1、西安交通大學城市學院西安交通大學城市學院研究目的及意義研究目的及意義課題研究內容課題研究內容研究方案的設計與選擇研究方案的設計與選擇硬（軟）件設計構思硬（軟）件設計構思總結總結12345答辯主要內容答辯主要內容研究目的及意義研究目的及意義 函數信號發生器是一種常用的信號源，廣泛應用函數信號發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、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。接口技術實驗，自動化測控系統等領域。 目前目前, , 市場上常見的波形發生器多為純硬件搭接而市場上常見的波形發生器多為純硬件搭接而成。成。 利用單片

2、機采用程序設計方法來產利用單片機采用程序設計方法來產生信號，其頻率底線很低。具有線路生信號，其頻率底線很低。具有線路相對簡單，結構緊湊，價格低廉，頻相對簡單，結構緊湊，價格低廉，頻率穩定度高，抗干擾能力強，用途廣率穩定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等優點，并且能夠對波形進行細微泛等優點，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，調整程序求。只要對電路稍加修改，調整程序，即可完成功能升級。，即可完成功能升級。課題研究內容課題研究內容 本文是做基于單片機的信號發生器的設計，將本文是做基于單片機的信號發生器的設計，將采用編程的方法來實

3、現三角波、矩形波、正弦波的采用編程的方法來實現三角波、矩形波、正弦波的發生。根據設計的要求，對各種波形的頻率和幅度發生。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生程序，經電路的數程序和波形發生程序，經電路的數/ /模轉換器和運模轉換器和運算放大器處理后，從信號發生器的輸出端口輸出。算放大器處理后，從信號發生器的輸出端口輸出。

4、 設計要求及達標項目設計要求及達標項目1) 1) 數據數據要求要求( (已完成已完成) )信號發生器的頻率范圍：信號發生器的頻率范圍：1Hz1KHz1Hz1KHz信號發生器的幅度范圍：信號發生器的幅度范圍：100mV5V100mV5V2) 2)技術要求技術要求（已完成）（已完成）能夠輸出正弦波，三角波和方波，并且輸出信號的能夠輸出正弦波，三角波和方波，并且輸出信號的頻率和幅度可調頻率和幅度可調3) 3)工作要求工作要求（已完成）（已完成）采用采用proteusproteus軟件設計基于軟件設計基于MCS-51MCS-51系列單片機的簡易系列單片機的簡易信號發生器信號發生器采用相關語言編寫應用程

5、序并調試采用相關語言編寫應用程序并調試對系統進行測試和結果分析對系統進行測試和結果分析研究方案的設計與選擇研究方案的設計與選擇 方案一：采用單片函數發生器（如方案一：采用單片函數發生器（如80388038），），80388038可同時產生正弦可同時產生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用波、方波等，而且方法簡單易行，用D/AD/A轉換器的輸出來改變調制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定度不高。電壓，也可以實現數控調整頻率，但產生信號的頻率穩定度不高。方案二：采用單片機編程的方法來實現。該方法可以通過編程的方案二：采用單片機編程的方法來實現。該方法可以通過編

6、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，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。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定，所以決定采用方案二的設計方鑒于方案一的信號頻率不夠穩定，所以決定采用方案二的設計方法。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，使得信號頻率的穩定性和精度的準確性得以保證，而且它使用的幾

7、種元器號頻率的穩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。到最省。硬件電路的實現原理與構思硬件電路的實現原理與構思 如圖所示如圖所示89C5189C51單片機為硬件系統的核心，單片機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和幅度，通過顯對鍵盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率和幅度，通過顯示電路顯示波形類型、頻率和幅度值，通過數模轉換示電路顯示波形類型、頻率和幅度值，通過數模轉換器經放大電路輸出波形，通過示波器可以觀察波形、器經放大電路輸出波形，通過示

8、波器可以觀察波形、頻率和幅度，復位電路用于系統復位重啟。頻率和幅度，復位電路用于系統復位重啟。顯示電路顯示電路鍵盤電路鍵盤電路單單片片機機數數/模轉模轉換電路換電路復位電路復位電路放大電路放大電路波形輸出波形輸出數數/模轉換電路模轉換電路AT89C51單片機控制一片單片機控制一片DAC0832經放大器放經放大器放大后的原理圖：大后的原理圖：AT89C51單片單片機機LM358D/AD/A數模轉換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準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，所以只要能控制電壓來控制的，所以只要能控制D/AD/A的基準電壓便可的基準電壓便可 以控制輸出幅度，實現幅度可調。所

9、以設計以控制輸出幅度，實現幅度可調。所以設計DAC0832DAC0832來輸出電流信號，經放大器變換為電壓信號來輸出電流信號，經放大器變換為電壓信號DAC0832系統電路原理圖系統電路原理圖系統原理分析系統原理分析按下復位鍵后對系統初始化， P1口用于鍵盤輸入，P2口用于輸出顯示當前波形、頻率和幅度值，P3口用于控制DAC0832通過掃描鍵盤將鍵盤狀態通過P1送入單片機，如果掃描得出無按鍵按下則返回繼續掃描直到有按鍵鍵按下，如果掃描出相應按鍵按下，則實現相應數據改變。如按下頻率加則波形頻率以步長5Hz增加。系統原理分析系統原理分析單片機通過P3口發出控制信息，控制DAC0832輸出根據鍵盤掃描

10、值判斷波形選擇按鍵是否按下，沒有按下則返回等待，繼續掃描直到有波形選擇按鍵按下。有鍵按下，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。軟件設計的構思軟件設計的構思1 1 幅度控制幅度控制 單片機內部數據只有單片機內部數據只有0 0、1 1之分，所產生的信號也都是離散信號。為之分，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，通過反復查表來輸出幅法來實現由單片機產生所需信號。在本設計中，通過反復查表來輸出幅度值，而整個

11、信號是通過正查表和逆向查表來實現的。采樣的點越密，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。信號失真度也就越小。 2 2 頻率控制頻率控制 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。過控制不同的計數初值就可以控制整個信號的頻率。方波仿真方波仿真如圖為方波圖，當顯示如圖為方波圖，當顯示“SQU”SQU” 時將產生方波。橫坐標為時間軸每小格表示時將產生方波。橫坐標為時間軸每小格表示 10ms10ms，縱坐標為幅值軸每小格為，縱坐標為幅值軸每小格

12、為1v1v。正弦波仿真正弦波仿真如圖為正弦波圖，當顯示如圖為正弦波圖，當顯示“SIN”SIN” 時將產生正弦波。橫坐標為時間軸每小格表示時將產生正弦波。橫坐標為時間軸每小格表示 55ms55ms，縱坐標為幅值軸每小格為，縱坐標為幅值軸每小格為1v1v。 三角波仿真圖三角波仿真圖如圖為三角波圖，當顯示如圖為三角波圖，當顯示“STR”STR”時將產生三角波。橫坐標為時間軸每小格表時將產生三角波。橫坐標為時間軸每小格表 16.83ms16.83ms，縱坐標為幅值軸每小格為，縱坐標為幅值軸每小格為1 v1 v。方波實物結果方波實物結果如圖為方波圖，當顯示如圖為方波圖，當顯示“SQU”SQU” 時將產生

13、方波。幅度為時將產生方波。幅度為5v,5v,頻率為頻率為36Hz36Hz正弦波實物結果正弦波實物結果如圖為正弦波，當顯示如圖為正弦波，當顯示“SIN”SIN” 時將產生正弦波。幅度為時將產生正弦波。幅度為5v,5v,頻率為頻率為11Hz11Hz三角波實物結果三角波實物結果如圖為三角波，當顯示如圖為三角波，當顯示“TRI”TRI” 時將產生三角波。幅度為時將產生三角波。幅度為5v,5v,頻率為頻率為101Hz101Hz總結總結 這個信號發生器的設計中涉及到一個典型的控制過程。這個信號發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通過單片機控制數轉換器DAC0832DAC0832芯

14、片產生所需要的電流，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律的波形。出，通過程序的控制，可以產生一系列有規律的波形。 此設計方案硬件雖然較為簡單，主要是由單片機跟此設計方案硬件雖然較為簡單，主要是由單片機跟DAC0832 DAC0832 等幾個芯片構成，連線也較簡便。鍵盤電路為獨等幾個芯片構成，連線也較簡便。鍵盤電路為獨立未編碼結構。顯示電路為立未編碼結構。顯示電路為液晶顯示液晶顯示，原理是利用液晶的物原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區域進行控制，有電就有顯示，理特性，