多功能信号发生器设计任永攀

河南理工大学万方科技学院《电子设计综合训练》设计报告多功能信号发生器设计姓名：任永攀学号：0828020076专业班级：08级电信（1）指导老师：张宏伟2011年11月 3 日目录摘要............................................... 错误！未定义书签。

第一章概述 (1)1.1信号发生器概述 (1)1.2信号发生器数模转换背景 (1)1.3单片机的发展应用及结构 (3)1.3.1 单片机的发展应用 (3)1.3.2 单片机的结构 (4)1.4论文的主要内容 (5)第二章系统总体方案及硬件设计 (7)2.1方案提出 (7)2.2总体设计 (8)2.3总体硬件设计 (9)2.4系统模块设计 (9)2.4.1电源设计 (9)2.4.2 时钟与复位电路设计 (11)2.58255扩展电路 (13)2.6显示器接口设计 (19)2,74*4行列式键盘设计 (22)2.80832DA转换电路 (26)第三章软件设计 (30)3.1软件设计主流程图 (30)3.2软件功能编程 (31)第四章 PROTUES仿真 (39)总结 (41)参考文献 (42)..................................................................... 错误！未定义书签。

摘要单片微型计算机（简称单片机）作为微型计算机的一个很重要的分支，自它诞生以来至今，以其极高的性能价格比以及一系列人所共识的优点，受到越来越多的工程技术人员的重视。

现在，单片机已广泛地应用在智能仪器仪表、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。

设计了由单片机控制的多功能信号发生器。

系统以低功耗的8位单片机87C51为核心，配置相应的外设及接口电路，用汇编语言开发，组成了一个多功能频率信号发生系统。

该系统运用单片机控制产生正弦波、三角波、方波及锯齿波等波形并且其幅值为连续可调。

该系统既可用于实验，又可作为基本的信号发生装置。

关键词：信号发生器；多功能；单片机第一章概述1.1信号发生器概述信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器，是工业生产和电工、电子实验中经常使用的电子仪器之一。

信号发生器种类较多，性能各有差别，但它们都可以产生不同频率的正弦波、调幅波调频波信号，以及各种频率的方波、三角波、锯齿波和正负脉冲波信号等。

利用信号发生器输出的信号，可以对元器件的性能及参数进行测量，还可以对电工和电子产品整进行指数验证、参数调整及性能鉴定。

在多数电路传递网络中、电容与电感组合电路，电容与电阻组合电路及信号调制器的频率、相位的检测中都可以得到广泛的应用。

信号发生器按其频率的高低，可分为：超低频信号发生器：频率范围为零点几赫兹到几百赫兹。

低频信号发生器：频率范围为几十HZ到几百KHZ。

高频信号发生器：几百KHZ到几MHZ。

超高频信号发生器：频率范围1MHz以上，可达几十兆赫兹。

微波信号发生器。

按产生波形的不同，可分为：正弦波信号发生器，脉冲波函数波信号发生器，任意波信号发生器；按调制方式的不同，可分为：调频信号发生器（FM）、调幅信号发生器（AM），调相信号发生器（PM），脉冲调制信号发生器；此外，还可以产生两种或多种波形信号发生器。

超高频信号发生器，产生波形一般用LC振荡电路。

高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路，即RC振荡电路，通过改变电容和电阻值，改变频率。

用以上原理设计的信号发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉冲波，其零点不可调。

而且价格也比较贵，一般在几百元左。

本文基于单片机原理，采用8051单片机设计并外加上一片DAC0832制作出了多功能频率信号发生器。

用该方法设计的多功能信号发生器具有频率稳定、调频范围宽、幅值稳定、波形失真度低、电路结构简单机器、耗电少等特点。

可广泛应用于电子信息、机械、交通、地质、航天航空等专业，在教学、科研、生产、工程等诸多领域应用非常广泛1.2信号发生器数模转换背景数模转换器的功能数模转换器是一种将输入的数字信号转换成模拟信号输出的电路或器件，它被广泛地应用在信号采集和处理、数字通信、自动检测、自动控制和多媒体技术等领域。

无论在工业生产还是在科学研究中，常常要对某些系统参数进行采集、加工和控制，它们往往是非电的模拟量，例如声、光、磁、热和机械参数等。

为了用电子技术处理这些停息．先要通过传感器把这些非电信号变换为相应的电信号。

随着数字技术的迅速发展和成熟，尤其是微处理器的迅速发展和广泛应用，使数字信号的大量存储、快速正确地处理和控制成为很容易的事，因而用数字技术处理模拟信号已越来越受到而视。

方法是先把模拟电信号变换为数字信号(模数转换)，再利用数字技术对数字技术加工处理，处理结果根据需要再变换为模拟电信号(数模转换)，以适应后面显示或执行机构的要求，实现对模拟信的显示或控制。

例如工业生产中常常需要对系统的温度参数进行控制，当采用数字系统实现其功能时，先用热电偶或其他温度传感器把系统温度转换成电压，经放大和滤波等预处理，用模数转换器把它变换成对应的数字量，再送入数字系统处理，根据系统情况和控制要求产生的处理结果用数模转换器变换为模拟电压．用来而控制加热系统的功率、实现对系统温度参数的控制。

在单片机的实时控制和智能仪表等应用系统中，控制或测量对象的有关变量，往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、速度等物理量。

这些模拟量必须转换成数字量后才能输入到单片机中进行处理。

单片机处理的结果，也常常需要转换为模拟信号。

若输入的是非电信号，还需经过传感器转换成模拟电信号。

实现模拟量转换成数字量的器件称为模数转换器(ADC)，数字量转换成模拟量的器件称为数模转换器(DAC)。

综上所述，数模转换器具有和模数转换器相对应的基本功能。

模数转换器使数字系统能从模拟电子系统中获取与模拟信号有单值函数关系的数字信息，而数模转换器则可以把数字系统处理的结果变为对应的模拟信号，回送给模拟系统，以实观对模拟系统工作状态的检测和控制。

因此，数模转换器是数字电子系统和模拟电子系统之间的常用接口电路。

数模转换器的发展经历了电子管、晶体管到集成电路的过程。

40年代后期，人们开始了数字通信的研究和实践，例如研究脉冲编码调制式通信。

它要求发送部分能将所要传送的声音、图像等连续变化的模拟量转换成数字形式发送出去，而信号接收部分要求能把接收到的数字信号还原成声音、图像。

于是研制了由电子管组装而成的模数转换器和数模转换器，使这种可靠和经济的数字通信得以实现。

随着晶体管工艺的发展和成熟。

到50年代后期，转换器中的电子管逐步由晶体管替代，使转换器的体积和重量大大减小。

数字计算机的兴起、发展和应用领域的不断扩大，促进了集成电路和转换技术的迅速发展。

到60年代中期，构成数模转换器的一些主要功能单元电路，如基准电压源、模拟开关、运算放大器等已制成半导体集成电路。

同时薄膜集成电路和厚膜集成电路也有很大发展。

1.3单片机的发展应用及结构1.3.1 单片机的发展应用单片机自20世纪70年代问世以来．以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。

单片机的优点是体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。

广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统，并可获得较高的经济效益。

正因为如此，在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器等各个方面。

此外，世界各大公司以MCS-51单片机基本内核为核心的各种扩展型、增强型的新型单片机不断推出，在今后若干年内，MCS-51系列及其兼容的各种增强型、扩展型的单片机，仍是我国单片机应用领域的主流机型。

单片机技术开发和应用水平已成为一个国家工业水平的标志之一。

一般微处理器和有关元器件分军用和民用两级，民用产品主要用于办公室及机房环境，工作温度在0～70℃，军用产品要求在恶劣环境条件下稳定工作，工作温度在-65～+125℃；工业级产品的性能介于以上两者之间，在-40～+85℃温度环境可正常工作。

工业产品可靠性比民用产品强，而价格较军用品低。

在单片机应用中，可以根据实际工作环境，选择工业级芯片，保证系统可靠性。

单片机具有以下特点；（1）受集成度限制，片内存储容量较小，一般8位单片机的ROM小于4/8K 字节，RAM小于256字节，但可在外部扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64K字节。

（2）可靠性好。

芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般通用CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中不易破坏；许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

（3）易扩展。

片内具有计算机正常运行所必需的部件。

芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

1.3.2 单片机的结构通常，一个微型计算机系统由微型计算机与外部设备组成，如图1-1所示。

而微型计算机则包含有微处理器（通称CPU），存储器（存放程序指令或数据的ROM、RAM等），输入/输出口（I/O）及其他功能部件如定时/计数器、中断系统等。

它们通过地址总线、数据总线和控制总线连接起来,通过输入/输出口线与外部设备及外围芯片相连。

存储器中配置有指令系统，系统操作软件及用户应用软件。

图1-1微型计算机系统MCS-51单片机的功能部件：8位微处理器（CPU）；数据存储器（RAM）；程序存储器（ROM）；4个8位并行口I/O（P0口、P1口、P2口、P3口）；1个串行口；2个16位定时器/计数器；中断系统；特殊功能寄存器（SFR）。

1. 功能特性描述87C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K在系统可编程EPROM存储器。

87C51具有以下标准功能：4k字节EPROM，128字节RAM，4个并行I/O 口，二个16 位定时器/计数器，一个5向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

2. 87C51的存储器结构87C51器件有单独的程序存储器和数据存储器。

外部程序存储器和数据存储器都可以64KB寻址。

程序存储器：如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。

对于87C51，如果EA接VCC，读写程序先从内部存储器（地址为0000H～0FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：0000H～FFFFH。

数据存储器：87C51 有128字节片内数据存储器。

数据存储器的片内和片外的操作指令不同。