hào)發(fā)生器采用直接數(shù)字頻率合成 DDS技術(shù)，在 CPLD上實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)查找表和地址掃描，經(jīng) D/A輸出可得到正弦信號(hào)。具有頻率穩(wěn)定度高，頻率范圍寬，容易實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn) 100 Hz。全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成，輸出相位連續(xù)，頻率、相位和幅度均可實(shí)現(xiàn)程控。 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 5 2. 函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器： 又稱波形發(fā)生器。它能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（主要是正弦波 、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號(hào)。頻率范圍可從幾毫赫甚至幾微赫的超低頻直到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。下為產(chǎn)生上述波形的方法之一，將積分電路與某種帶有回滯特性的閾值開關(guān)電路（如施密特觸發(fā)器）相連成環(huán)路，積分器能將方波積分成三角波。施米特電路又能使三角波上升到某一閾值或下降到另一閾值時(shí)發(fā)生躍變而形成方波，頻率除能隨積分器中的 RC 值 的變化而改變外，還能用外加電壓控制兩個(gè)閾值而改變。將三角波另行加到由很多不同偏置二極管組成的整形網(wǎng)絡(luò)，形成許多不同斜度的折線段 ，便可形成正弦波。 另一種構(gòu)成方式是用頻率合成器產(chǎn)生正弦波，再對(duì)它多次放大、削波而形成方波，再將方波積分成三角波和正、負(fù)斜率的鋸齒波等。對(duì)這些函數(shù)發(fā)生器的頻率都可電 控、程控、鎖定和掃頻，儀器除工作于連續(xù)波狀態(tài)外，還能按鍵控、門控等方式工作。 3.脈沖信號(hào)發(fā)生器： 產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測(cè)試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用模擬信號(hào)來(lái)測(cè)試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。脈沖發(fā)生器主要由主控振蕩器、延時(shí)級(jí)、脈沖形成級(jí)、輸出級(jí)和衰減器等組成。主控振蕩器通常為多諧振蕩器之類的電路，除 能自激振蕩外，主要按觸發(fā)方式工作。通常在外加觸發(fā)信號(hào)之后首先輸出一個(gè)前置觸發(fā)脈沖，以便提前觸發(fā)示波器等觀測(cè)儀器，然后再經(jīng)過(guò)一段可調(diào)節(jié)的延遲時(shí)間才輸出主信號(hào)脈沖，其寬度可以調(diào)節(jié)。有的能輸出成對(duì)的主脈沖，有的能分兩路分別輸出不同延遲的主脈沖。 4.噪聲信號(hào)發(fā)生器： 完全隨機(jī)性信號(hào)是在工作頻帶內(nèi)具有均勻頻譜的白噪聲。常用的白噪聲發(fā)生器主要有：工作于 1000 兆赫以下同軸線系統(tǒng)的飽和二極管式白噪聲發(fā)生器；用于微波波導(dǎo)系統(tǒng)的氣體放電管式白噪聲發(fā)生器；利用晶體二極管反向電流中噪聲的固態(tài)噪聲源（可工作在 18 吉赫以下整個(gè)頻 段內(nèi)）等。噪聲發(fā)生器輸出的強(qiáng)度必須已知，通常用其輸出噪聲功率超過(guò)電阻熱噪聲的分貝數(shù)（稱為超噪比）或用其噪聲溫度來(lái)表示。噪聲信號(hào)發(fā)生器主要用途是： 在待測(cè)系統(tǒng)中引入一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，以模擬實(shí)際工作條件中的噪聲而測(cè)定系統(tǒng)的性能；河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 6 外加一個(gè)已知噪聲信號(hào)與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲相比較以測(cè)定噪聲系數(shù)； 用隨機(jī)信號(hào)代替正弦或脈沖信號(hào)，以測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。例如，用白噪聲作為輸入信號(hào)而測(cè)出網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，便可得到這一網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)函數(shù)。 按 頻率改變的方式 ： 1.掃頻和程控信號(hào)發(fā)生器 ：掃頻信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn) 生幅度恒定、頻率在限定范圍內(nèi)作線 性變化的信號(hào)。在高頻和甚高頻段用低頻掃描電壓或電流控制振蕩回路元件（如變?nèi)莨芑虼判揪€圈）來(lái)實(shí)現(xiàn)掃頻振蕩；在微波段早期采用電壓調(diào)諧掃頻，用改變返波 管螺旋線電極的直流電壓來(lái)改變振蕩頻率，后來(lái)廣泛采用磁調(diào)諧掃頻，以 YIG 鐵氧體小球作微波固體振蕩器的調(diào)諧回路，用掃描電流控制直流磁場(chǎng)改變小球的諧振 頻率。掃頻信號(hào)發(fā)生器有自動(dòng)掃頻、手控、程控和遠(yuǎn)控等工作方式。 2.頻率合成式信號(hào)發(fā)生器 ：這種發(fā)生器的信號(hào)不是由振蕩器直接產(chǎn)生，而是以高穩(wěn)定度石英振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，利用頻率合成技術(shù)形 成所需之任意頻率的信號(hào)，具有與標(biāo)準(zhǔn)頻率源相同的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。輸出信號(hào)頻率通?？砂词M(jìn)位數(shù)字選擇，最高能達(dá) 11 位數(shù)字的極高分辨率。頻率除用手動(dòng)選擇外還可程控和遠(yuǎn)控，也可進(jìn)行步級(jí)式掃頻，適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。 直接式頻率合成器由晶體振蕩、加法、乘法、濾波和放大等電路組成，變換頻率迅速但電路復(fù)雜，最高輸出頻率只能達(dá) 1000 兆赫左右。用得較多的間接式頻率合 成器是利用標(biāo)準(zhǔn)頻率源通過(guò)鎖相環(huán)控制電調(diào)諧振蕩器（在環(huán)路中同時(shí)能實(shí)現(xiàn)倍頻、分頻和混頻），使之產(chǎn)生并輸出各種所需頻率的信號(hào)。這種合成器的最高頻率可達(dá) 26.5 吉 赫。高穩(wěn)定度和高分辨力的頻率合成器，配上多種調(diào)制功能（調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相），加上放大、穩(wěn)幅和衰減等電路，便構(gòu)成一種新型的高性能、可程控的 合成式信號(hào)發(fā)生器，還可作為鎖相式掃頻發(fā)生器 4。 除了上述發(fā)生器外還有 偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器 ， 微波信號(hào)發(fā)生器 等 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 7 第二節(jié) 研究數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的目的及 其發(fā)展 信號(hào)發(fā)生器也稱信號(hào)源，是用來(lái)產(chǎn)生振蕩信號(hào)的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號(hào)，并且信號(hào)的特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號(hào)特征，主要是指輸出信號(hào)的頻率、幅度、波形、占空比、 調(diào)制形式等參數(shù)都可以人為地控制設(shè)定。隨著科技的發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用到的信號(hào)形式越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜，頻率也越來(lái)越高，所以信號(hào)發(fā)生器的種類也越來(lái)越多，同時(shí)信號(hào)發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)形式也不斷向著智能化、軟件化、可編程化發(fā)展。 信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)在電路中常常用來(lái)代替前端電路的實(shí)際信號(hào)，為后端電路提供一個(gè)理想信號(hào)。由于信號(hào)源信號(hào)的特征參數(shù)均可人為設(shè)定，所以可以方便地模擬各種情況下不同特性的信號(hào)，對(duì)于產(chǎn)品研發(fā)和電路實(shí)驗(yàn)特別有用。在電路測(cè)試中，我們可以通過(guò)測(cè)量、對(duì)比輸入和輸出信號(hào)，來(lái)判斷信號(hào)處理電路的功能和特性是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求 。例如，用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率為 1kHz的正弦波信號(hào) ,輸入到一個(gè)被測(cè)的信號(hào)處理電路 (功能為正弦波輸入、方波輸出 )，在被測(cè)電路輸出端可以用示波器檢驗(yàn)是否有符合設(shè)計(jì)要求的方波輸出。高精度的信號(hào)發(fā)生器在計(jì)量和校準(zhǔn)領(lǐng)域也可以作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源 (參考源 )，待校準(zhǔn)儀器以參考源為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)校。由此可看出，信號(hào)發(fā)生器可廣泛應(yīng)用在電子研發(fā)、維修、測(cè)量、校準(zhǔn)等領(lǐng)域 5。 目前我國(guó)己經(jīng)開始研制波形發(fā)生器，并取得了可喜的成果。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)波形發(fā)生器還沒(méi)有形成真正的產(chǎn)業(yè)。就目前國(guó)內(nèi)的成熟產(chǎn)品來(lái)看，多為一些 PC儀器插卡，獨(dú)立的儀器 和 VXI系統(tǒng)的模塊很少，并且我國(guó)目前在波形發(fā)生器的種類和性能都與國(guó)外同類產(chǎn)品存在較大的差距，因此加緊對(duì)這類產(chǎn)品的研制顯得迫在眉睫。函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快近幾年來(lái)，國(guó)際上波形發(fā)生器技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）過(guò)去由于頻率很低應(yīng)用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應(yīng)用于越來(lái)越廣的領(lǐng)域。波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得更加方便和容易。波形發(fā)生器通常允許用一系列的點(diǎn)、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。同時(shí)可以利用一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)方程輸入方式，復(fù)雜的波形可以由幾個(gè)比較簡(jiǎn) 單的公式復(fù)合成 v=f(t)形式的波形方程的數(shù)學(xué)河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 8 表達(dá)式產(chǎn)生。從而促進(jìn)了波形發(fā)生器向任意波形發(fā)生器的發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的飛速發(fā)展也對(duì)任意波形發(fā)生器軟件技術(shù)起到了推動(dòng)作用。目前可以利用可視化編程語(yǔ)言 (如 Visual Basic, Visual C等等 )編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許從計(jì)算機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來(lái)實(shí)現(xiàn)波形的輸入。 （ 2）與 VXI資源結(jié)合。目前，波形發(fā)生器由獨(dú)立的臺(tái)式儀器和適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的插卡以及新近開發(fā)的 VXI模塊。由于 VXI總線的逐漸成熟和對(duì)測(cè)量?jī)x器的高要求，在很多領(lǐng)域需要使用 VXI系 統(tǒng)測(cè)量產(chǎn)生復(fù)雜的波形， VXI的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性，但由于開發(fā) VXI模塊的周期長(zhǎng)，而且需要專門的 VXI機(jī)箱的配套使用，使得波形發(fā)生器 VXI模塊僅限于航空、軍事及國(guó)防等大型領(lǐng)域。在民用方面， VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺(tái)式儀器更為方便。 （ 3）隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺(tái)式儀器在走了一段下坡路之后，又重新繁榮起來(lái)。不過(guò)現(xiàn)在新的臺(tái)式儀器的形態(tài)，和幾年前的己有很大的不同。這些新一代臺(tái)式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。而且外形尺寸與價(jià)格，都比過(guò)去的類似產(chǎn)品減少了一半。 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 9 第二章 波形的概述 第一節(jié) 矩形波 矩形波被廣泛用于數(shù)字開 關(guān)電路， 矩形波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定的時(shí)間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來(lái)確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間 6。 方波函數(shù)是一種常用的波形函數(shù)，其表達(dá)式為 ： (2-1) 方波的波形如圖 2-1 所示 ： 圖 2.1 方波波形 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 10 第二節(jié) 三角波 三角波也叫鋸齒波 ,主要用在 CRT 作顯示器件的掃描電路中 .如示波器 ,顯像管 ,顯示器等 .CRT 是由許多點(diǎn)組成的 .要形成光柵就要有電子束轟擊這些發(fā)光點(diǎn) .掃描電路分水平和垂直掃描兩種 .可以一行或一幀的對(duì) CRT 進(jìn)行掃描 .電子束從第一行或幀的一端開始掃到另一端 ,馬上返回掃第二行或第二幀，三角波的特點(diǎn)是電壓漸漸增大突然降到零，正好適合用于掃描電路中 8。 三角波波形如圖 2.2所示： 圖 2.2 三角波形 第三節(jié) 正弦波 正弦波即是頻率成分最為單一的一種信號(hào) ，因這種信號(hào)的波形是數(shù)學(xué)上的正弦曲線而得名。任何復(fù)雜信號(hào) 例如音樂(lè)信號(hào)，都可以看成由許許多多頻率不同、大小不等的正弦波符合而成。我們可以設(shè)一個(gè)函數(shù)為 y=sin X，當(dāng) X 分別取 0、 30、 60、 90、 120、 150、 180 時(shí)， Y 數(shù)值分別為 0、 0.5、 0.8660、 1、 0.8660、0.5、 0。在坐標(biāo)系中畫出對(duì) 應(yīng)的點(diǎn)就可以得出正弦波的圖像了。該圖像有一個(gè)特點(diǎn)，就是周期性變化，例如 X = 0 時(shí)， Y = 0， X = 180 時(shí)， Y = 0；若 X 取值【 180360】，則我們可以看到，圖像正好與原來(lái)的相反（在第四象限）。這就是正弦波的圖像了。正弦波是所有波中最普遍常見的波形，也是最容易生成的波形。任何復(fù)雜信號(hào)都可以看成由許許多多頻率不同、大小不等的正弦波復(fù)合而成?？珊颖惫こ檀髮W(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 11 以說(shuō)是所有波形的基礎(chǔ)。正弦波一般與函數(shù)信號(hào)發(fā)生器有關(guān)，與數(shù)控也有關(guān) 7。 正弦信號(hào)與余弦信號(hào)，兩者只是在相位上相差 2，可以統(tǒng)稱為正弦信號(hào)。 其 一般形式為： f (t)=A sin(t+ ) (2-2) 式中， A 為振幅， 是角頻率， 為初相位。上述三量是正弦信號(hào)的三要素。它的波形見圖 1。正弦信號(hào)是周期信號(hào)，其周期 T 與頻率 f 及角頻率 之間的關(guān)系為： (2-3) 正弦波形如圖 2.3 所示： 圖 2.3正弦波形 第四節(jié) 波形的產(chǎn)生 波形發(fā)生器可以基于模擬技術(shù)，也可以基于數(shù)字技術(shù)。模擬發(fā)生器利用模擬硬件來(lái)產(chǎn)生簡(jiǎn)單的函數(shù)，并在需要指定頻率的靜態(tài)正弦波或方波時(shí)經(jīng)常使用。而數(shù)字函數(shù)發(fā)生器采用直接數(shù)字綜合 DDS， DAC，數(shù)字信號(hào)處理，以及一個(gè)單周期存儲(chǔ)緩沖器來(lái)產(chǎn)生信號(hào)。 DDS技術(shù)依賴數(shù)字控制的方法，利用單基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)模擬頻率源。 DDS能夠?qū)崿F(xiàn)高精度和高分辨率，高溫度穩(wěn)定度，高河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 12 寬帶，以及隨機(jī)的和相位連續(xù)的頻率切換 9。 1.直接模擬法 圖 2.4 直接模擬法框圖 這是傳統(tǒng)函數(shù)發(fā)生器的簡(jiǎn)化基本結(jié) 構(gòu)，一般都是由自由振蕩器產(chǎn)生原始波形，然后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路將原始波形轉(zhuǎn)換成其他波形，在上圖中三角波是由振蕩器產(chǎn)生的，方波是三角波通過(guò)比較器轉(zhuǎn)變而成的，正弦波是三角波通過(guò)一個(gè)波形整形電路（正弦波整形器）演變而來(lái)的，所需要波形經(jīng)過(guò)放大和衰減輸出，顯然這種方式產(chǎn)生的波形種類有限，每增加一種波形，都要增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路，整個(gè)電路變得很復(fù)雜，最重要的是要產(chǎn)生用戶所需要的任意波形復(fù)雜的波形幾乎不可能 10。 2.直接數(shù)字法 直接數(shù)字法是采用直接數(shù)字合成（ Direct Digital Synthesis）的方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生。 該技術(shù)具有頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率分辨率高、易于控制的突出特點(diǎn)。直接數(shù)字合成技術(shù)近年來(lái)發(fā)展得很快，而要產(chǎn)生任意波形就必須采用直接數(shù)字很成技術(shù)。隨著 DDS技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的直接數(shù)字合成的結(jié)構(gòu)，但基本上可以發(fā)成兩種 11： （ 1）基于地址計(jì)數(shù)器的數(shù)字頻率合成法 （ 2）基于相位累加器的數(shù)字頻率合成法 相位累加器 12 ： 顧名思意，就是對(duì)相位進(jìn)行線性累加的寄存器。這個(gè)詞一般在數(shù)字頻率合成河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 13 器（ DDS）中出現(xiàn)，因?yàn)閿?shù)字頻率合成時(shí)，要想輸出一個(gè)波形（比如正弦波）的話，當(dāng)然應(yīng)該輸出一個(gè)周期內(nèi)的很多個(gè)點(diǎn)才 能得到失真的很小的波形，所以時(shí)鐘的頻率會(huì)是輸出波形頻率的 x 倍。然后時(shí)鐘每加一，相位就增加 1/x，然后輸出查表、計(jì)算出的瞬時(shí)值，再繼續(xù)下一時(shí)鐘。當(dāng) x 個(gè)周期后，也就輸出得到一個(gè)完整的正弦波了。而這個(gè)計(jì)數(shù)累加器就是相位累加器 由于直接數(shù)字法在設(shè)計(jì)上的的優(yōu)點(diǎn)，本課題設(shè)計(jì)采用的是基于地址計(jì)數(shù)器的直接數(shù)字合成法 。 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 14 第三章 方案的設(shè)計(jì) 第一節(jié) 信號(hào)發(fā)生電路的設(shè)計(jì) 方案一：通過(guò)單片機(jī)控制 D/A，輸出三種波形。此方案輸出的波形不夠穩(wěn)定，抗干擾能力弱，不易調(diào)節(jié)。但此方案電路簡(jiǎn)單、成本低。 方案二：使用傳統(tǒng)的鎖相 頻率合成方法。通過(guò)芯片 IC145152，壓控振蕩器搭接的鎖相環(huán)電路輸出穩(wěn)定性極好的正弦波，再利用過(guò)零比較器轉(zhuǎn)換成方波，積分電路轉(zhuǎn)換成三角波。此方案，電路復(fù)雜，干擾因素多，不易實(shí)現(xiàn)。 方案三：利用 MAX038 芯片組成的電路輸出波形。 MAX038 是精密高頻波形產(chǎn)生電路，能夠產(chǎn)生準(zhǔn)確的三角波、方波和正弦波三種周期性波形。但此方案成本高，程序復(fù)雜度高。 結(jié)合設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)條件限制等方面， 以上三種方案綜合考慮， 由于方案一更方便，所以 選方案一。 第二節(jié) 單片機(jī)的選擇 方案一： AT89S52 單片機(jī)是一種 低功耗、高性能 8 位單片微型計(jì)算機(jī)。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器 CPU、存儲(chǔ)器、寄存器、 I/O 接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構(gòu)成較為完整的計(jì)算機(jī)、而且其價(jià)格便宜。 方案二： C8051F005 單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與 8051兼容的微控制器內(nèi)核，與 MCS-51 指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的數(shù)字外設(shè)部件，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件，而且執(zhí)行速度快。但其價(jià)格較貴 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 15 以上兩種方案綜合考慮， 由于方案二中 C8051F005 單片機(jī)價(jià)格明顯高于AT89S52，所以 選擇方案一。 第三節(jié) 顯示方案 方案一：采用 LED 數(shù)碼管。 LED 數(shù)碼管由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，每只數(shù)碼管輪流顯示各自的字符。由于人眼具有視覺(jué)暫留特性，當(dāng)每只數(shù)碼管顯示的時(shí)間間隔小于 1/16s 時(shí)人眼感覺(jué)不到閃動(dòng)，看到的是每只數(shù)碼管常亮。使用數(shù)碼管顯示編程較易，但要顯示內(nèi)容多，而且數(shù)碼管不能顯示字母。 方案二：采用 LCD 液晶顯示器 1602。其功率小，效果明顯，顯示編程容易控制，可以顯示字母。 以上兩種方案綜合考慮， 由于用 LED 相對(duì)要麻煩些，而 1602 編程容易控制，所以本次設(shè)計(jì) 選擇方案二。 第四節(jié) 輸入方案 主要用于控制波形的轉(zhuǎn)換，波形顯示的開始和結(jié)束?？刂品绞接邪存I控制和開關(guān)控制兩種。按鍵較開關(guān)而言，操作更加簡(jiǎn)便，故選按鍵控制。 方案一：矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的按鍵觸點(diǎn)接于由行、列母線構(gòu)成的矩陣電路的交叉處。當(dāng)鍵盤上沒(méi)有鍵閉合時(shí)，所有的行和列線都斷開，行線都呈高電平。當(dāng)某一個(gè)鍵閉合時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線和列線被短路。 方案二：編碼式鍵盤。編碼式鍵盤的按鍵觸點(diǎn)接于 74LS148 芯片。當(dāng)鍵盤上 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 16 沒(méi)有閉合時(shí)，所有鍵都斷開，當(dāng)某一鍵閉合時(shí)，該鍵對(duì)應(yīng)的編碼由 74LS148 輸出。 本 次設(shè)計(jì)所需按鍵不多，不需要采用復(fù)雜編碼，考慮硬件條件、線路連接和經(jīng)濟(jì)性等方面，選擇方案一。 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 17 第四章 芯片的介紹 第一節(jié) AT89S52 AT89S52 引腳圖如下所示： 圖 4.1 AT89S52 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度 非易失性存儲(chǔ)器 技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編 程 Flash，使得AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 18 時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止， 直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 13。 主要性能 1、 與 MCS-51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容； 2、 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器； 3、 1000 次擦寫周期； 4、 全靜態(tài)操作： 0Hz-33MHz； 5、 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器； 6、 32 個(gè)可編程 I/O 口線； 7、 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 8、 六個(gè)中斷源； 9、 全雙工 UART 串行通道； 10、 低功耗空閑和掉電模式； 11、 掉電后中斷可喚醒； 12、 看門狗定時(shí)器； 13、 雙數(shù)據(jù)指針； 14、 掉電標(biāo)識(shí)符 。 引腳說(shuō)明 P0 口： P0口是一個(gè) 8位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏 輯電平。對(duì) P0端口寫 “1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí)， P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻 14。 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 19 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。 作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， P1.0和 P1.1分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ P1.0/T2）和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ P1.1/T2EX）。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 引腳號(hào)第二功能： p1.0 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 P1.1 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用） P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用 ） P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) ， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 20 能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下所示，在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。 端口引腳 第二功能 ： P3.0 RXD(串行輸入口 ) P3.1 TXD(串行輸出口 ) P3.2 INTO(外中斷 0) P3.3 INT1(外中斷 1) P3.4 TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) P3.5 T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引 腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG： 當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。 PSEN： 程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 21 AT89S52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP： 外部訪問(wèn)允許，欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀 態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 FLASH 存儲(chǔ)器編程 時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)： MCS-51 器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以 64K 尋址。程序存儲(chǔ)器：如果 EA 引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開始。對(duì)于 AT89S52，如果 EA 接 VCC，程序讀寫先從 內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為0000H 1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為： 2000HFFFFH。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： AT89S52 有 256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。高 128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說(shuō)高 128 字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指令訪問(wèn)高于 7FH 的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定 CPU 訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問(wèn)特殊功能寄存器（ SFR）。 第二節(jié) DAC0832 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(gè) DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 22 廣泛的應(yīng)用。軟件 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 15。 DAC0832 引腳圖如下： 圖 4.2 DAC0832 DAC0832的主要特性參數(shù)如下： 1.分辨率為 8位； 2.電流穩(wěn)定時(shí)間 1us； 3.可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； 4.只需在滿量程下調(diào)整其線性度； 5.單一電源供電（ +5V +15V）； 6.低功耗， 20mW。 DAC0832結(jié)構(gòu)： D0 D7： 8位數(shù)據(jù)輸入線， TTL 電平，有效時(shí)間應(yīng)大于 90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò) ) ILE： 數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效。 CS： 片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效。 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 23 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(shí)，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(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存。 XFER： 數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖有效。 WR2： DAC 寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 WR2、XFER 的邏輯組合產(chǎn)生 LE2，當(dāng) LE2為高電平時(shí)， DAC 寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化， LE2的負(fù)跳變時(shí)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。 IOUT1： 電流輸出端 1，其值隨 DAC 寄存器的內(nèi)容線性變化。 IOUT2： 電流輸出端 2，其值與 IOUT1值之和為一常數(shù)。 Rfb： 反饋電阻引出端。 DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以， RFB 端可以直 接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端。相當(dāng)于將反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端之間 Vcc：電源輸入端， Vcc 的范圍為 +5V +15V。 VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線， VREF 的范圍為 -10V +10V。 AGND：模擬信號(hào)地 。 DGND：數(shù)字信號(hào)地。 DAC0832的工作方式： DAC0832進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換，可以采用兩種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存 第一種方法 是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而 DAC 寄存器工作在直通狀態(tài)。具體地說(shuō)，就是使和都為低電平， DAC 寄存器的鎖存選通端得不到有效電平而直通；此外，使輸入寄存器的控制信號(hào) ILE 處于高電平、 處于低電平，這樣，當(dāng)端來(lái)一個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，就可以完成 1次轉(zhuǎn)換 。 第二種方法 是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而 DAC 寄存器工作在鎖存狀河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 24 態(tài)。就是使和為低電平， ILE 為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存選通信號(hào)處于無(wú)效狀態(tài)而直通；當(dāng) 和 端輸入 1個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，使得 DAC 寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 第三節(jié) LCD1602 1602液晶也叫 1602字符型液晶它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè) 5X7或者 5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行 間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形 16 LCD1602示意圖： 圖 4.3 LCD1602 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 25 管腳功能 第 1 腳：為電源地 第 2 腳：接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 7 14 腳： D0 D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15 16 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 26 第四節(jié) RAM62256 62256 是 32K的低功耗靜態(tài) RAM存儲(chǔ)器 . 用 P0和 P2 來(lái)擴(kuò)展外部ram（就是用 P0和 P2與 62256對(duì)應(yīng)的管腳相連接），假設(shè) P2.7接 WR， P2.6接RD， P2.5接 CS，那么就可以確定 個(gè)外部 RAM 的一個(gè)地址，想往外部 RAM的一個(gè)地址寫一個(gè)字節(jié)時(shí)，地址可以定為 XBYTE 0x4000，其中 WR， CS為低， RD為高，那就是高位的 4（ 0100 也就是 P2.7和 P2.5 輸出了低電平，而 P2.6 輸出了高電平，目的當(dāng)然是要選通 62256并且向 62256 寫入數(shù)據(jù)），其它位的可以根據(jù)情況自己定 （也就是其它位是什么不打緊，關(guān)鍵就是控制 wr， cs， rd的那幾個(gè)位要符合選通，讀，寫的規(guī)定就可以了），現(xiàn)在我們向 62256中寫個(gè) 26 進(jìn)去就可以使 用這條語(yǔ)句： XBYTE 0x4000 = 26 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，一般使用 P0口作為地址低 8位（與數(shù)據(jù)口分時(shí)復(fù)用），而 P2口作為地址高 8位，它共有 16根地址總線， 尋址空間為 64KB。 62256 引腳功能 A0 A14 地址總線 (Address) D0 /D7 輸入 /輸出口 (nput/output) CS 端口選擇 (Chip select) 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 27 WE 輸入始能 (Write enable) OE 輸出始能 (Output enable) VCC 電源始能 (Power supply) VSS 接地 (Ground)河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 28 第五章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 總體思路： 經(jīng)過(guò)考慮，我們確定方案如下：利用 AT89S52 單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生三角波、正弦波、矩形波三種波形，再通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來(lái)，通過(guò)鍵盤來(lái)控制三種波形的類型選擇、頻率變化，最終輸出顯示其各自的類型以及數(shù)值。 下圖為總體框圖 圖 5.1 系統(tǒng)的總體框圖 第一節(jié) 硬件的設(shè)計(jì) 總體 原理 系統(tǒng)大致包括 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 、 波形產(chǎn)生模塊 、 顯示模塊的設(shè)計(jì) 以及 鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì) 15 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 29 總原理圖如下： 圖 5.2 總原理圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 硬件的最小系統(tǒng) 由電源 ,主板和 CPU、內(nèi)存組成 .在這個(gè)系統(tǒng)中 ,沒(méi)有任何信號(hào)線的連接 ,只 有電源到主板的電源連接 .在判斷的過(guò)程中通過(guò)聲音來(lái)判斷這一核心組成部分是否可正常工作， AT89S52 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。用 AT89S52 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖 (5.3)AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)： (1) 有可供用戶使用的大量 I/O 口線。 (2) 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限且應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 最小系統(tǒng)圖如下： 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 30 圖 5.3 最小系統(tǒng) 波形產(chǎn)生模塊 在第三章的第一節(jié)就確定本次采用 通過(guò)單片機(jī)控制 D/A，輸出三種波形也就是說(shuō) 采用編程方法產(chǎn)生三種波形、通過(guò) DA 轉(zhuǎn)換模塊 DAC0832 再進(jìn)過(guò)濾波放大之后輸出。其電路圖如下所示： 河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - - 31 圖 5.4 波形 產(chǎn)生 模塊 如上圖所示，單片機(jī)的 P0 口連接 DAC0832 的八位數(shù)據(jù)輸入端， DAC0832的輸出端接放大器，經(jīng)過(guò)放大后輸出所要的波形。 顯示模塊的設(shè)計(jì) 由第三章第三節(jié)可知本次用的 LCD1602 液晶顯