多功能信號發(fā)生器的硬件設計與軟件實現電子電器的正常工作往往離不開各種波形信號的支持，本文針對音視頻、測量、數字系統(tǒng)、電子通信、自動控制等對各種不同信號源的需求，提出了一種利用stc89c52單片機和數模轉換控制器件dac0832來生成頻率、幅度不同輸出信號源并在LCD液晶屏中顯示，通過多次實物制作和調試，對方案進行了驗證。實物制作成功后進行了功能測試，測試結果表明，多功能信號發(fā)生器實現了通過按鍵控制頻率、電位器調節(jié)幅度以輸出各不相同的方波、鋸齒波、三角波、正弦波，并在LCD液晶屏中顯示。 I 31.1課題研究背景 31.2課題國內外研究現狀 51.3課題研究的意義 5 62.1課題研究內容 62.2功能及主要技術指標 62.3多功能信號發(fā)生器系統(tǒng)方案設計 6 83.1電路原理 83.2波形設置電路設計 93.2.1主控電路 93.2.2時鐘電路 3.2.3按鍵電路 3.3波形電路設計 3.3.1DA轉換電路 3.4波形顯示電路 4.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介 4.3方波程序設計 4.4正弦波程序設計 4.5三角波程序設計 24.6鋸齒波程序設計 35實物制作和功能測試與調試 45.1元器件清單 45.2烙鐵的使用 55.3硬件調試 9附錄電路原理圖 1緒論這些信號發(fā)生器一般性的被稱為函數發(fā)生器，它廣泛性地用于實驗中的信號來源，其已經成為當今社會對于各類電子元件及其設備進行實驗性設計與應用所必需的儀器與設備。當前，市場上大多數比較流行的波形發(fā)生器都主要是用純硬件方法制造的，并且其波形類型相對有限，主要有方波，三角形，鋸齒波，正弦波和其它波形(張逸凡，信號發(fā)生器就其本質而言也被認為是一種新型的電子計算器儀器，它可以產生大量由用戶自己定義的信號和規(guī)范化標準的信號，從而確保了其可重復性，易用性，蠻高的精準度和穩(wěn)固性(潘奕凡，朱可欣，2023)。從這些信息可以看出信號發(fā)生器可以使算機儀器交互。它通過通信來構造一個完全自動化的測試系統(tǒng)，因此在通信、儀器振蕩激勵、自動控制系統(tǒng)及振動激勵領域中得到了廣泛的應用。,自上世紀起，信號發(fā)生器一般劃分為兩個種類：脈沖波和正弦波，而信號發(fā)生器處于二者之間，它除了可以供給方波、三角波等波形以外，還能供給余弦波、正弦波等實驗教學中比較常用的規(guī)范波形(魏琪琳，邵宇翔，2021)。從這些數據可以明顯看出早年間運用模擬電子技術的顯示屏，其構成的電路先天性的具有高價格、低價值、高功耗和大尺寸等缺陷。1970年之后，硬件和軟件擴大信號發(fā)生器的功用并創(chuàng)立更加繁雜的波形是由于微處理器的出現會運用處置器，d/a和a/d。當大部分的信號發(fā)生器全部是以軟件為基礎，而且可運用為處理器把持DAC程序來取得林林總總的簡單波形(李高，張蕓，過去基于單個設備的組合產品因系統(tǒng)集成技術的迅猛發(fā)展，而緩慢發(fā)展為模塊化單位。單一的設備組合產品由于故障率高，導致維護困難且系統(tǒng)不可靠。如果把模塊架構統(tǒng)一化，這樣的系統(tǒng)設計比較簡單，可拓展性蠻高。以此為前提如果系統(tǒng)出現問題，我們可以快速定位并找到它并進行維修(王晨曦，周瑤瑤，2022)。傳統(tǒng)的多功能信號發(fā)生器一個部位出現問題，很容易導致這個發(fā)生器出現故障。我們使用這種系統(tǒng)設計，系統(tǒng)運行容易出現“掛斷”且緩慢。為了保障系統(tǒng)的長時間的安穩(wěn)運行，其中所有的元器件必須滿足高質量的同時，保證高精度的要求。圍繞這種局面展開這對于一個系統(tǒng)設計明顯是難以實現的，因為這樣會導致成本很高，難以接受。串行工作方式生命進程內擴展相應功能或進一步進行RC版本的開發(fā)，而系統(tǒng)因為是串行工作，現1.2課題國內外研究現狀并且向小型化和多功能化的快速進步也得到了增強。二十一世紀以后，MCU控制系璇，2021)。2系統(tǒng)功能實現與關鍵技術2.1課題研究內容3、可以通過電位器調整波形輸出幅度，范圍為0V-3.5V。6、可以通過LCD顯示波形和頻率，輸出頻率數2.3多功能信號發(fā)生器系統(tǒng)方案設計能盲目的設計，這樣會導致過量設計，無形中增加產品設計的成本和難度系數(趙曉在選擇方案設計的時候，在保證完成其基本功能的同時，應盡可能的提高其功能運行過程中的穩(wěn)定性、結構的簡易性、高性價比(李建華，王梓馨，2023)。選擇單片機和DAC0832數模轉換器來產生所要求選擇的波形，無疑是一種好的方案，其產生的波形雜波比較少，且價格實惠、性能比也低、功耗低、體積小，更重要的是在一定頻率范圍內容易實操。對于多功能信號發(fā)生器的芯片而言，有許多硬性的要求，最重要的是在能完成基本功能的情況下，芯片的成本要盡可能的低且利用率越高越好、購買渠道容易找(黃佳怡，劉志軒，2022)。而采用以stc89c52為核心的芯片方案，從這些信息可以看出其采用了功能強大的8位單片機，構成了計算機的寄存器，i/o接口，中央處理器(CPU)和數據存儲器都是作為計算機的集成電路芯片，從而形成了相對完整的微型計算機系統(tǒng)。這種芯片在實驗教學中比較常見，購買渠道容易找、性能相對比較穩(wěn)定且容易控以stc89c52和DAC0832數模轉換器為核心的方案設計，在方案確定之前，我與指導老師多次商量，認為方案可行，在制作實物之前，經過多次模擬仿真，其結果表明，此方案能完成基本功能的同時且主要技術指標達標(周詩，李高峰，3電路設計電路基本框圖如圖3-1所示電路波形輸出單片機根據上圖所觀察到的，硬件電路的整體框圖主要包括有屏幕顯示電路，鍵盤控制看出單片機是整個軟硬件系統(tǒng)的基礎和核心，單片機通過掃描鍵盤輸入信號來判斷需要產生的波形和其頻率，并在一個顯示電路上展現出來，最終在示波器中觀察到的波形，是通過數模轉換電路通過放大顯示出來的(王子安，黃怡然，2020)。在后續(xù)的研究中會對已有的研究成果進一步從不同的角度進行優(yōu)化，會致力于開發(fā)新的技術方法和工具，以提升數據收集、處理和分析的效率與準確性。通過引入前沿的科技手段，如人工智能、大數據處理等，本文期望能夠更深入地挖掘數據中的隱藏信息，為研究提供更為堅實的實證基礎。單片機的芯片外圍電路決定了MCU控制中樞電路的芯片能否高效平穩(wěn)運行，時鐘單元、晶振單元和復位信號單元構成了STC89C52芯片外圍電路，這三者在外圍電路中缺一不可，芯片手冊有這三個硬件電路的相關電路參數，如有需要，可以自行修改。STC89C52芯片外圍電路、復位電流和復位按鍵組成了STC89C52芯片復位單元，其中，復位按鍵和復位電容在MCU單片機中并聯接入(李明陽，張藝琳，2021)。STC89C52芯片復位引腳接受到連續(xù)5us低電平信號能在數據說明書中查到，以此為前提又單片機自動復位一次且復位管腳上有上拉信號。信號發(fā)生器上電的時候，會短暫出現短路，外部復位管腳會變?yōu)榈碗娖?，而系統(tǒng)會自動復位一次，等電容電量充滿后，復位管腳信號會重新變?yōu)楦唠娖?張俊杰，楊瑞婷，2020)。如果需要人工復位，則需要按下復位鍵，復位管腳由于有上拉電阻，因此高電平轉變?yōu)榈碗娖?，多功能信號發(fā)生器的自動復位完成，圍繞這種局面展開電阻的主要作用是限流，防止電流過大導致單片機損壞了。該設計成果是在詳盡分析現有情況并充分利用現有的資源與技術后同于晶振，通過在晶振外圍并聯電容C組成RLC諧振源，多功能信號發(fā)生器需要不3.2波形設置電路設計如圖3.2所示，主控電路采用的是STCSTC89C52與時鐘電路和復位電路共同組成主控電路。通過P3.4到P3.7端口依行數據口與PO口相連結，在這種情況框架下以進行顯示信息的傳輸；DAC的8位并被上拉為高電平),進而單片機會根據設定的響應程序進行對應的參數調整。在優(yōu)化按鍵5,波形會依次從鋸齒波、三角波、正弦波、方波循環(huán)變化，按下按鍵3增加波如果單片機一個機器工作的周期等于12個晶振工作的周期，則單片機的機械周期為用石英晶體制作的振蕩器經常被選為單片機蕩器的起振大概在電路加電大約10ms后再進行，幅度數值為3V的正弦波時鐘信號是由xtal2引腳產生的，而石英晶振的頻率能控制振蕩頻率，融合過往成果可推導出新結論而且起了決定性的作用。這個電路中有兩個電容C3,C2,它們的在這個電路這兩個電容的典型值都是20PF。開始開始NY結束多功能信號發(fā)生器的電路設計，4個按鍵就能做到控制其功能，由于多功能信號發(fā)生器的控制電路的比較簡單，因此選擇獨立式未編碼鍵盤結構(張璇子，王雪寧，2023)。鍵盤原理圖如圖3-5所示。2023)。鍵盤原理圖如圖3-5所示。111142424242號以模擬量的形式輸出，依據目前的結果我們可以推斷出就必須運用D/A芯片來進行波形輸出。多功能信號發(fā)生器所選擇方案是8位的數模轉換器dac0832將單片機輸連接，目的是為了直接輸出電壓信號，這款D/A芯片轉換的時間很快且分辨率是88位的DAC寄存器和輸入寄存器，這兩個寄存器不僅使得其靈活度更好，從這些信息可以看出而且能夠實行兩級緩沖工作。DAC0832是一個很普通的8位D/A轉換器，內部共有256個電壓分級，以參考電壓VREF為基準，電壓調節(jié)的分辨率為1/256乘以參考電壓值。此文采用了先前的設計理念來構建計算框架，并進行了適當的簡化，旨在增強其實用價值和操作簡便性。通過詳細分析與評估現有方法，識別并去除了冗余復雜的步驟，優(yōu)化了流程，從而形成了一種簡潔高效的計算模型。這樣做不僅減少了資源消耗，還縮短了處理周期，同時維持了原有性能，便于執(zhí)行和普及，加入了多樣的驗證和質量控制機制。以下是DAC0832的構成圖(馮凡，陳思琪，2021)。8位寄存器&&&DAC寄存器8位其工作原理是，本次設計采用電壓輸出接法，IOUT1接入2.5V的參考電壓，對電源電壓進行分壓的時候，以此為前提其分壓中的一個電壓是參考電壓，其分壓的電路由多個串聯電容和多個串聯電阻組合而成，而電阻完成分壓的任務，電容用于防止電壓產生波動張靜怡，趙天宇。IOU2接地，并與IOUT1以及參考電壓構成多級分壓電路，圍繞這種局面展開可以通過八位輸入□DI的電平(也就是與之相連的單片機P1口輸出的二進制信號)來控制分壓電路的分壓系數，獲得256分度的等間隔的電壓值陳瑤圖3.7D/A轉換電路單片機STC89C52通過輸出的八位二進制數字信號到DAC0832的并行數據口來對DAC0832的輸出電壓進行控制的，不同的二進制數對應的不同的開關通路，也就是對應不同的分壓權重。在這一狀況里不同的分壓權重下輸出□VREF會輸出不同的電壓值，其取值范圍為0到2.5V,電壓經過后一級的放大電路，其輸出的電壓，范疇更大李雨軒，鄧曉璇。而波形的實現是基于程序預存的波形數據，在這種情況框架下利用中斷進行不斷的讀取并實現輸出數據，單片機可以通過調節(jié)中斷發(fā)生的時間間隔來實現對輸出波形頻率的調節(jié)趙心瑜，王凱文。3.3.2放大電路如圖3.5所示：IN2-82552234LM358是一個雙運放型的芯片，在這種局面下考量該芯片可以采用單電源5V供電，其片上具有雙運放資源，本設計通過調節(jié)后級放大電路的放大倍數來實現對輸出電壓的幅度調節(jié)周依娜，劉天宇。2643陪數如公式3-1所示：在輸出電壓不_D31如圖3.7所示：多功能信號發(fā)生器所選擇的LCD液晶顯示屏，其型號為1602,它顯示電路中作為顯示器件起到顯示作用，LCD1602具備如下特征楊思琪，陳澤宇：因應這情況的發(fā)展其顯示屏包括兩行，32個字符是其能顯示的最大字符數量，16個字符是每行顯示的最大字符數量，GGRAM和CGROM的中文名稱都是字符發(fā)生器，DDRAM的中文名稱是顯示數據緩沖區(qū)，圖形字符的字模數據是通過使用CGRAM定義的，共8個5×8點陣。本設計所需要的人機交互界面主要用于顯示波形的頻率和形狀，數字字母和英文字母都能被其顯示，實現對步進值、頻率值兩個數字量的顯示，融合過往成果可推導出新結論也可以用英文字符指示當前所輸出的波形種類，甚至可以利用自定義字符實現對波形圖像的簡單繪制，使得操作界面更為直觀易懂。LCD1602引腳功能如引腳符號功能說明12電源正極，接電源(+5V)34RS是寄存器的選擇，其中0是輸入指令，而1是輸入數5R/W為讀寫信號線，0=向LCD寫指令或者數據，1據。6E使能信號，下降沿使能。7DB0數據總線0位(最低位)10DB3數據總線3位11DB4數據總線4位12DB5數據總線5位13DB6數據總線6位14DB7總線7位(最高位)16BLK背光電源負極4程序設計軟件設計是系統(tǒng)能否運行的關鍵，關乎到其應用性和穩(wěn)定性，本論文在設計軟件及其程序的時候，需要重點關注這幾點，可以盡可能優(yōu)化系統(tǒng)軟件。集成度化程度高：盡最大努力壓縮系統(tǒng)空間的大小，讓有一定數額的單元放無窮的線模塊電路，從這些信息可以看出這能在滿足低成本的同時也滿足一定的創(chuàng)新，這樣的設計，要求在設計系統(tǒng)方案的時候，考慮其整體布局的合理性，也要求發(fā)熱元器件在設計的時候盡量靠近散熱元器件和裝置的邊緣，相同的網絡接口也要盡量放在一起，有利于熱量的傳導，提高相關產品的穩(wěn)定性和可行性李建華，王梓馨。本文介紹的數據處理方法相較于以往的技術顯得更為簡便且效果更佳。采用了一種直接了當的預處理步驟，該步驟避免了冗余的操作，優(yōu)化了數據清理和標準化過程，從而顯著提升了信息處理效率。這不僅加快了分析資料集的準備速度，還減少了復雜操作可能帶來的錯誤。此外，經過對各種來源與類型的數據進行測試，證明了此方法的可靠性和穩(wěn)定性。本論文如果考慮以上的因素去設計多功能信號發(fā)生器的模塊化單元，從這些數據可以明顯看出這能減少系統(tǒng)控制時的難度，促進系統(tǒng)的集成化的程度，這樣有利減少系統(tǒng)設計的成本以及維護時維護的難度等特性。完成多功能信號發(fā)生器的硬件部分以后，便是其系統(tǒng)軟件的部分了，而多功能信號發(fā)生器使用的軟件開發(fā)環(huán)境是Keil軟件黃佳怡，劉志軒。底層模塊程序和功能模塊程序兩部分組成了其軟件結構。出廠時，以此為前提底層程序就已經在其內部設計好并固定在其通訊程序中了。在軟件調試的時候，想要用它們的時候，可以隨時隨地直接調用它，而底層程序主要用于應用程序和通訊程序設計趙佳怡，孫俊杰。Keil軟件使用場合很廣泛，能在許多實驗教學中用到它，51/52和STM32系列單片機芯片均可以使用此開發(fā)軟件。51系列使用的KeilC51版本，而多功能信號發(fā)生器的軟件部分也是用C語言寫的，圍繞這種局面展開而Keil軟件是圖形化界面，仿真器對軟件進行編譯、、修改、仿真的時候很便利，Keil軟件層次分明，調試時確定好芯片種類，底層程序已燒入軟件中調試的過程自動調用。Keil的特點如下：(1)可以兼容多個種類的操作系統(tǒng)，如Ubuntu、Linux、WIN7/10、WINXP等多種操作系統(tǒng)；(2)能和仿真器配合使用，能夠仿真實驗與在線調試，操作便利，使用時平穩(wěn)(3)多種使用方式且可以自定義使用，提高軟件開發(fā)的效率，程序編寫出現問4.2系統(tǒng)工作流程主程序流程圖如圖4-2所示YNYNY減頻率加頻率信號發(fā)生器的功能實現主要是通過軟件來實現輸出不同的波形，當我們按下keyl時，因應這情況的發(fā)展信號發(fā)生器輸出的波形就改變了，當我們按下key2時，信號發(fā)生器輸出的波形的頻率就增加了，當我們按下key3時，信號發(fā)生器輸出的波形的頻率就減少了，當我們按下key4時，信號發(fā)生器的步進值則改變了王子安，黃怡然方波程序流程圖如圖4-3所示A送到0832輸出圖4-5方波程序流程圖A送到0832輸出多功能信號發(fā)生器要想得到一個方波，首先要上圖的方波程序流程圖中寄存器A的內容的值等于零的時候，融合過往成果可推導出新結論然后把它的內容送到DAC0832去進行模擬輸出，短暫延時后，當它內容的值等于FFH時，再將它送到DAC0832去進行模擬輸出并再次延時，方波就這樣產生了李明陽，張藝琳。正弦波程序流程圖如圖4-4所示A=正弦函數表數據Y多功能信號發(fā)生器要想得到正弦波的波形，以上正弦波流程圖所示，當寄存器A的值為零時，把查表的值賦給它，送到DAC0832中進行模擬輸出再加一，從這些信息可以看出若其值不為129,則返回再查表賦值，若為129,則產生了正弦波。4.5三角波程序設計三角波流程圖如圖4-5所示A送到0832輸出NNYA送到0832輸出圖4-5三角波流程圖從這些數據可以明顯看出多功能信號發(fā)牛器要想牛成三角波.如上圖三角波流程圖所示，寄存器A的值自增一個，當A自增到為零時，再自減一個，并將其送給DCA0832進行模擬輸出，如此循環(huán)便可得到三角波。鋸齒波流程圖如圖4-2所示。A送到0832輸出YN圖4-6鋸齒波流程圖多功能信號發(fā)生器將0賦值給寄存器A后，DAC0832將其輸出，圍繞這種局面展開若寄存器A中內容的值為FFH,則返回到最開始，否則，其被累加以輸出鋸齒5實物制作和功能測試與調試信號發(fā)生器的元件清單如表5.1所示元件型號元件名稱元件標號電容1電容2電容2液晶1電源輸入電源輸入1電阻1電阻3電阻1電容15電源開關電源開關111DA芯片1晶振1電烙鐵是我們在實驗室進行電子課程中必不可缺的工具之一，我們在焊接元器件、導線、電路板的時候，經常會使用它，在這一狀況里而它可以分為吸錫、不吸錫的兩種功能的電烙鐵，也有外熱式、內熱式兩種機械結構類型的電烙鐵，還有大小功率不(1)焊錫的時候應該注意要選擇熔點較低的焊錫絲，助焊劑也應該選擇恰當(2)電烙鐵焊錫的時候，先打開烙鐵開關，在這種情況框架下等烙鐵溫度達到合適的時候，左手拿著露出一定長度的焊錫絲，右手握著烙鐵，再把焊錫絲放到焊點處，把烙鐵和焊錫絲按在一起，等到焊錫絲化開后再把烙鐵拿開，最后關烙鐵電源張俊杰，楊瑞婷。針對前述方案的調試工作，本文從理論剖析與實際操作驗證兩大維度展開。理論剖析環(huán)節(jié)深入闡述了方案設計的基本理念與預定成效，借助理論架構與邏輯推導的搭建，為后續(xù)實證檢驗奠定了穩(wěn)固的理論支撐。隨后，在實踐驗證階段，本文精心規(guī)劃了一系列測試，旨在檢驗方案的有效性與穩(wěn)固性。測試流程中，嚴格執(zhí)行了數據收集與解析手段，以保障結果的準確無誤。此外，為全面考察方案在多樣情境下的適應性，本文還納入了若干典型應用場景，并針對各場景對系統(tǒng)參數進行了調優(yōu)。此舉不僅證實了方案的準確性與可執(zhí)行性，也為后續(xù)研究開辟(3)由于元器件容易燙壞，因此我們焊接的時候注意焊接時間不應過長，焊接完部位的表面要光滑，烙鐵位置不應該隨意擺放，在這種局面下考量焊錫量應該恰到好處，焊點周圍應該用酒精擦洗，避免影響電路正常運行。軟件程序寫好后，然后再進行編譯，等編譯成功后，便可以燒錄到單片機中，然后就可以進行系統(tǒng)硬件部分的調試包括控制中樞驗證、功能驗證、可靠性驗證三部分，其中控制中樞驗證是，啟動系統(tǒng)前，因應這情況的發(fā)展要保障電源系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，如果電源存在問題，會導致整個系統(tǒng)的崩壞然后燒壞，驗證的時候，首先去掉單片機的芯片，然后把萬用表插入電源中，驗證輸入電壓是否在5V左右，只要在5V左右上下波動，就表示在誤差范圍內，萬用表還要驗證測量電壓是否正常，融合過往成果可推導出新結論如果在電源正常范圍內，就表示是很正常的(張逸凡，周紫晴，2022)。以上條件都符合的話，就要斷開系統(tǒng)電源將單片機插入底座，輸送電量測量電壓是否還在正常范圍內，測量結果均正常后按復位鍵。然后再進行功能驗證，如果控制中樞不存在問題，依據目