基于單片機控制的函數信號發(fā)生器的設計學生:馬琳指導老師:董曉丹

學院:電子信息工程系專業(yè):移動通信技術研究目的及意義課題研究內容研究方案的設計與選擇硬（軟）件設計構思總結12345答辯主要內容研究目的及意義

函數信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應用于物理學、電工學教學實驗，電子線路和微機原理、接口技術實驗，自動化測控系統等領域。

目前,市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而成。

利用單片機采用程序設計方法來產生低頻信號，其頻率底線很低。具有線路相對簡單，結構緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等優(yōu)點，并且能夠對波形進行細微調整，改良波形，使其滿足系統的要求。只要對電路稍加修改，調整程序，即可完成功能升級。課題研究內容本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設計，將采用編程的方法來實現三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據設計的要求，對各種波形的頻率和幅度進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機的程序存儲器中。在程序運行中，當接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時再調用相應的中斷服務子程序和波形發(fā)生程序，經電路的數/模轉換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出。

研究方案的設計與選擇方案一：采用單片函數發(fā)生器（如8038），8038可同時產生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用D/A轉換器的輸出來改變調制電壓，也可以實現數控調整頻率，但產生信號的頻率穩(wěn)定度不高。方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難以達到輸出頻率覆蓋系數的要求，且電路復雜。方案三：采用單片機編程的方法來實現。該方法可以通過編程的方法來控制信號波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實現頻率的變換。此外，由于通過編程方法產生的是數字信號，所以信號的精度可以做的很高。鑒于方案一的信號頻率不夠穩(wěn)定和方案二的電路復雜，頻率覆蓋系數難以達標等缺點，所以決定采用方案三的設計方法。它不僅采用軟硬件結合，軟件控制硬件的方法來實現，使得信號頻率的穩(wěn)定性和精度的準確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價格便宜，使得硬件的開銷達到最省。硬件電路的實現原理與構思如圖所示80C51單片機為硬件系統的核心，單片機對鍵盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率，通過顯示電路顯示頻率值，通過數模轉換器放大電路輸出波形，通過示波器可以觀察波形與頻率，復位電路用于系統復位重啟。顯示電路鍵盤電路單片機數/模轉換電路復位電路放大電路波形輸出數/模電路數/模轉換電路AT89C51單片機控制兩片DAC0832的原理圖：

輸出AT89C51單片機DAC0832DAC0832基準電壓D/A數模轉換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準電壓來控制的，所以只要能控制D/A的基準電壓便可以控制輸出幅度，實現幅度可調。所以設計用兩片DAC0832來輸出信號，第一片D/A用來輸出信號，第二片D/A用來控制第一片D/A的基準電壓。系統電路原理圖系統原理分析按下復位鍵后系統對8255初始化，PA口用于掃描鍵盤狀態(tài)，PB口用于點亮一個數碼管顯示當前頻率值，PC口用于選擇數碼管。通過掃描鍵盤將鍵盤狀態(tài)通過P0送入單片機，如果掃描得出無按鍵按下則返回繼續(xù)掃描直到有頻率選擇鍵按下，如果掃描得出頻率不符即頻率切換則重新置計數初值，更改調用頻率選擇子程序改變頻率，否則不予改變繼續(xù)往下執(zhí)行。系統原理分析單片機通過P2口發(fā)出控制信息，一方面控制8255的PB口、PC口來輸出當前頻率選擇值。根據鍵盤掃描值判斷波形選擇按鍵是否按下，沒有按下則返回等待，繼續(xù)掃描直到有波形選擇按鍵按下。有鍵按下但是不符即波形已經切換，則更改波形選擇特征值更改波形調用子程序，根據預先設計好了的表文件控制DAC0832實現模擬到數字轉換輸出相應波形。軟件設計的構思1幅度控制由于D/A數模轉換器輸出的最大幅度可以用其基準電壓來控制，所以控制第二片D/A數模轉換器輸出給第一片D/A數模轉換器的電壓值就可控制信號幅度。因此，送入第二片的值是幾個固定的值。由于DAC0832內部具有鎖存器，所以只需向第二片D/A送值一次，直到下一次改變信號幅度。

2頻率控制單片機內部數據只有0、1之分，所產生的信號也都是離散信號。為了能夠讓單片機輸出所需的數字信號，我們采用對信號采樣、量化的方法來實現由單片機產生所需信號。在本設計中，對信號的四分之一周期采樣19個幅度值，通過反復查表來輸出幅度值，而整個信號是通過正查表和逆向查表來實現的。采樣的點越密，信號失真度也就越小。兩次采樣點的輸出時間間隔是由定時、計數器來控制，因此，通過控制不同的計數初值就可以控制整個信號的頻率。主程序流程圖方波仿真如圖為方波圖，當“S0”鍵按下時將產生方波。橫坐標為時間軸每小格表示1.33ms，縱坐標為幅值軸每小格為1.00mv。正弦波仿真如圖為正弦波圖，當“S1”鍵按下時將產生正弦波。橫坐標為時間軸每小格表示1.33ms，縱坐標為幅值軸每小格為1.00mv。三角波仿真圖如圖為三角波圖，當“S2”鍵按下時將產生三角波。橫坐標為時間軸每小格表1.33ms，縱坐標為幅值軸每小格為1.00mv?？偨Y這個信號發(fā)生器的設計中涉及到一個典型的控制過程。通過單片機控制數轉換器DAC0832等幾個芯片產生所需要的電流，然后使用運算放大器可以將其電流輸出線性地轉換成電壓輸出，通過程序的控制，可以產生一系列有規(guī)律的波形。此設計方案硬件較為簡單，主要是由單片機跟DAC0832等幾個芯片構成，連線也較簡便。鍵盤電路為獨立未編碼結構，一個鍵控制一個波形。顯示電路主