简单波形发生器设计

郑州航空工业管理学院

《单片机原理与应用》

课程设计说明书

08级电气工程及其自动化专业0806073班级

题目简单波形发生器设计

姓名学号

指导教师职称

二О11年5月20日

摘要

本系统是基于AT89C51单片机的数字式低频信号发生器。采用A T89C51单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC083 2）、运放电路（LM324）、按键和8位数码管等。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波等，同时用数码管指示其对应的频率。其设计简单、性能优好，可用于多种需要低频信号的场所，具有一定的实用性。

各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分必要的。

本文介绍的是利用AT89C51单片机和数模转换器件DAC0832产生所需不同信号的低频信号源，其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，AT89C51的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。文中着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。信号频率幅度也按要求可调。

本次关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，而且具有很强的可行性。该信号源的特点是：体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。

关键词：AT89C51DAC0832 LM324 8位数码管显

目录

摘要............................................................................................................ I 目录......................................................................................................... III 前言.. (1)

1 波形发生器概述 (2)

1.1波形发生器的发展状况 (2)

1.2国内外波形发生器产品比较 (4)

2 方案论证与比较 (5)

2.1 方案一 (5)

2.2 方案二 (6)

2.3 方案三 (6)

3 硬件原理 (8)

3.1 MCS-51单片机的内部结构 (8)

3.1.1 内部结构概述 (8)

3.1.2 CPU结构 (9)

3.1.3 存储器和特殊功能寄存器 (10)

3.2 P0-P3口结构 (11)

3.3 时钟电路和复位电路 (11)

3.3.1时钟电路 (11)

3.3.2单片机的复位状态 (12)

3.4 DAC0832的引脚及功能 (13)

4 软件原理 (15)

4.1 主流程图 (15)

4.2 锯齿波仿真图 (16)

4.3 三角波仿真图 (17)

4.4 方波仿真图 (19)

4.5 正弦波仿真图 (20)

总结 (21)

参考文献 (22)

前言

波形发生器也称函数发生器，作为实验信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿波，正弦波，方波，三角波等波形。

信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路经之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。

1 波形发生器概述

在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。

1.1波形发生器的发展状况

波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。

在70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。

在70 年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和D/ A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。

90 年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是H P公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它由HP8770A