1、數字式波形發(fā)生器設計摘 要: 本系統(tǒng)利用單片機AT89C51采用程序設計方法產生鋸齒波、正弦波、矩形波三種波形，再通過D/A轉換器DAC0832將數字信號轉換成模擬信號，濾波放大，最終由示波器顯示出來，能產1Hz3kHz的波形。通過鍵盤來控制三種波形的類型選擇、頻率變化，并通過液晶屏1602顯示其各自的類型以及數值，系統(tǒng)大致包括信號發(fā)生部分、數/模轉換部分以及液晶顯示部分三部分，其中尤其對數/模轉換部分和波形產生和變化部分進行詳細論述。關鍵詞：單片機AT89C51、DAC0832、液晶1602Design of digital waveform generatorAbstract: this

2、system capitalize on AT89C51，it makes use of central processor to generate three kinds of waves, they are triangle wave, and use D/A conversion module, wave generate module and liquid crystal display of 1602, it can have the 1Hz-3KHz profile. In this system it can control wave form choosing frequenc

3、y, range and it can have the sine wave, the square-wave, the triangular wave. Simultaneously may also take the frequency measurement and displays them through liquid crystal display of 1602. this design includes three modules. They are D/A conversion module, wave generate module and liquid crystal d

4、isplay of LED module. In this design, the wave generator into wave form module and D/A conversion module are discussed in detail. key word: AT89C51, DAC0832, liquid crystal 1602.引言該課題的設計目的是充分運用大學期間所學的專業(yè)知識，考察現在正在使用的信號發(fā)生器的基本功能，完成一個基本的實際系統(tǒng)的設計全過程。關鍵的是這個實際系統(tǒng)設計的過程，在整個過程中我可以充分發(fā)揮應用電子的專業(yè)知識。特別是這個信號發(fā)生器的設計中涉及到一

5、個典型的控制過程。通過單片機控制一個有特殊功能的信號發(fā)生芯片，可以產生一系列有規(guī)律的幅度和頻率可調的波形。這樣一個信號發(fā)生裝置在控制領域有相當廣泛的應用范圍。因為產生的一系列的可調波形可以作為其他一些設備的數值輸入。還可以應用于設備檢測，儀器調試等場合。高頻穩(wěn)定的波形信號也可以用于無線電波的調頻、解調中。這些都是在現代生活中必不可少的一些應用。 通過這樣一個題目我不但可以總結本專業(yè)四年中所學專業(yè)知識，將其發(fā)揮在實際的系統(tǒng)設計中，并且對將來的工作也是一個很好的幫助。在現代社會中，應用電子技術已經滲透到社會生活的各個領域中。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器通常由晶體管、運放IC 等分離元件制成。與此相比,基于集成

6、芯片的波形發(fā)生器具有高頻信號輸出、波形穩(wěn)定、控制簡便等特點。其中，信號發(fā)生器是自動化領域中的一個典型應用。因為現代的自動化控制中基本都會利用信號來控制設備的工作。利用信號的產生進行儀器的控制已經是自動控制中的一個重要的手段，那么一個幅度，頻率，占空比以及波形可調的信號發(fā)生器的設計和完成更具有使用價值。只要將這個信號發(fā)生器設計的基本思路掌握，不但可以融會貫通所學的專業(yè)知識還可以在以后工作中利用到，作為用來控制其他設備或設計的一個參考。使用單片機設計的多功能信號發(fā)生器,不僅減少了器件,簡化了電路,節(jié)約了成本,更使得系統(tǒng)穩(wěn)定節(jié)能,方便快捷地輸出多種低頻信號。這種結構簡單，成本低廉但是性能優(yōu)良的信號發(fā)

7、生裝置已經越來越廣泛地應用在現代化控制領域的各個方面。無論是工業(yè)，民用，航空，軍事還是商業(yè)領域都有信號發(fā)生裝置的設計應用產品。目錄1. 系統(tǒng)設計1.1 設計要求 1.2方案設計與論證 1.2.1 信號發(fā)生電路方案論證 1.2.2 單片機的選擇論證 1.2.3 顯示方案論證 1.2.4 鍵盤方案論證 1.3 總體系統(tǒng)設計 1.4 硬件實現及單元電路設計 1.4.1 單片機最小系統(tǒng)的設計1.4.2 波形產生模塊設計 1.4.3 顯示模塊的設計 1.4.4 鍵盤模塊的設計1.5 軟件設計流程 1.6 源程序2. 輸出波形的種類與頻率的測試2.1 測試儀器及測試說明2.2 測試結果3. 設計心的及體會

8、4. 附錄 4.1 參考文獻 4.2 附圖第一章 緒論系統(tǒng)設計 經過考慮，我確定方案如下：利用AT89C51單片機采用程序設計方法產生鋸齒波、正弦波、矩形波三種波形，再通過D/A轉換器DAC0832將數字信號轉換成模擬信號，濾波放大，最終由示波器顯示出來，通過鍵盤來控制三種波形的類型選擇、頻率變化，最終輸出顯示其各自的類型以及數值。1.1、設計要求 1)、利用單片機采用軟件設計方法產生三種波形 2）、三種波形可通過鍵盤選擇 3）、波形頻率可調 4）、需顯示波形的種類及其頻率1.2方案設計與論證 1.2.1 信號發(fā)生電路方案論證 方案一：通過單片機控制D/A，輸出三種波形。此方案輸出的波形不夠穩(wěn)

9、定，抗干擾能力弱，不易調節(jié)。但此方案電路簡單、成本低。 方案二：使用傳統(tǒng)的鎖相頻率合成方法。通過芯片IC145152，壓控振蕩器搭接的鎖相環(huán)電路輸出穩(wěn)定性極好的正弦波，再利用過零比較器轉換成方波，積分電路轉換成三角波。此方案，電路復雜，干擾因素多，不易實現。 方案三：利用MAX038芯片組成的電路輸出波形。MAX038是精密高頻波形產生電路，能夠產生準確的三角波、方波和正弦波三種周期性波形。但此方案成本高，程序復雜度高。以上三種方案綜合考慮，選擇方案一。1.2.2 單片機的選擇論證 方案一：AT89C51單片機是一種高性能8位單片微型計算機。它把構成計算機的中央處理器CPU、存儲器、寄存器、I

10、/O接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構成較為完整的計算機、而且其價格便宜。方案二：C8051F005單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的微控制器內核，與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標準8052的數字外設部件，片內還集成了數據采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數字外設及功能部件，而且執(zhí)行速度快。但其價格較貴以上兩種方案綜合考慮，選擇方案一 1.2.3 顯示方案論證 方案一：采用LED數碼管。LED數碼管由8個發(fā)光二極管組成，每只數碼管輪流顯示各自的字符。由于人眼具有視覺暫留特性，當每只數碼管顯示的時間間隔小于1/16s時人眼感覺不到閃動，看到的是每只數碼管常亮。

11、使用數碼管顯示編程較易，但要顯示內容多，而且數碼管不能顯示字母。 方案二：采用LCD液晶顯示器1602。其功率小，效果明顯，顯示編程容易控制，可以顯示字母。以上兩種方案綜合考慮，選擇方案二。1.2.4 鍵盤方案論證方案一：矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的按鍵觸點接于由行、列母線構成的矩陣電路的交叉處。當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行和列線都斷開，行線都呈高電平。當某一個鍵閉合時，該鍵所對應的行線和列線被短路。方案二：編碼式鍵盤。編碼式鍵盤的按鍵觸點接于74LS148芯片。當鍵盤上沒有閉合時，所有鍵都斷開，當某一鍵閉合時，該鍵對應的編碼由74LS148輸出。以上兩種方案綜合考慮，選擇方案一。1.3總體系統(tǒng)

12、設計該系統(tǒng)采用單片機作為數據處理及控制核心，由單片機完成人機界面、系統(tǒng)控制、信號的采集分析以及信號的處理和變換，采用按鍵輸入，利用液晶顯示電路輸出數字顯示的方案。將設計任務分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。圖（1）為系統(tǒng)的總體框圖 主控芯片AT89C51P0 P1P2 P3 頻率調節(jié)波形選擇D/A轉換電壓放大濾波輸出出顯示 圖（1） 總體方框圖1.4硬件實現及單元電路設計 1.4.1單片機最小系統(tǒng)的設計AT89C51是片內有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用AT89C51單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，如圖（2） 89C51

13、單片機最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應用特點：(1) 有可供用戶使用的大量I/O口線。(2) 內部存儲器容量有限。(3) 應用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。圖（2） 89C51單片機最小系統(tǒng)1.4.2 波形產生模塊設計 由單片機采用編程方法產生三種波形、通過DA轉換模塊DAC0832在進過濾波放大之后輸出。其電路圖如下： 圖（3）波形產生電路如上圖所示，單片機的P0口連接DAC0832的八位數據輸入端，DAC0832的輸出端接放大器，經過放大后輸出所要的波形。DAC0832的為八位數據并行輸入的，其結構圖如下： 圖（4）DAC0832的內部結構1.4.3 顯示

14、模塊的設計通過液晶1602顯示輸出的波形、頻率，其電路圖如下： 圖（5）液晶顯示如上圖所示，1602的八位數據端接單片機的P1口，其三個使能端RS、RW、E分別接單片機的P3.2P3.4。通過軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。1.5 軟件設計流程本系統(tǒng)采用AT89C51單片機，用編程的方法來產生三種波形，并通過編程來切換三種波形以及波形頻率的改變。具體功能有：（1）各個波形的切換；（2）各種參數的設定；（3）頻率增減等。軟件調通后，通過編程器下載到AT89C51芯片中，然后插到系統(tǒng)中即可獨立完成所有的控制。軟件的流程圖如下： 圖（7）程序流程圖2、輸出波形的種類與頻率的測試2.1

15、、測量儀器及測試說明測量儀器：穩(wěn)壓電源、示波器、數字萬用表。測量說明：正弦波、矩形波、三角波信號的輸出，通過對獨立鍵盤來實現其的不同波形的輸出以及其頻率的改變。2.2測試過程 當程序下進去時經過初始化，液晶屏的上只顯示“wave：”和“f：“，當開關三按一下是此時輸出波形為正弦波，按兩下時輸出為方波，按三下時輸出為三角波。另外兩個開關可以調節(jié)頻率，三種波形的頻率可調范圍不同，分別如下： 正弦波：1180HZ 方 波：13.3KHZ 三角波：1180HZ根據示波器的波形頻率的顯示計算出三種波形的頻率計算公式如下：正弦波：f=(1000/(9+3*ys)方 波：f=(100000/(3*ys)三角波：f=(1000/(15+3*ys)其中ys為延時的變量。三種波形的仿真波形圖如下： 圖（8）正弦波圖形 圖（9）方波圖形 圖（10）三角波圖行2.3、測試結果各項指標均達到要求。測試數據如下： 1）、產生正弦波、方波、三角波基本實現2）、三種波形的頻率都可調，但不能步進的調節(jié)，其中方波的可調范圍最