基于单片机控制的低频信号发生器的设计与仿真(360毕设独创）
摘要
信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实 验等领域。目前使用的信号发生器大部分是函数信号发生器，且特殊波形发生器的价格 昂贵。所以本设计使用的是 AT89C51 单片机构成的发生器，可产生三角波、方波、正弦波等多种特殊波形和任意波形，波形的频率可用按键控制改变。在单片机上加外围器件独立式键盘，通过键盘控制波形的选择，并用了 LED 显示表示所控制的波形。在单片机的输出端口接 DAC0832 进行 D/A 转换，再通过运放进行波形调整，最后输出波形接在示波器上显示。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。
关键词：信号发生器，单片机，运算放大器 。
1 引言
课题背景、目的及意义 随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类增多，性能提高。尤其随着 70 年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在许多信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是 向着宽频率覆盖、低功耗、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向发展。在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振 动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用 的基本测试信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。信号发生器作为一种 通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。但市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实 际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种低 功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器成为可能。便携式和智能化越来越成为仪器的基本要求，对传统仪器的数字化，智能化，集成化也就明显得尤为重要。平时常用信号源产生正弦波，方波，三角波等常见波 形作为待测系统的输入，测试系统的性能。单在某些场合，我们需要特殊波形对系 统进行测试，这是传统的模拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。利用单片机的强大功能，设计合适的人机交互界面，使用户能够通过手动的设定，设置所需 波形。 该设计课题的研究和制作全面说明对低频信号发生系统要有一个全面的了解、对低频信号的发生原理要理解掌握，以及低频信号发生器工作流程：波形的设定，D/A 转换，单片机（51 单片机，显示电路，键盘控制），显示和各模块的连接通信等各个部分要熟练联接调试，能够正确的了解常规芯片的使用方法、掌握简单信号发生器应用系统软硬件的设计方法，进一步锻炼了我们在信号处理方面的实际工作能力。
2. 本低频信号发生器的设计要求
a）能够产生方波，三角波，锯齿波和正弦波。
b）方案论证，要求电路简单，运行稳定，设计电路成本低。
c）频率控制通过按键调整。
d）设计硬件电路原理图，计算选择参数，选择元器件。
3 设计思路
本设计介绍了以 AT89C51 单片机为控制单元，以数模转换器 DAC0832 输出参考电压，通过 AT89C51 和 DAC0832 接口芯片,然后运用 D/A 通道将编程产生的波形数据进 行 D/A 转换，它即能产生锯齿波、方波、三角波和正弦波，因为改变波形的频率就是改变波形的周期，因此输出的每一种波形的频率可通过改变波形的延迟时间来改变，输出现象用LED发光二极管来显示。
课题需要完成的任务：
1、 课题简介:
本课题要求设计可以产生锯齿波，三角波，方波，正弦波等常用波形的低频信号发生器，并可以方便的改变波形的频率或周期。
2、 设计要求
（a）方案论证，要求电路简单，运行稳定，设计电路成本低。
(b)设计硬件电路原理图，计算选择参数，选择元器件。
(c)编写软件并仿真分析。
(d)写出完整的设计说明书。。
目录
1 引言…………………………………………………………………………………………2
2设计要求……………………………………………………………………………………2
3 设计思路 ………………………………………………………………………………… 3
4 总体方案设计………………………………………………………………………………3
4．1方案一的原理框图及简介…………………………………………………………3
4．2方案二的原理框图及简介…………………………………………………………3
4. 3方案论证及主控原理图……………………………………………………………4 5主要元器件的介绍…………………………………………………………………………4
5.1单片机AT89C51……………………………………………………………………5
5.2 数模转换器DAC0832………………………………………………………………8
5.3 运算放大器LM324………………………………………………………………11
6 硬件设计…………………………………………………………………………………11
6．1单片机最小系统…………………………………………………………………11
6．2电源电路…………………………………………………………………………12
6．3电流/电压转换电路………………………………………………………………12
6.4 抗干扰电路………………………………………………………………………12
6.4 键盘电路…………………………………………………………………………12
6．5显示电路…………………………………………………………………………14
7 软件设计…………………………………………………………………………………15
7．1系统主程序流程图及程序…………………………………………………………15
7. 2各子程序流程图及程序……………………………………………………………16
7.2.1方波子程序流程图及程序………………………………………………………17
7.2.2锯齿波子程序流程图及程序……………………………………………………18
7.2.3三角波子程序流程图及程序……………………………………………………19
7.2.4正弦波子程序流程图及程序……………………………………………………20
8 软硬件系统的调试………………………………………………………………………20
9 附录………………………………………………………………………………………26
10参考文献…………………………………………………………………………………31
参考文献
[1]杨恢先,黄辉先.单片机原理及应用[M]。人民邮电出版社,2006。
[2]曾一江.单片机微机原理与接口技术[M]。科学出版社,2006。
[3] 80C51单片机及接口技术、单片机接口技术。
[4]康华光,陈大钦.电子技术基础[M].高等教育出版社,1998。
[5] 夏路易、石宗义.电路原理图与电路板设计教程 Protel 99SE[M].北京希望电子出版 社, 2002，1：15～32。
[6] 王恩荣、程明霄.MCS-51 单片机应用技术实训指导[M].化学工业出版社, 2001，2： 33～45。
[7] 张迎新、杜小平、樊桂花、雷道振.单片机初级教程[M].北京航空航天大学出版社, 2002，4：33～57。
[8] 楼然苗、李光飞、郭庭吉.51 系列单片机设计实例[M].北京航空航天大学出版社, 2003，8：42～54。
[9] 彭为等编著.单片机典型系统设计实例精讲[M].电子工业出版社，2006， 44～68. 4。
