摘要函數(shù)信號發(fā)生器是各種測試和實驗過程中必不可少的工具，在通信、測量、雷達(dá)、控制、教學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。不論是在生產(chǎn)、科研還是教學(xué)上，信號發(fā)生器都是電子工程師信號仿真實驗的最佳工具，而且，信號發(fā)生器的設(shè)計方法很多，設(shè)計技術(shù)也越來越先進(jìn)。研究函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計方法，克服傳統(tǒng)方法的缺點，以更好的方法設(shè)計出比較復(fù)雜的調(diào)頻、調(diào)幅功能的信號發(fā)生器。本文采用函數(shù)信號發(fā)生器芯片ICL8038設(shè)計了一種信號發(fā)生器，完成了信號發(fā)生器的總體方案設(shè)計、硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件電路主要包括信號產(chǎn)生電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、頻率控制電路、幅值控制電路以及鍵盤電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制，鍵盤電路用于波形的選擇、頻率的控制和幅值的控制。末級的放大電路則對生成的信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯螅蕴岣咝盘柕恼穹蛷?qiáng)度。軟件部分主要實現(xiàn)輸出信號的波形選擇，輸出信號的頻率和幅值的調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞信號發(fā)生器，ICL8038，頻率調(diào)節(jié)，幅值調(diào)節(jié)ABSTRACTFUNCTIONSIGNALGENERATORISALLSORTSOFTESTANDEXPERIMENTPROCESSTHEESSENTIALTOOL,INCOMMUNICATION,MEASURING,RADAR,CONTROL,TEACHINGFIELDSUSEDWIDELYBOTHINPRODUCTIONANDSCIENTIFICRESEARCHORTEACHING,SIGNALGENERATORAREELECTRONICENGINEERSIGNALSIMULATIONEXPERIMENT,ANDTHEBESTTOOL,SIGNALGENERATORSIGNALGENERATORDESIGNTECHNOLOGYISBECOMINGMOREANDMOREADVANCEDRESEARCHFUNCTIONSIGNALGENERATORDESIGNMETHODS,OVERCOMESHORTCOMINGSOFTRADITIONALMETHODS,INORDERTOBETTERDESIGNEDCOMPLEXFM,ATTENUATIONFUNCTIONSIGNALGENERATORINTHISPAPER,THEFUNCTIONSIGNALGENERATORICL8038CHIPWASADOPTEDTODESIGNAKINDOFSIGNALGENERATORTHISSIGNALGENERATORMAINLYINCLUDESTHEOVERALLDESIGNOFTHEWHOLESYSTEMSTRUCTURE,THEDESIGNOFHARDWAREANDSOFTWAREHARDWARECIRCUITISMAINLYINCLUDINGSIGNALOUTPUTCIRCUIT,SINGLECHIPMICROCOMPUTERMINIMUMSYSTEM,WAVEFORMSOUTPUTCIRCUIT,FREQUENCYCONTROLCIRCUIT,AMPLITUDECONTROLCIRCUITANDKEYBOARDCIRCUITSINGLECHIPMINIMIZESYSTEMISRESPONSIBLEFORUSERSINTERACTIONANDSYSTEMCONTROL,KEYBOARDCIRCUITFORSELECTIONOFWAVEFORM,FREQUENCYANDAMPLITUDECONTROLTHELASTSTAGEAMPLIFIERCIRCUITISTHESIGNALTOGENERATEPROPERAMPLIFIER,INORDERTOIMPROVETHESIGNALAMPLITUDEANDSTRENGTHTHESOFTWAREDESIGNMAINLYUSEDTOREALIZETHESELECTIONOFWAVEFORMTYPE,CHANGEOFFREQUENCYANDAMPLITUDEKEYWORDSSIGNALGENERATOR,ICL8038,CHANGEOFFREQUENCY,CHANGEOFAMPLITUDE目錄摘要IABSTRACTI1緒論111信號發(fā)生器概述112信號發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r113本文的主要工作32信號發(fā)生器的總體方案設(shè)計421信號發(fā)生器的總體方案4211信號發(fā)生部分4212信號幅值控制部分4213信號頻率控制部分522硬件總體方案523軟件總體方案624本章小結(jié)73信號發(fā)生器的硬件電路設(shè)計831信號產(chǎn)生電路8311ICL8038內(nèi)部原理9312電路分析1032單片機(jī)最小系統(tǒng)12321主要特性13322管腳說明（圖35）14323單片機(jī)電源1733頻率控制模塊1734幅值控制模塊18341幅值控制模塊的原理18342AD603簡介19343D/A轉(zhuǎn)換原理介紹20344DAC0832引腳介紹2135波形選擇模塊2336鍵盤控制模塊2537本章小結(jié)274信號發(fā)生器的軟件設(shè)計2841主程序流程圖2842頻率調(diào)節(jié)子程序設(shè)計2943幅值調(diào)節(jié)子程序設(shè)計3044波形選擇子程序設(shè)計3245矩陣鍵盤子程序設(shè)計3346仿真結(jié)果35461仿真軟件PROTUES簡介35462方波、正弦波、三角波的產(chǎn)生36463波形的轉(zhuǎn)換37464信號幅值的調(diào)節(jié)38465信號頻率的調(diào)節(jié)3947本章小結(jié)405結(jié)論41謝辭42參考資料43附件1總電路圖44附錄2外文資料翻譯461緒論11信號發(fā)生器概述在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號波形發(fā)生器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號波形發(fā)生器。用集成電路實現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。波形發(fā)生器也稱函數(shù)發(fā)生器，作為實驗信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設(shè)計應(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，多為鋸齒波，正弦波，方波，三角波等波形。信號發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路經(jīng)之一，不用依靠。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中，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，損耗顯著更是致命的弱點。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會大大增加。12信號發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號和用戶定義信號，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號，還可對頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動態(tài)、及時的控制，并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊，組成自動測試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動控制系統(tǒng)、震動激勵、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。在70年代前，信號發(fā)生器主要有兩類正弦波和脈沖波，而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其它波形時，需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。這個時期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號波形，則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。同時，主要表現(xiàn)為兩個突出問題，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。在70年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、A/D/和D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。這時期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實質(zhì)是采用微處理器對DAC的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。90年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價格的函數(shù)發(fā)生器、但是HP公司推出了型號為HP770S的信號模擬裝置系統(tǒng)，它由HP8770A任意波形數(shù)字化和HP1776A波形發(fā)生軟件組成。HP8770A實際上也只能產(chǎn)生8中波形，而且價格昂貴。不久以后，ANALOGIC公司推出了型號為DATA2020的多波形合成器，LECROY公司生產(chǎn)的型號為9100的任意波形發(fā)生器等。到了二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過GHZ的DDS芯片，同時也推動了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，2003年，AGILENT的產(chǎn)品33220A能夠產(chǎn)生17種波形，最高頻率可達(dá)到20M，2005年的產(chǎn)品N6030A能夠產(chǎn)生高達(dá)500MHZ的頻率，采樣的頻率可達(dá)125GHZ。由上面的產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快近幾年來，國際上波形發(fā)生器技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面（1）過去由于頻率很低應(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、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲器。同時可以利用一種強(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比較簡單的公式復(fù)合成VFT形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生。從而促進(jìn)了函數(shù)波形發(fā)生器向任意波形發(fā)生器的發(fā)展，各種計算機(jī)語言的飛速發(fā)展也對任意波形發(fā)生器軟件技術(shù)起到了推動作用。目前可以利用可視化編程語言如VISUALBASIC,VISUALC等等編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許從計算機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來實現(xiàn)波形的輸入。（2）與VXI資源結(jié)合。目前，波形發(fā)生器由獨立的臺式儀器和適用于個人計算機(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測量儀器的高要求，在很多領(lǐng)域需要使用VXI系統(tǒng)測量產(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，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、軍事及國防等大型領(lǐng)域。在民用方面，VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺式儀器更為方便。（3）隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺式儀器在走了一段下坡路之后，又重新繁榮起來。不過現(xiàn)在新的臺式儀器的形態(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。而且外形尺寸與價格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。13本文的主要工作本文主要安排五個章節(jié)介紹基于單片機(jī)的信號發(fā)生器。第一章為緒論部分。主要介紹信號發(fā)生器的背景及意義，波形發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r，本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排。第二章為信號發(fā)生器總體方案設(shè)計。主要介紹了信號發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)，信號發(fā)生器的主電路結(jié)構(gòu)及工作方式，本文基于ICL8038的信號發(fā)生器的整體方案設(shè)計。第三章為信號發(fā)生器的硬件設(shè)計。主要包括信號波形產(chǎn)生電路，單片機(jī)控制電路，頻率控制電路，幅值控制電路，鍵盤電路及波形選擇電路的設(shè)計。第四章為信號發(fā)生器的軟件設(shè)計。主要包括主程序的設(shè)計，幅值調(diào)節(jié)程序，幅值調(diào)節(jié)程序，波形選擇程序和鍵盤程序等設(shè)計。第五章為結(jié)論部分。對全文進(jìn)行了總結(jié)，提出設(shè)計所取得的成效和不足。2信號發(fā)生器的總體方案設(shè)計21信號發(fā)生器的方案選擇本設(shè)計的核心問題是信號的控制問題，其中包括信號選擇、信號頻率控制以及信號幅值的控制。在設(shè)計的過程中，我們針對信號發(fā)生部分、信號幅值控制部分、信號幅值控制部分進(jìn)行不同方案的比較。211信號發(fā)生部分方案一采用震蕩電路（如RC振蕩電路或555震蕩電路）實現(xiàn)頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)，通過波形變換電路得到所需的波形。但是該電路對電阻和電容的要求較高，工作很不穩(wěn)定。方案二采用專用波形IC芯片（如MAX038或ICL8038）實現(xiàn)，通過改變外圍電路參數(shù)設(shè)置輸出信號的頻率。該方案實現(xiàn)簡單，電路簡單，可以參考。方案三采用單片機(jī)、FPGA、DDS芯片等通過軟件編程生成波形數(shù)據(jù)，在經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)模擬信號輸出。該方式能實現(xiàn)各種波形，且能達(dá)到各個頻率，但成本較高。根據(jù)以上比較采用方案二。212信號幅值控制部分方案一采用可編程放大器，電路簡單，對放大倍數(shù)以及信號輸出電壓有較高的要求，需要對輸出電壓進(jìn)行預(yù)先處理。方案二采用數(shù)字電位器，該方式能通過單片機(jī)控制，實現(xiàn)幅值的調(diào)節(jié)。該方式線路簡單，編程方便，可實施性強(qiáng)。方案三采用單一放大電路，該方式能得到可調(diào)連續(xù)的幅值變化，但還得需要進(jìn)行峰值檢測，反饋給單片機(jī)輸出幅值信號，方法比較繁瑣。根據(jù)以上比較，采用方案一。213信號頻率控制部分方案一采用純可變電阻調(diào)節(jié)，改變函數(shù)信號發(fā)生器芯片ICL8038輸出波形的頻率，該方法還得通過頻率計來得出頻率，實現(xiàn)太繁瑣。方案二改變接入電路的電容大小，可以通過單片機(jī)編程實現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié)，且容易通過編程顯示頻率。根據(jù)以上比較，采用方案二。22信號發(fā)生器的總體方案221硬件總體方案ICL8038是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路,只需調(diào)整個別的外部元件就能產(chǎn)生從0001HZ300KHZ的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。另外由于該芯片具有調(diào)頻信號輸入端,所以可以用來對低頻信號進(jìn)行頻率調(diào)制。我們設(shè)計能輸出正弦波、方波、三角波。它是本制作的核心，通過鍵盤輸入，單片機(jī)AT89C52可控制ICL8038的輸出波形類型的選擇，并可由鍵盤設(shè)定電壓值及頻率，再經(jīng)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器輸出對ICL8038的實現(xiàn)頻率和幅度的調(diào)控。硬件總體方案如下圖所示。圖21系統(tǒng)模塊圖44鍵盤模塊ICL8038函數(shù)信號發(fā)生器AT89C52單片機(jī)控制系統(tǒng)波形選擇幅值調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)本次設(shè)計所研究的就是所需要的某種波形輸出對應(yīng)的數(shù)字信號，在通過D/A轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)部分的轉(zhuǎn)換輸出一組連續(xù)變換的05V的電壓脈沖值。在設(shè)計時分塊來做，按照波形選擇模塊、頻率控制模塊、幅值控制模塊、鍵盤控制模塊四個電路模塊設(shè)計。模塊介紹（1）44鍵盤模塊實現(xiàn)波形的切換、幅值的控制和頻率的控制。（2）幅值控制模塊通過單片機(jī)控制程控增益放大器AD603，改變其反饋電阻的大小，實現(xiàn)幅值的變化。（3）頻率控制模塊通過單片機(jī)控制接入電路的電容的組合，改變輸出信號頻率的大小。（4）波形選擇模塊通過控制輸出口，實現(xiàn)正弦波、三角波、方波的輸出。通過以上的介紹，該信號發(fā)生器具有以下幾個功能（1）通過按鍵能輸出三角波、正弦波、方波等幾種常用的波形。（2）通過按鍵能實現(xiàn)幅值的連續(xù)可調(diào)，幅值范圍為0510V。（3）通過按鍵能實現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié)222軟件總體方案軟件設(shè)計程序的基本思路是程序開始，先初始化。然后檢測鍵盤的按鍵如果是波形類型變換的按鍵按下，則轉(zhuǎn)換波形種類；如果是頻率改變的按鍵按下，改變輸出頻率；如果是幅值變換的按鍵按下，則改變放大器的反饋電阻，實現(xiàn)幅值的變化。其主要完成的設(shè)計有以下幾個部分（1）主程序的設(shè)計完成系統(tǒng)的初始化，各部分的配置以及在主循環(huán)中進(jìn)行系統(tǒng)的工作狀態(tài)檢測。（2）波形產(chǎn)生電路的編程完成通過按鍵選擇波形類型的輸出。（3）幅值控制電路通過檢測按鍵，實現(xiàn)單片機(jī)輸出數(shù)字量的改變，同時改變DAC0832輸出的模擬量，從而改變輸出波形的幅值。（4）頻率控制電路通過按鍵實現(xiàn)接入ICL8038的電容的選擇，從而實現(xiàn)頻率的改變。（5）鍵盤子程序通過掃描單片機(jī)I/O端口確定是否有鍵按下，并判斷按下的是何種功能的按鍵。然后根據(jù)鍵值轉(zhuǎn)入相應(yīng)的入口執(zhí)行相應(yīng)的按鍵子程序23本章小結(jié)本章主要介紹了信號發(fā)生器設(shè)計的總體思路。主要包括以下幾個內(nèi)容首先是信號發(fā)生器的方案選擇，通過比較實現(xiàn)信號發(fā)生器的各種方案的比較例如信號發(fā)生模塊、信號幅值調(diào)整模塊和頻率調(diào)整模塊等的比較中，選擇出最好的一種實現(xiàn)方式；然后簡單介紹波形發(fā)生器的核心器件ICL8038的信息，畫出信號發(fā)生器的硬件框圖。之后是各個模塊的簡介，簡單介紹各個模塊的功能，最后是軟件編程。該章的作用是為下文的具體介紹做了個鋪墊。3信號發(fā)生器的硬件電路設(shè)計本章將介紹信號發(fā)生器的電路設(shè)計原理，對各個功能模塊分別進(jìn)行討論，主要包括波形產(chǎn)生電路、單片機(jī)控制電路、頻率控制電路、幅值調(diào)節(jié)電路和鍵盤電路。31信號產(chǎn)生電路本設(shè)計主要基于函數(shù)發(fā)生器芯片ICL8038產(chǎn)生波形,該芯片是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路,只需調(diào)整個別的外部元件就能產(chǎn)生從0001HZ300KHZ的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。該芯片性能特點具有在發(fā)生溫度變化時產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50PPM；具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號輸出；正弦波輸出具有低于1的失真度；三角波輸出具有01高線性度；工作變化周期寬，298之間任意可調(diào)；高的電平輸出范圍，從TTL電平至28V；易于使用，只需要很少的外部條件。ICL8038是精密波形產(chǎn)生與壓控振蕩器，其基本特性為可同時產(chǎn)生和輸出正弦波、三角波、方波等波形。（1）ICL8038電源電壓范圍寬，采用單電源供電時，VGND的電壓范圍1030V；采用雙電源供電時，VV的電壓可在515V內(nèi)選取。電源電流約15MA。（2）振蕩頻率范圍寬，頻率穩(wěn)定性好。頻率范圍是0001HZ300KHZ，頻率溫漂僅50PPM/1PPM106。（3）輸出波形的失真小。正弦波失真度5，經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整后，失真度還可降低到05。三角波的線性度高達(dá)01。（4）矩形波占空比的調(diào)節(jié)范圍很寬，D199，由此可獲得窄脈沖、寬脈沖或方波。（5）外圍電路非常簡單，易于制作。通過調(diào)節(jié)外部阻容元件值，即可改變振蕩頻率，產(chǎn)生高質(zhì)量的中、低頻正弦波，矩形波（或方波，窄脈沖）,三角波（或鋸齒波）等函數(shù)波形，其應(yīng)用領(lǐng)域比普通單一波形的信號發(fā)生器更為廣闊。此外8038還能實現(xiàn)FM調(diào)制，掃描輸出。311ICL8038內(nèi)部原理圖31ICL8038內(nèi)部原理電路圖ICL8038是單片集成函數(shù)發(fā)生器，其內(nèi)部原理電路框圖如圖31。在圖31中，ICL8038由恒流源I1、I2，電壓比較器C1、C2和觸發(fā)器等組成。電壓比較器C1、C2的門限電壓分別為2VR/3和VR/VRVCCVEE，電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，且I2必須大于I1。當(dāng)觸發(fā)器的Q端輸出為低電平時，它控制開關(guān)S使電流源I2斷開。而電流源I1則向外接電容C充電，使電容兩端電壓VC隨時間線性上升，當(dāng)VC上升到VC2VR/3時，比較器C1輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q由低電平變?yōu)楦唠娖?，控制開關(guān)S使電流源I2接通。由于I2I1，因此電容C放電，VC隨時間線性下降。當(dāng)VC下降到VCVR/3時，比較器C2輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q又由高電平變?yōu)榈碗娖?，I2再次斷開，I1再次向C充電，VC又隨時間線性上升。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，若I22I1，VC上升時間與下降時間相等，就產(chǎn)生三角波輸出到腳3。而觸發(fā)器輸出的方波經(jīng)緩沖器輸出到腳9。三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。因此，ICL8038能輸出方波、三角波和正弦波等三種不同的波形與下降時間相等，就產(chǎn)生三角波輸出到腳3。而觸發(fā)器輸出的方波經(jīng)緩沖器輸出到腳9。三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。因此，ICL8038能輸出方波、三角波和正弦波等三種不同的波形其中，振蕩電容C由外部接入，它是由內(nèi)部兩個恒流源來完成充電放電過程。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源1對電容器C連續(xù)充電，增加電容電壓，從而改變比較器的輸入電平，比較器的狀態(tài)改變，帶動觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來連續(xù)控制的。當(dāng)觸發(fā)器的狀態(tài)使恒流源2處于關(guān)閉狀態(tài)，電容電壓達(dá)到比較器1輸入電壓規(guī)定值的23倍時，比較器1狀態(tài)改變，使觸發(fā)器工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將模擬開關(guān)K由B點接到A點。由于恒流源2的工作電流值為2I，是恒流源1的2倍，電容器處于放電狀態(tài)，在單位時間內(nèi)電容器端電壓將線性下降，當(dāng)電容電壓下降到比較器2的輸入電壓規(guī)定值的13倍時，比較器2狀態(tài)改變，使觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)回到原來的狀態(tài)，這樣周期性的循環(huán)，完成振蕩過程。在以上基本電路中很容易獲得3種函數(shù)信號，假如電容器在充電過程和在放電過程的時間常數(shù)相等，而且在電容器充放電時，電容電壓就是三角波函數(shù)，三角波信號由此獲得。由于觸發(fā)器的工作狀態(tài)變化時間也是由電容電壓的充放電過程決定的，所以，觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，就能產(chǎn)生方波函數(shù)信號，在芯片內(nèi)部，這兩種函數(shù)信號經(jīng)緩沖器功率放大，并從管腳3和管腳9輸出。適當(dāng)選擇外部的電阻RA和RB和C可以滿足方波函數(shù)等信號在頻率、占空比調(diào)節(jié)的全部范圍。因此，對兩個恒流源在I和2I電流不對稱的情況下，可以循環(huán)調(diào)節(jié)，從最小到最大，任意選擇調(diào)整，所以，只要調(diào)節(jié)電容器充放電時間不相等，就可獲得鋸齒波等函數(shù)信號。正弦函數(shù)信號由三角波函數(shù)信號經(jīng)過非線性變換而獲得。利用二極管的非線性特性，可以將三角波信號的上升成下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。ICL8038中的非線性網(wǎng)絡(luò)是由4級擊穿點的非線性逼近網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。一般說來，逼近點越多得到的正弦波效果越好，失真度也越小，在本芯片中N4，失真度可以小于1。在實測中得到正弦信號的失真度可達(dá)05左右。其精度效果相當(dāng)滿意。312電路分析由于ICL8038單片函數(shù)發(fā)生器有兩種工作方式，即輸出函數(shù)信號的頻率調(diào)節(jié)電壓可以由內(nèi)部供給，也可以由外部供給。在初始階段我們用以下幾種由內(nèi)部供給偏置電壓調(diào)節(jié)的接線圖對芯片進(jìn)行測試，觀察其特性，圖32為基本接法。圖32ICL8038典型接法針對以上電路失真無法調(diào)節(jié)的缺點，我們改進(jìn)方案，實現(xiàn)正弦波正負(fù)失真的可調(diào)。由于該芯片所產(chǎn)生的正弦波是由三角波經(jīng)非線性網(wǎng)絡(luò)變換而獲得。該芯片的第1腳和第12腳就是為調(diào)節(jié)輸出正弦波失真度而設(shè)置的。下圖為一個調(diào)節(jié)輸出正弦波失真度的典型應(yīng)用，其中第1腳調(diào)節(jié)振蕩電容充電時間過程中的非線性逼近點，第12腳調(diào)節(jié)振蕩電容在放電時間過程中的非線性逼近點，在安裝調(diào)試中，我們選用兩只100K的多圈精密電位器，反復(fù)調(diào)節(jié)，達(dá)到了很好效果的方波占空比調(diào)節(jié)、正弦波和三角波的對稱調(diào)節(jié)。圖33信號產(chǎn)生電路基本設(shè)計在圖33中，波形的選擇是通過單刀三置開關(guān)SW1來實現(xiàn)的，頻率調(diào)節(jié)依靠可變電阻RV3和電容C1，幅值調(diào)節(jié)通過程控增益放大器AD603調(diào)節(jié)，為了使放大器不會干擾波形，在放大器前接入一個電壓跟隨器。這個電路已經(jīng)可以產(chǎn)生方波、正弦波和三角波，下一步設(shè)計用單片機(jī)控制按鍵來選擇波形以及波形幅值和頻率的調(diào)節(jié)。32單片機(jī)最小系統(tǒng)單片微型計算機(jī)（單片機(jī)）作為微型計算機(jī)的一個很重要的分支，自問世以來，以其極高的性價比，受到人們的重視和關(guān)注，因此應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速。相對而言，單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境要求不高，且價格相對低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。目前，在我國，單片機(jī)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于只能儀表、機(jī)電設(shè)備過程控制、自動檢測、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個方面。本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，該單片機(jī)AT89C52是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFLASHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2052是一種帶2K字節(jié)閃存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1000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MCS51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芯片中，ATMEL的AT89C52是一種高效微控制器，AT89C2052是它的一種精簡版本。AT89C52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廉的方案。圖34是AT89C52單片機(jī)芯片，它將計算機(jī)的功能都集成到這個芯片內(nèi)部去了，就這么一個小小的芯片就能構(gòu)成一臺小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。圖34AT89C52DIP封裝芯片它有40個管腳，分成兩排，每一排各有20個腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第一腳，然后按逆時針方向依次為第2腳、第3腳第40管腳。AT89C52單片機(jī)的功能321主要特性與MCS51兼容4K字節(jié)可編程FLASH存儲器壽命1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間10年全靜態(tài)工作0HZ24MHZ三級程序存儲器鎖定1288位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路322管腳說明（圖35）圖35AT89C52管腳分布VCC供電電壓。GND接地。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)P0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)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。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編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。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編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。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。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示口管腳備選功能P30RXD（串行輸入口）P31TXD（串行輸出口）P32/INT0（外部中斷0）P33/INT1（外部中斷1）P34T0（記時器0外部輸入）P35T1（記時器1外部輸入）P36/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P37/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。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。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，MOVC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。/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)。/EA/VPP當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），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）。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2來自反向振蕩器的輸出。323單片機(jī)電源40腳是電源AT89C52工作電源電壓為5（102）V，且典型值為5V；在線路中，電源去藕是一個關(guān)鍵問題。整個線路往往會由于電源引線而產(chǎn)生電路諧振，當(dāng)有大的瞬時變化時，也會產(chǎn)生尖峰干擾信號。消除這兩種現(xiàn)象的有效辦法就是在片子的電源管腳與地之間加上適當(dāng)?shù)娜ヅ弘娙?。以上是單片機(jī)AT89C52的基本資料，接下去介紹本次設(shè)計中單片機(jī)控制電路，該原理圖如圖33所示如圖所示，單片機(jī)下邊的一個是晶振電路，另外一個是復(fù)位電路，它是單片機(jī)正常工作的必要電路。P1口、INT0和INT1接液晶顯示模塊，控制它顯示波形的類型、幅值和頻率。P0口接D/A轉(zhuǎn)換芯片，控制波形輸出的頻率。P2口接鍵盤電路，通過鍵盤輸入，改變信號的類型、幅值和頻率。RXD端和TXD端接A0和A1，控制波形的類型。RD端和WR端接D/A芯片的使能端，控制數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，從而控制它頻率的改變。另外單片機(jī)EA/VP端接口接電源，為單片機(jī)提供電源。該模塊為本設(shè)計的控制模塊，所有芯片都是單片機(jī)控制的，是設(shè)計的核心部分。圖36單片機(jī)控制系統(tǒng)原理圖33頻率控制模塊頻率與接入ICL8038的電容有關(guān)，電容越大頻率越小，再此利用單片機(jī)控制接入電容的大小來調(diào)節(jié)信號輸出的頻率。另外，尤三極管構(gòu)成模擬開關(guān)，通過控制基極的高低電位即可控制電容是否接入電路電容取8個容值由00005U至0064U的呈二進(jìn)制指數(shù)遞增的電容。由單片機(jī)編碼計數(shù)器，由兩個按鍵調(diào)節(jié)電容容值的增減，從而控制輸出信號的頻率。圖37頻率控制模塊34幅值控制模塊幅值控制電路在本設(shè)計中占有重要的地位，該模塊主要用DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片以及AD603程控增益放大芯片。341幅值控制模塊的原理幅值控制模塊的原理圖如圖38所示。圖38幅值控制模塊接ICL803810腳接地接單片機(jī)P1口如上圖中所示，DAC0832的工作模式為單緩沖方式。如上圖所示，該原理圖為幅值控制模塊，通過單片機(jī)控制DAC0832的輸出電壓，再將DAC0832的輸出電壓作為AD603的電壓控制端，AD603的控制端為差分電壓，0505V，在此將GENG置05V,只需將GPOS的電壓控制在01V的變化范圍內(nèi)即可。5,7腳直連，這樣增益范圍是1030DB。而AD603的輸出電壓最大值為5V，最小值為0V。需要經(jīng)過運(yùn)放的縮小才能達(dá)到要求。AD603還要求信號輸入端VINP的幅值在2V之內(nèi)，因此有需要一系列的放大縮小處理，使3個信號輸出端的幅值都達(dá)到要求，為了避免干擾，還加上了電壓跟隨器作隔離處理，如圖39圖39信號幅值預(yù)處理此模塊采用DAC0832和AD603進(jìn)行輸出控制。通過單片機(jī)對它的控制端進(jìn)行改變，改變其輸出阻值，以此改變AD603的控制電壓來改變放大增益，從而達(dá)到改變輸出電壓的目的。342AD603簡介AD603是一款低噪聲、電壓控制型放大器，用于射頻RF和中頻IF自動增益控制AGC系統(tǒng)。它提供精確的引腳可選增益，90MHZ帶寬時增益范圍為11DB至31DB，9MHZ帶寬時增益范圍為9DB至51DB。用一個外部電阻便可獲得任何中間增益范圍。折合到輸入的噪聲譜密度僅為13NV/HZ，采用推薦的5V電源時功耗為125MW。很多信號采集系統(tǒng)中，信號變化的幅度都比較大，那么放大以后的信號幅值有可能超過A/D轉(zhuǎn)換的量程，所以必須根據(jù)信號的變化相應(yīng)調(diào)整放大器的增益。在自動化程度要求較高的系統(tǒng)中，希望能夠在程序中用軟件控制放大器的增益，或者放大器本身能自動將增益調(diào)整到適當(dāng)?shù)姆秶?。AD603正是這樣一種具有程控增益調(diào)整功能的芯片。它是美國ADI公司的專利產(chǎn)品，是一個低噪、90MHZ帶寬增益可調(diào)的集成運(yùn)放，如增益用分貝表示，則增益與控制電壓成線性關(guān)系，壓擺率為275V/S。管腳間的連接方式?jīng)Q定了可編程的增益范圍，增益在1130DB時的帶寬為90MHZ，增益在941DB時具有9MHZ帶寬，改變管腳間的連接電阻，可使增益處在上述范圍內(nèi)。該集成電路可應(yīng)用于射頻自動增益放大器、視頻增益控制、A/D轉(zhuǎn)換量程擴(kuò)展和信號測量系統(tǒng)。圖310AD603引腳圖343D/A轉(zhuǎn)換原理介紹以倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器為例，介紹D/A轉(zhuǎn)換的原理。倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如圖311所示圖311倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器圖中S0S3為模擬開關(guān)，由輸入數(shù)碼DI控制，當(dāng)DI1時，SI接運(yùn)算放大器反相輸入端（虛地），電流II流入求和電路；當(dāng)DI0時，SI將電阻2R接地。所以，無論SI處于何種位置，與SI相連的2R電阻均接“地”（地或者虛地）。流過各開關(guān)支路（從右到左）的電流分別為I/2、I/4、I/8、I/16。總電流（31）輸出電壓（32）將輸入數(shù)字量擴(kuò)展到N位，則有（33）可簡寫為（34）其中，344DAC0832引腳介紹DAC0832是8位分辨率D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與處理器完全兼容，其價格低廉，接口簡單，轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其引腳如圖312所示。圖312DAC0832引腳圖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。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（5V15V）；（6）低功耗，200MW。DAC0832結(jié)構(gòu)DI0DI7數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。ILE數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。CS片選信號輸入線，低電平有效。WR1為輸入寄存器的寫選通信號。XFER數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。WR2為DAC寄存器寫選通輸入線。IOUT1電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時IOUT1最大。IOUT2電流輸出線。其值與IOUT1之和為一常數(shù)。RFB反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻VCC電源輸入線5V15VVREF基準(zhǔn)電壓輸入線10V10VAGND模擬地,摸擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地DGND數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好DAC0832的工作方式根據(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有三種工作方式直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。35波形選擇模塊波形選擇主要通過模擬開關(guān)CD4051實現(xiàn)。CD4051/CC4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有A、B和C三個二進(jìn)制控制輸入端以及INH共4個輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4520V的數(shù)字信號可控制峰峰值至20V的模擬信號。例如，若VDD5V，VSS0，VEE135V，則05V的數(shù)字信號可控制13545V的模擬信號。這些開關(guān)電路在整個VDDVSS和VDDVEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號的邏輯狀態(tài)無關(guān)。當(dāng)INH輸入端“1”時，所有的通道截止。只有當(dāng)INH0時，三位二進(jìn)制信號才可以選通8通道中的一個通道，連接該輸入端至輸出。其中VEE可以接負(fù)電壓，也可以接地。當(dāng)輸入電壓有負(fù)值時，VEE必須接負(fù)電壓，其他時候可以接地。圖313CD4051引腳圖表31CD4051引腳說明CD4051引腳功能說明引腳號符號功能124512131415IN/OUT輸入/輸出端91011ABC地址端3OUT/IN公共輸出/輸入端6INH禁止端7VEE負(fù)電壓端8VSS數(shù)字信號接地端16VDD電源表32CD4051真值表INHCBA輸出0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1XXX均不接通本系統(tǒng)只產(chǎn)生三種波形，而CD4051是八選一的模擬開關(guān)，故只需選擇其中三路，由于控制端A、B、C正好對應(yīng)于X1、X2和X3，故取X1、X2和X3作為CD4051的輸入端，輸出端直接連接后面的電壓跟隨器和反向放大器。利用AT89C52單片機(jī)只需控制A、B、C的高低電位即可進(jìn)行三種波形的選擇，同一時刻只允許其中一路導(dǎo)通，即A、B、C只有一個置高電位。36鍵盤控制模塊軟件需要實現(xiàn)的主要功能是檢測鍵盤的輸入，更具輸入結(jié)果選擇相應(yīng)的波形信號。該電路圖如圖314所示。圖314鍵盤電路鍵盤操作和對應(yīng)的輸出如下輸入按鍵P（第1行第1列），頻率微調(diào)減；輸入按鍵P（第1行第2列），頻率微調(diào)加；輸入按鍵P（第1行第3列），頻率粗調(diào)減；輸入按鍵P（第1行第4列），頻率粗調(diào)加；輸入按鍵F（第2行第1列），幅值微調(diào)加；輸入按鍵F（第2行第2列），頻率微調(diào)減；輸入按鍵F（第2行第3列），頻率粗調(diào)加；輸入按鍵F（第2行第4列），頻率粗調(diào)減；輸入按鍵SQ（第1行第1列），得到矩形波；輸入按鍵SI（第1行第2列），得到正弦波；輸入按鍵TR（第1行第3列），得到三角波；其中按鍵第三行第四列和第四行所有按鍵沒用到。該工作原理如下該鍵盤電路接P2口，檢測鍵盤上是否有鍵按下將行線送入低電平，列線送入高電平。讀入P2口的狀態(tài)來判別。其具體過程如下P2口輸入0FH,即所有行線置成高電平，所有列線置成低電平，然后將P1口狀態(tài)讀入與0FH比較，如果有鍵按下，總會有一根行線電平被拉置低電平，從而使行輸入狀態(tài)不全為1識別鍵盤中哪一個鍵按下確認(rèn)有鍵按下后，保存行掃描時有鍵按下時的狀態(tài)X，P2口輸出F0H，進(jìn)行列掃描，保存列掃描狀態(tài)Y，取出鍵值ZX|Y，例如第一行第一列有鍵按下，那么行掃描讀入的狀態(tài)為00001110，列掃描讀入的狀態(tài)為11100000，最后鍵值Z11101110EEH，然后轉(zhuǎn)區(qū)執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)程序。37本章小結(jié)本章詳細(xì)講述了系統(tǒng)硬件各部分的設(shè)計，硬件部分主要包括單片機(jī)控制電路，頻率調(diào)節(jié)電路，幅值控制電路，波形控制電路和鍵盤電路。對這些硬件的設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計，參數(shù)計算及選型。在設(shè)計中盡量采用了典型電路，簡化了系統(tǒng)的設(shè)計。在設(shè)計電路的過程中因為一些細(xì)節(jié)沒有注意到而影響了設(shè)計的進(jìn)程，給設(shè)計帶來了一些麻煩，但經(jīng)過多次反復(fù)的改進(jìn)，這些問題已基本解決。此外，通過此次設(shè)計，讓我了解了更多的實用電路知識，也進(jìn)一步充實了自己硬件方面的知識儲備。4信號發(fā)生器的軟件設(shè)計41主程序流程圖上一章介紹了該信號發(fā)生器的硬件設(shè)計，本章主要根據(jù)他的硬件實現(xiàn)他的軟件設(shè)計。以下是本設(shè)計總的信號流程圖，主要是實現(xiàn)信號波形選擇、信號幅值調(diào)節(jié)和信號頻率調(diào)節(jié)等功能。開始檢測是否有鍵按下程序初始化調(diào)用顯示子程序按鍵是否為波形選擇鍵波形選擇子程序按鍵是否為頻率調(diào)節(jié)鍵按鍵是否為幅值調(diào)節(jié)鍵幅值調(diào)節(jié)子程序頻率調(diào)節(jié)子程序波形輸出NYYNYNY圖41主程序流程圖42頻率調(diào)節(jié)子程序設(shè)計頻率調(diào)節(jié)通過8個容值呈2的指數(shù)倍遞增的電容，通過單片機(jī)控制來選擇電容的組合，從而改變頻率。容值的改變有單片機(jī)編碼計數(shù)器實現(xiàn)，通過高四位和第四位的分辨控制實現(xiàn)的頻率的粗調(diào)和微調(diào)。圖42頻率調(diào)節(jié)流程圖頻率調(diào)節(jié)具體程序IFKEY10/頻率調(diào)節(jié)WHILEP20XEET1T11P1T1T216IFT116T10,T2T21IFKEY20開始選擇頻率增加或者減小選擇頻率粗調(diào)或者微調(diào)返回WHILEP20XDET1T11P1T1T216IFT11T115,T2T21IFKEY30WHILEP20XBET2T21P1T1T216IFT216T20IFKEY40WHILEP20X7ET2T21P1T1T216IFT21T215P1T1T21643幅值調(diào)節(jié)子程序設(shè)計幅值調(diào)節(jié)AD603實現(xiàn)的幅值的程序控制，AD603的控制電壓由單片機(jī)通過控制DAC0832的輸出電壓來實現(xiàn)對AD603的控制端的控制，從而改變幅值。DAC0832電壓的改變由單片機(jī)編碼計數(shù)器實現(xiàn)，通過高四位和第四位的分辨控制實現(xiàn)的幅值的粗調(diào)和微調(diào)。開始選擇幅值增加或者減小圖43幅值調(diào)節(jié)流程圖幅值調(diào)節(jié)具體程序IFKEY50/幅值調(diào)節(jié)WHILEP20XEDT3T31P0T3T416IFT316T30,T4T41IFKEY60WHILEP20XDDT3T31P0T3T416IFT31T315,T4T41IFKEY70WHILEP20XBDT4T41P0T3T416IFT416T40IFKEY80選擇幅值粗調(diào)或者微調(diào)返回WHILEP20X7DT4T41P0T3T416IFT41T415P0T3T41644波形選擇子程序設(shè)計波形的選擇通過一個八選一的芯片DA4051來控制，有一個SWITCHCASE語句來控制芯片的控制端，從而實現(xiàn)對波形的選擇。圖44波形選擇流程圖波形選擇具體程序段SWITCHKCASE0XEBP30X01BREAKCASE0XDBP30X02BREAKCASE0XBBP30X04BREAK開始選擇初始波形波形切換返回45矩陣鍵盤子程序設(shè)計這里矩陣鍵盤使用了行列掃描法，是一種最常用的按鍵識別方法，介紹過程如下1、判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線Y0Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。2、判斷閉合鍵所在的位置在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。圖45矩陣鍵盤控制流程圖矩陣鍵盤控制子程序INCLUDEUNSIGNEDCHART,K,KEY1,KEY2,KEY3,KEY4,KEY5,KEY6,KEY7,KEY8MAININTT10,T24,T30,T410開始掃描鍵盤行列確定是否有按鍵按下送回被按下的鍵值P1T1T216P0T3T416P30WHILE1P20XF0TP2TTIFT0XF0TP2TT|0X0FP2TKP2SWITCHKCASE0XEEKEY10BREAKCASE0XDEKEY20BREAKCASE0XBEKEY30BREAKCASE0X7EKEY40BREAKCASE0XEDKEY50BREAKCASE0XDDKEY60BREAKCASE0XBDKEY70BREAKCASE0X7DKEY80BREAKCASE0XEBP30X01BREAKCASE0XDBP30X02BREAKCASE0XBBP30X04BREAKELSEKEY11,KEY21,KEY31,KEY41,KEY51,KEY61,KEY71,KEY8146仿真結(jié)果461仿真軟件PROTUES簡介PROTUES軟件是英國LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。PROTEUS是世界上著名的EDA工具仿真軟件，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加CORTEX和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、KEIL和MATLAB等多種編譯。該軟件具有很多優(yōu)點（1）豐富的器件庫超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能自動連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結(jié)構(gòu)使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計簡明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙通過個性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。（2）完善的電路仿真功能（PROSPICE）基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5，實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計仿真器件，LABCE