信號發(fā)生器電路設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(已修改)

　

【正文】 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）信號發(fā)生器電路設(shè)計(jì)畢業(yè)論文V河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目　錄前　言 1第1章 概 述 3167。 單片機(jī)概述 3167。 AT89C51概述 3第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 4167。 任務(wù)要求及分析 4167。 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 4167。 任務(wù)分析 4167。 設(shè)計(jì)思路 4167。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 4167。 各功能模塊設(shè)想 5167。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 5167。 硬件方案 6167。 軟件方案 6第3章 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì) 7167。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 7167。 復(fù)位電路 7167。 時(shí)鐘電路 7167。 顯示模塊設(shè)計(jì) 8167。 LCD1602介紹 8167。 LCD1602電路連接 8167。 LCD1602編碼方式 9167。 鍵盤模塊設(shè)計(jì) 10167。 鍵盤電路連接 10167。 鍵盤檢測原理 11167。 D/A轉(zhuǎn)換電路 11167。 DAC0832結(jié)構(gòu) 11167。 DAC0832工作原理 12167。 DAC0832硬件連接 13167。 運(yùn)放電路 13167。 電流/電壓轉(zhuǎn)換電路 13167。 調(diào)幅電路 14第4章 軟件設(shè)計(jì) 15167。 系統(tǒng)主流程 15167。 各程序模塊設(shè)計(jì) 15167。 初始化程序 15167。 鍵盤掃描及處理程序 16167。 波形產(chǎn)生程序 18167。 顯示部分程序 20第5章 仿真結(jié)果及分析 23167。 功能實(shí)現(xiàn) 23167。 初始化 23167。 正弦波仿真 23167。 方波仿真 24167。 三角波仿真 25167。 鋸齒波仿真 26167。 鍵盤功能 27167。 結(jié)果及誤差分析 27結(jié)　論 29參考文獻(xiàn) 30致　謝 32附　錄 3313前　言一、課題的意義及目的信號發(fā)生器是基礎(chǔ)的通用儀器之一，在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的信號發(fā)生器可以由硬件電路搭接而成，但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積較大等缺點(diǎn)。隨著便攜式和智能化越來越成為儀器的基本要求，對傳統(tǒng)儀器的數(shù)字化、智能化、集成化也就顯得尤為重要。【1】作為電子技術(shù)最根本的硬件基礎(chǔ)，信號發(fā)生器也需要不斷進(jìn)行改進(jìn)，以滿足現(xiàn)今人們對它日益增長的需要。在現(xiàn)代電子領(lǐng)域中，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，單片機(jī)構(gòu)成的儀器不僅可靠性高、性價(jià)比較高、集成度高，而且處理功能強(qiáng)、可靠性較好，而目前廣泛使用的是一些標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，雖然也有一些優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴，因此，用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)信號發(fā)生器以滿足需要的方法是一個(gè)不可多得的方法。二、國內(nèi)外研究概況國內(nèi)外的信號發(fā)生器設(shè)計(jì)方法主要有以下幾種：（1） 利用鎖相環(huán)電路產(chǎn)生振蕩來實(shí)現(xiàn)。這類設(shè)計(jì)電路調(diào)試?yán)щy，且對阻容元件的參數(shù)要求嚴(yán)格；另外，由于阻容元件的穩(wěn)定性差，其可靠性不高，難于保證精確度，該方案技術(shù)相對落后，對信號發(fā)生器要求不高時(shí)可采用該方案，因此，這種設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用范圍也受到了限制。（2） 利用大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)計(jì)性能可靠，能夠產(chǎn)生多種波形信號，達(dá)到較高頻率，但是頻率輸出信號的波形和頻率值的精確度和準(zhǔn)確度不高，工作不很穩(wěn)定，電路較為復(fù)雜，不易調(diào)試。（3） 利用單片集成芯片實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器。這種設(shè)計(jì)能產(chǎn)生多種波形信號，可以達(dá)到較高頻率，并且能保證輸出信號的穩(wěn)定和較高的精確度，所需的電阻、電容較少，電路也較為簡單，易于調(diào)試，成本也較低。（4） 利用專用直接數(shù)字合成DDS芯片來實(shí)現(xiàn)。該方法能產(chǎn)生任意波形的信號，并能達(dá)到很高的頻率，產(chǎn)生信號波形的電路可以保證輸出信號的頻率穩(wěn)定性，可以方便地調(diào)節(jié)、預(yù)置頻率，波形變換方便，頻率和波形的切換響應(yīng)快，無過渡過程，電路結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定可靠，但成本太高。三、設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)本課題利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)的方法來產(chǎn)生低頻信號，不但成本較低而且精度也較高。只需要通過按鍵就可以控制和操作儀器、例如：波形選擇、頻率調(diào)節(jié)，波形類型和頻率值可以通過液晶顯示屏LCD1602顯示，操作起來簡單、方便、靈活。通過程序控制單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，避免了傳統(tǒng)電路搭接中出現(xiàn)的工作不穩(wěn)定、不易調(diào)試等各種問題，使得信號發(fā)生器易于控制，提高了信號精度，抗干擾能力強(qiáng)，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微的調(diào)整，使其能夠滿足應(yīng)用時(shí)的要求。第1章 概 述167。 單片機(jī)概述隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)也得到迅速發(fā)展，并且由于芯片的集成度的提高而使計(jì)算機(jī)微型化，出現(xiàn)了單片機(jī)，也可稱為微控制器MCU。單片機(jī)，即集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，繼承了中央處理器CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件。從1976年9月Intel公司推出MCS48系列單片機(jī)以來，世界上的一些著名的器件公司都紛紛推出各自系列的單片機(jī)產(chǎn)品。各種系列的單片機(jī)由于其內(nèi)部功能、單元組成及指令系統(tǒng)的不盡相同，形成了各具特色的系列產(chǎn)品。其中Intel公司生產(chǎn)的MCS系列單片機(jī)目前仍占主導(dǎo)地位。以8051為基核推出的各型號的兼容性單片機(jī)統(tǒng)稱為51系列單片機(jī)。單片機(jī)具有功能強(qiáng)、體積小、成本低、功耗小、配置靈活等特點(diǎn)，因此單片機(jī)在工業(yè)控制、智能儀表、通信系統(tǒng)、信號處理等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。167。 AT89C51概述AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能COMS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)。由于將8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，使得AT89C51是一種高效微控制器。功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)可以提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)格低廉的方案。本設(shè)計(jì)所選用的單片機(jī)就是AT89C51。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案167。 任務(wù)要求及分析167。 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求本設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求如下：（1）具有產(chǎn)生正弦波、三角波、方波和矩形波四種波形的功能；（2）輸出波形的頻率范圍為1～1000Hz；（3）輸出波形幅度范圍0－5V（峰－峰值），(峰－峰值）調(diào)整；（4）通過鍵盤輸入任意頻率數(shù)值和選擇任意波形；（5）具有顯示輸出波形的類型、頻率（周期）的功能；（6）精度誤差要求達(dá)到5%。167。 任務(wù)分析通過對設(shè)計(jì)任務(wù)及要求進(jìn)行分析，我們可以對整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)初步的了解。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的信號發(fā)生器電路，將各功能模塊化，實(shí)現(xiàn)四種波形的產(chǎn)生、幅度調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、波形類型及頻率的顯示等功能，另外為了將單片機(jī)產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，還需要D/A轉(zhuǎn)換電路，并將轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的信號進(jìn)行整形放大，滿足所要求的幅度范圍。167。 設(shè)計(jì)思路167。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在任務(wù)分析中，我們把系統(tǒng)模塊化，分為單片機(jī)模塊、顯示模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和鍵盤模塊四個(gè)模塊。將各個(gè)模塊加以整合，我們得出系統(tǒng)大致的結(jié)構(gòu)框圖，如圖21所示：圖21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖167。 各功能模塊設(shè)想單片機(jī)模塊——負(fù)責(zé)的功能是正弦波、三角波、方波和矩形波四種波形的產(chǎn)生以及通過對鍵盤信號進(jìn)行檢測分析完成調(diào)頻功能，并能發(fā)送信號控制顯示模塊顯示波形類型以及頻率值。這一模塊功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過所編寫的程序進(jìn)行控制，是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心。顯示模塊——負(fù)責(zé)的功能是波形類型以及頻率大小的顯示，接收來自單片機(jī)的控制信號及數(shù)據(jù)信號，將單片機(jī)根據(jù)波形類型與頻率所產(chǎn)生的信號進(jìn)行處理后顯示出來，實(shí)現(xiàn)顯示功能。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊——負(fù)責(zé)將波形信號從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，進(jìn)而能在示波器上顯示出來，以便于通過示波器顯示的波形信號來對系統(tǒng)功能進(jìn)行驗(yàn)證，選擇合適的芯片，將單片機(jī)的I/O口接入即可實(shí)現(xiàn)功能。鍵盤模塊——負(fù)責(zé)分配用于波形選擇、調(diào)頻的按鍵，是整個(gè)系統(tǒng)的主要輸入設(shè)備，為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能，需要分配多個(gè)按鍵，為了不占用過多的I/O口，可以采用矩陣鍵盤陣列，合理分配按鍵，使操作更簡潔易懂，增加系統(tǒng)的人機(jī)交互功能。167。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)167。 硬件方案硬件電路是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，綜合設(shè)計(jì)思路，為了實(shí)現(xiàn)所要求的各功能，本設(shè)計(jì)選擇以AT89C51單片機(jī)為核心，結(jié)合以DAC0832組成的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、以LCD1602組成的顯示模塊、以4I/O口的44矩陣鍵盤組成的鍵盤模塊和以LM324組成的濾波整形放大電路構(gòu)成系統(tǒng)的硬件電路。167。 軟件方案軟件設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的核心，需要通過程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)算法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。軟件部分主要包括一下幾個(gè)方面：1．波形產(chǎn)生：由于設(shè)計(jì)要求的誤差，因此采用256個(gè)采樣點(diǎn)，正弦波需要通過讀入波碼表的方式產(chǎn)生，方波、三角波、鋸齒波比較有規(guī)律，在程序中通過遞加、遞減等方式可以實(shí)現(xiàn)。2．鍵盤部分：編寫程序檢測I/O口狀態(tài)變化，根據(jù)某一狀態(tài)變化確定所按下的按鍵，將信息返回到單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，設(shè)置波形切換、調(diào)頻所對應(yīng)的按鍵，當(dāng)功能按鍵按下時(shí)執(zhí)行相應(yīng)操作。3．顯示部分：確定要顯示信息的位置所對應(yīng)的地址，在程序中可以改變地址將信息顯示在不同的位置，不同的字母對應(yīng)不同的編碼，顯示字母時(shí)將對應(yīng)編碼發(fā)送到顯示模塊即可。需要注意的是使用時(shí)需要對液晶顯示進(jìn)行初始化處理。第3章 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)167。 單片機(jī)最小系統(tǒng)167。 復(fù)位電路無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是運(yùn)行過程中發(fā)生故障都需要復(fù)位。復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，按下復(fù)位按鈕后，內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)的復(fù)位條件為，必須使其RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)及以上機(jī)器周期的高電平。本設(shè)計(jì)所采用的復(fù)位方式為按鍵復(fù)位，復(fù)位電路如圖31所示：圖31 單片機(jī)復(fù)位電路167。 時(shí)鐘電路單片機(jī)工作時(shí)，從取指令到譯碼再進(jìn)行微操作，必須在時(shí)鐘信號控制下才能有序地進(jìn)行，時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)工作提供基本時(shí)鐘的。單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。本設(shè)計(jì)所采用的時(shí)鐘電路為內(nèi)部振蕩方式。內(nèi)部振蕩方式的電路連接如圖32所示：將晶振結(jié)合相應(yīng)大小的電容連接到引腳XTAL1和XTAL2之間，圖中C1和C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5~30pF之間，晶振頻率的典型值為12MHz。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號比較穩(wěn)定，實(shí)際電路中使用較多。圖32 內(nèi)部振蕩方式電路圖167。 顯示模塊設(shè)計(jì)167。 LCD1602介紹LCD1602是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。LCD1602顯示的內(nèi)容為162，即可以顯示兩行，每行顯示16個(gè)字符，其內(nèi)部有160個(gè)57點(diǎn)陣的字符發(fā)生存儲(chǔ)器CGROM和8個(gè)可由用戶自定義的字符發(fā)生存儲(chǔ)器CGRAM。167。 LCD1602電路連接系統(tǒng)的液晶連接如圖33所示，圖中液晶主要管腳介紹如下：VSS——接地；VDD——接+5V電源；RS——為寄存器選擇，置高選擇數(shù)據(jù)寄存器、反之則選擇指令寄存器；RW——為讀寫信號線，為高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作，當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀盲信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)；E——為使能端，當(dāng)E端由高電平條變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令；D0~D7——為8位雙向數(shù)據(jù)線，連接單片機(jī)的I/O口。圖33 LCD1602硬件連接圖167。 LCD1602編碼方式1602液晶內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)的160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形包括阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母大小寫、常用符號以及日文片假名等，每個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如字母“A”的代碼是41H。1602字符庫見附錄：DDRAM就是顯示數(shù)據(jù)RAM，用來寄存待顯示的字符代碼，共80字節(jié)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如表所示：表31 DDRAM地址與屏幕對應(yīng)關(guān)系顯示位置1234567……40DDRAM地址第一行00H01H02H03H04H05H06H……27H第二行40H41H42H43H44H45H46H……67H一行有40個(gè)地址，在LCD1602中，我們只用前16個(gè)就行了，第二行也同樣用16個(gè)地址。【11】表32 1602對應(yīng)的DDRAM地址000102030405060708090A0B0C0D0E0F404142434445464748494A4B4C4D4E4F注：表31與表32中數(shù)字均為十六進(jìn)制當(dāng)想要在LCD1602屏幕的某一行某一列顯示一個(gè)字母時(shí)，就需要向這一行這一列所對應(yīng)的DDRAM地址寫入字母相應(yīng)代碼即可。程序的編寫需要按LCD模塊快的指令格式來進(jìn)行。例如：要在第二行開頭顯示“s”這個(gè)字母，則程序應(yīng)寫為：write_(0x80+0x40)；write_data(0x73)；其中0x40為第二行開頭的地址，只是在程序中需要加上0x80才能正確顯示，0x73對應(yīng)字母“s”的代碼，當(dāng)所要顯示的內(nèi)容與位置不同時(shí)，程序做出相應(yīng)改變即可。167。 鍵盤模塊設(shè)計(jì)167。 鍵盤電路連接本次設(shè)計(jì)所采用的4個(gè)I/O口的鍵盤電路，連接如圖34所示：圖34 鍵盤電路連接圖167。 鍵盤檢測原理當(dāng)檢查按鍵模塊時(shí)，若有按鍵按下，則與之相連的兩條線將會(huì)導(dǎo)通，從而將電平拉高或拉低使其一致。具體的按鍵掃描方式如下：第一步： 先將四位數(shù)據(jù)線均置‘1’，然后檢查各端口電平有無變化，若K13按下，則