单片机的信号发生器(附件)【字数：10772】
摘 要本设计主要分析目前已有的多种信号发生器，并结合所学的相关模电数电以及电路知识设计一种结构简单、功能优良的信号发生器。论文中详细的对信号发生器的系统结构、软件和硬件设计以及具体电路进行分析。该设计以AT89S52单片机为核心，外围采用DAC0832芯片的数模转换电路、TL084运放电路、独立按键和LED指示波形电路等。通过设计硬件电路和软件编程实现能产生正弦波、锯齿波、三角波、脉冲波波形信号，并能轻易调整输出信号的频率及幅度的简易信号发生器。此信号发生器具有产生的输出波形基本不会失真且频谱纯度较高，成本低廉且功能多等优点。该设计的硬件部分由单片机AT89S52模块，外部电源模块、D/A转换模块，运放模块，按键及指示电路模块，串口通信模块组成。软件部分由正弦波、锯齿波、三角波、脉冲波波形产生程序，频率调节程序、延迟以及中断子程序、及串行通信控制程序组成。经过老师的耐心指导，查阅资料，多次修改设计方案，最终达到预期设计方案的要求，完成毕业设计。
目 录
第一章 绪论 1
1.1本文的研究目的和意义 1
1.2信号发生器的现状和发展 1
1.3本文的研究内容 2
第二章 系统功能分析与方案设计 3
2.1系统功能要求分析 3
2.2系统的总体方案设计 3
2.2.1单片机的选择 3
2.2.2D/A转换的选型论证 4
2.2.3键盘选择方案分析 4
2.3系统硬件分析 5
2.3.1AT89S52单片机简介 5
2.3.2MAX232的简介 7
2.3.3TL084的简介 7
第三章 系统硬件模块设计 9
3.1系统组成 9
3.2单片机模块 9
3.3电源模块 10
3.4运放模块 10
3.5数模转换模块 11
3.6按键及指示电路模块 12
3.7串口通信模块 12
第四章 系统软件设计 14
4.1 系统主程序流程图 14
4.2子程序流程图 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
结束语 20
致谢 21
参考文献 22
附录A：原理图 23
附录B：程序 24
第一章 绪论
1.1本文的研究目的和意义
随着社会的发展和科技的进步，信号发生器作为一种最为重要，使用最多的信号源，在人们的日常生活和工业生产，教学，科研试验中具有广泛应用，可以为其提供各种测量所需信号，是常用的电子仪器之一。信号发生器的种类很多，本文所设计的函数信号发生器就是其中的一种，根据设计要求使其可以输出三角波，正弦波，脉冲波，锯齿波波形信号，并能通过调节按键改变输出波形的频率。信号发生器的设计方法有很多，设计技术随着社会的发展需求变得越来越先进，当然，设计出的信号发生器功能也是越来越强大，波形输出越来越稳定，更能满足人们生产生活上的需求。伴随着我国科技和经济的共同飞速发展，提出了对相应的测试仪器和测试手段更高的要求。由于当下信号发生器己成为测试仪器中举足轻重的一类，因此开发新型多功能，高性能的信号发生器具有重大意义。信号发生器作为电子领域必不可少的测量仪器，它正随着经济的发展和人们生活的需要向高性能，高精确度，高智能化，小型化，结构简单化的方向发展，就如现在数字化信号发生器的飞速崛起一样。但作为一种常用测量仪器，我们又必需要考虑它适合的应用领域，也就是说要因地制宜，综合考虑性价比，换句话说，用低成本制作的集成芯片信号发生器在短期内还不会被完全取代，还会比较广泛的用于理论实验以及精确度要求不是太高的实验。所以本设计所制作的信号发生器依旧具有非常重要的实践意义和广阔的应用前景。
1.2信号发生器的现状和发展
信号发生器随着社会的高速发展不断地完善来满足人们生活和工作上的需求。70年代之前，主要有正弦波和脉冲波两类信号发生器。函数发生器介于两者之间，能够产生正弦波、方波、三角波和几种经常使用的标准波形信号。但是除了这些特定能够产生的波形信号之外，就必须采用非常复杂的电路和机电结合的方法来产生所需要的波形，非常不利于人们生活工作的进行。在这个时期，波形发生器基本都是采用模拟电子技术，由于这个设计技术的限制，构成信号发生器的模拟器件电路存在着体型大、价格高、功耗大，电路复杂等缺点，并且当需要产生比较复杂的波形信号时，电路的结构就变得非常复杂。另外，这个时期的信号发生器有两个难以解决的问题，一是通过电位器的调节很难将输出频率调到某一需要的固定值，二是不能调节脉冲的占空比。
70年代后，由于微处理器的出现，人们可以利用微处理器、A/D 或D/A转换器等硬件和软件编程使得波形发生器具有更多更好更强大的功能，产生更加复杂稳定的波形。这时期的波形发生器基本都是以软件为主，实质上是采用微处理器对 DAC的程序控制，最终可以得到所需的各种简单的波形。此设计方法使得信号发生器向着小型化，结构简单化的方向迈出了一大步，也是信号发生器发展中的一个至关重要的转折点。在生活，生产，科研，实验，教学方面有着不可想象的意义。
90年代末，几种真正高性能、高价格的函数发生器问世。但是HP公司推出了型号为 HP770S的信号模拟装置系统，它由 HP8770A任意波形数字化和 HP1776A波形发生软件组成。HP8770A实际上也只能产生8种波形，而且价格昂贵。不久以后Analogic公司推出了型号为Data2020的多波形合成器，Lecroy公司生产的型号为9100 的任意波形发生器等。
到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速有效的发展，出现了很多工作频率可以超过GHz的DDS芯片，这种芯片的出现推动了函数波形发生器的飞速发展，例如2003年Agilent的产品 33220A能够产生 17 种波形，最高频率可达到20M，2005年的产品N6030A能够产生高达500MHz的频率，采样的频率可达1.25GHz。
1.3本文的研究内容
本设计是以AT89S52单片机为核心的信号发生器，通过对单片机主控电路，数模转换电路，复位电路，波形指示电路，振荡电路和运算放大电路的设计，以及使用汇编的编程方法来产生三角波、锯齿波、脉冲波、正弦波波形信号。根据制定的设计方案要求，以简化设计为目的选择最优的芯片，编写各种波形产生的子程序，将所写程序送入单片机的程序存储器中。在程序运行时，每次接收到改变输出波形或调解波形输出频率的命令，通过调用相应的中断服务子程序和波形发生程序来输出所需波形或者相应的波形频率，命令通过独立按键进行发送，并采用LED灯指示当前所需输出波形的类型。后经过DAC0832转模转换和TL084运算放大处理后，从信号发生器的输出端口输出。另外需要设计串口通信接口进行电平转换，初步拟定采用RS232标准串口设计的单电源电平转换芯片(MAX232)来实现此设计要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1本文的研究目的和意义 1
1.2信号发生器的现状和发展 1
1.3本文的研究内容 2
第二章 系统功能分析与方案设计 3
2.1系统功能要求分析 3
2.2系统的总体方案设计 3
2.2.1单片机的选择 3
2.2.2D/A转换的选型论证 4
2.2.3键盘选择方案分析 4
2.3系统硬件分析 5
2.3.1AT89S52单片机简介 5
2.3.2MAX232的简介 7
2.3.3TL084的简介 7
第三章 系统硬件模块设计 9
3.1系统组成 9
3.2单片机模块 9
3.3电源模块 10
3.4运放模块 10
3.5数模转换模块 11
3.6按键及指示电路模块 12
3.7串口通信模块 12
第四章 系统软件设计 14
4.1 系统主程序流程图 14
4.2子程序流程图 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
结束语 20
致谢 21
参考文献 22
附录A：原理图 23
附录B：程序 24
第一章 绪论
1.1本文的研究目的和意义
随着社会的发展和科技的进步，信号发生器作为一种最为重要，使用最多的信号源，在人们的日常生活和工业生产，教学，科研试验中具有广泛应用，可以为其提供各种测量所需信号，是常用的电子仪器之一。信号发生器的种类很多，本文所设计的函数信号发生器就是其中的一种，根据设计要求使其可以输出三角波，正弦波，脉冲波，锯齿波波形信号，并能通过调节按键改变输出波形的频率。信号发生器的设计方法有很多，设计技术随着社会的发展需求变得越来越先进，当然，设计出的信号发生器功能也是越来越强大，波形输出越来越稳定，更能满足人们生产生活上的需求。伴随着我国科技和经济的共同飞速发展，提出了对相应的测试仪器和测试手段更高的要求。由于当下信号发生器己成为测试仪器中举足轻重的一类，因此开发新型多功能，高性能的信号发生器具有重大意义。信号发生器作为电子领域必不可少的测量仪器，它正随着经济的发展和人们生活的需要向高性能，高精确度，高智能化，小型化，结构简单化的方向发展，就如现在数字化信号发生器的飞速崛起一样。但作为一种常用测量仪器，我们又必需要考虑它适合的应用领域，也就是说要因地制宜，综合考虑性价比，换句话说，用低成本制作的集成芯片信号发生器在短期内还不会被完全取代，还会比较广泛的用于理论实验以及精确度要求不是太高的实验。所以本设计所制作的信号发生器依旧具有非常重要的实践意义和广阔的应用前景。
1.2信号发生器的现状和发展
信号发生器随着社会的高速发展不断地完善来满足人们生活和工作上的需求。70年代之前，主要有正弦波和脉冲波两类信号发生器。函数发生器介于两者之间，能够产生正弦波、方波、三角波和几种经常使用的标准波形信号。但是除了这些特定能够产生的波形信号之外，就必须采用非常复杂的电路和机电结合的方法来产生所需要的波形，非常不利于人们生活工作的进行。在这个时期，波形发生器基本都是采用模拟电子技术，由于这个设计技术的限制，构成信号发生器的模拟器件电路存在着体型大、价格高、功耗大，电路复杂等缺点，并且当需要产生比较复杂的波形信号时，电路的结构就变得非常复杂。另外，这个时期的信号发生器有两个难以解决的问题，一是通过电位器的调节很难将输出频率调到某一需要的固定值，二是不能调节脉冲的占空比。
70年代后，由于微处理器的出现，人们可以利用微处理器、A/D 或D/A转换器等硬件和软件编程使得波形发生器具有更多更好更强大的功能，产生更加复杂稳定的波形。这时期的波形发生器基本都是以软件为主，实质上是采用微处理器对 DAC的程序控制，最终可以得到所需的各种简单的波形。此设计方法使得信号发生器向着小型化，结构简单化的方向迈出了一大步，也是信号发生器发展中的一个至关重要的转折点。在生活，生产，科研，实验，教学方面有着不可想象的意义。
90年代末，几种真正高性能、高价格的函数发生器问世。但是HP公司推出了型号为 HP770S的信号模拟装置系统，它由 HP8770A任意波形数字化和 HP1776A波形发生软件组成。HP8770A实际上也只能产生8种波形，而且价格昂贵。不久以后Analogic公司推出了型号为Data2020的多波形合成器，Lecroy公司生产的型号为9100 的任意波形发生器等。
到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速有效的发展，出现了很多工作频率可以超过GHz的DDS芯片，这种芯片的出现推动了函数波形发生器的飞速发展，例如2003年Agilent的产品 33220A能够产生 17 种波形，最高频率可达到20M，2005年的产品N6030A能够产生高达500MHz的频率，采样的频率可达1.25GHz。
1.3本文的研究内容
本设计是以AT89S52单片机为核心的信号发生器，通过对单片机主控电路，数模转换电路，复位电路，波形指示电路，振荡电路和运算放大电路的设计，以及使用汇编的编程方法来产生三角波、锯齿波、脉冲波、正弦波波形信号。根据制定的设计方案要求，以简化设计为目的选择最优的芯片，编写各种波形产生的子程序，将所写程序送入单片机的程序存储器中。在程序运行时，每次接收到改变输出波形或调解波形输出频率的命令，通过调用相应的中断服务子程序和波形发生程序来输出所需波形或者相应的波形频率，命令通过独立按键进行发送，并采用LED灯指示当前所需输出波形的类型。后经过DAC0832转模转换和TL084运算放大处理后，从信号发生器的输出端口输出。另外需要设计串口通信接口进行电平转换，初步拟定采用RS232标准串口设计的单电源电平转换芯片(MAX232)来实现此设计要求。
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