多功能信号发生器设计毕业论文

多功能信号发生器设计毕业论文

目录

摘要 (5)

第一章绪论 (8)

1.1 课题背景、目的及意义 (8)

1.2 设计要求和任务 (8)

1.3 单片机概述 (9)

1.3.1 单片机的发展 (9)

1.3.2 单片机的应用 (10)

1.4 AT89S52单片机 (11)

1.5 信号发生器概述 (14)

1.6 本论文主要研究的容 (14)

第二章系统设计方案 (16)

2.1 系统分析 (16)

2.1.1 问题定义 (16)

2.1.2 系统可行性分析 (16)

2.2 系统需求分析 (17)

2.3 总体方案设计 (18)

第三章硬件设计 (19)

3.1 总体硬件设计 (19)

3.2 系统模块设计 (19)

3.2.1 电源设计 (19)

3.2.2 显示器接口设计 (19)

3.2.3 复位与时钟电路设计 (22)

3.2.4 键盘接口设计 (23)

3.2.5 D/A转换设计 (25)

3.2.6 I/V转换波形输出电路 (28)

第四章软件设计及测试 (31)

4.1软件总体设计 (31)

4.2 软件功能设计 (31)

系统总流程图如下图4-1： (31)

图4-1 系统总流程框图 (32)

4.3 PROTEUS软件仿真 (35)

4.4 系统测试报告 (40)

结论与展望 (41)

致谢 (42)

参考文献 (43)

附录一源程序 (43)

附录二电路原理图 (54)

附录三硬件实物图 (55)

附录四外文资料翻译 (56)

第一章绪论

1.1 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，锯齿波和正弦波信号是常用的基本测试信号。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。

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，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。

1.2 设计要求和任务

熟悉和掌握单片机的结构和工作原理，了解信号发生器的工作原理。掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法,并通过实际程序的设计和调试，逐步掌握模块化程序的设计方法和调试技术；了解开发单片机应用系统的全过程。综合运用所学专业知识解决工程问题。

具体设计要求如下：

（1）具有产生正弦波、三角波、方波、矩形波、锯齿波波形的功能。

（2）信号的频率围为1Hz-1MHz。

（3）信号的输出波形幅度Vp-p可调。

（4）通过键盘输入任意频率数值和选择任意波形。

1.3 单片机概述

单片微型计算机（单片机）作为微型计算机的一个很重要的分支，自问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，因此应用广泛，发展迅速。相对而言，单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，并且价格低廉、可靠性高、灵活性好，开发较为容易。目前，在我国，单片机已经广泛地用于智能仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器和数据处理等各个方面。

1.3.1 单片机的发展

单片机诞生于20世纪70年代。最初的单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元（简称CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统。现代的单片机则增加了更多的片外设（比如定时器、计数器、串行口、中断、并行I/O口，甚至包括A/D转换器、脉宽调制器PWM等），使得单片机的功能越来越强大，应用领域越来越广泛。因为这样一块芯片就具有一台计算机的功能，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。由于单片机的硬件结构和指令系统都是按照工业控制要求来设计的，常用在工业的检查、控制装置中，因而也被称为微控制器（Micro-Controller）。

单片机按照其用途可以划分为通用型和专用型两大类。通常所说的单片机是指通用型

单片机。通用型单片机是把可开发资源（如ROM，RAM，I/O口）全部提供给使用者。专用型单片机的硬件结构和指令是按照某个特定用途而设计的，如：频率合成调谐器（DDS）、USB控制器、收音机机芯控制器、打印机控制器等。

（1）单片机发展历史

20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料、新工艺尚未成熟。

1976年Intel公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。

80年代初，单片机已经发展到了高性能阶段。

80年代，世界各大公司竞相研制出品种多、功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器。其发展到了一个全新的阶段，应用领域更加广泛。在众多品种的单片机中，MCS-51系列是我国较早引进的Intel公司的单片机产品。由于其性能优良，已经被国外用户广泛认可和采用，占据了重要的市场份额。

（2）单片机发展特点

单片机技术从出现至今已走过近30多年的发展路程。纵观30多年来单片机的发展历程，单片机技术以微处理器技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域为动力，表现出极具个性的发展特点。主要表现在以下几点：寿命长、8位、16位、32位共同发展、运行速度越来越快、低电压与低功耗、低噪声与高可靠性技术、OTP技术、MTP 可多次编程。

（3）单片机发展趋