电子信号发生器的设计
目录
1. 绪论 1
1.1 信号发生器的背景和意义 2
1.2 信号发生器的发展趋势 2
1.3 本次设计内容及任务要求 3
2. 信号发生器系统方案设计与论证 4
2.1 总体方案设计的比较 4
2.2子系统模块方案设计 4
2.2.1控制模块方案设计 4
2.2.2幅度调节模块方案设计 5
2.2.3键盘模块方案设计 5
2.2.4显示模块方案设计 5
2.2.5 D/A转换模块方案设计 6
3. 系统硬件设计 7
3.1 单片机最小系统 7
3.1.1晶振电路 7
3.1.2复位电路 8
3.1.3供电电路 8
3.2 D/A转换电路设计 9
3.3 A/D转换幅度显示电路设计 11
3.4 矩阵键盘电路设计 12
3.5 LCD显示电路设计 13
4. 系统软件设计 15
4.1 矩阵键盘监控软件设计 15
4.2波形程序设计 19
4.3幅度输入程序设计 21
4.4 LCD显示程序设计 23
5. 系统软件和硬件的调试 27
5.1 仿真调试 27
5.2 实物调试 29
5.3 测试误差分析 32
5.4 系统功能实现情况 33
结束语 34
致谢 35
参考文献 36
附录一、电路总原理图 37
附录二、源程序 38
1.绪论
有一种大规模的集成电路芯片在20世纪70年代时面世，它就是现在为世人所熟知的单片机，微控制器有一个中央处理器CPU，I/O接口，ROM和RAM以及许多外围扩展电路等，作为一种完整的微型计算机系统一般都是通过印刷电路板上的总线所连成的，这样的单片机成本较低，体积较小，性能也特别稳定，非常适合各方面的使用。单片机系统在仪器仪表、工业自动化、家用电器、信息和军事装备和通信产品等方面应用十分广泛。随着单片机技术
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
的进步，单片机所采用的仪器仪表也有了更高的工业要求，逐渐形成了数字化，人工智能性，多扩展性的发展趋势；单片机在工业自动化中有着无可替代的地位；计算机数据传输和计算机网络通信，汽车安全系统，导弹的导航设备，在供应链管理中一直扮演者重要的角色。我们应该开发、学习与应用单片机并且掌握其应用技术，对于我们具有重要意义。
在通信领域中，多种多样的信号是其重要组成部分,其中方波、三角波、正弦波和锯齿波等都是较为常见的信号。这样几种关于信号的发生设备常常被使用在平常学生的实验教学和日常的科学研究中。使用方便、灵活适用的信号发生器可以让我们的实验、研究更为简便，所以一款功能的信号发生器尤为重要。信号发生器的应用一直十分广泛，无论是生产实践和科技领域总能见到它的身影。普通的信号发生器的功能很难满足现在对于信号发生器的需求，在低频输出时不能自动调节且调节不便，工程的实用性差，还有其昂贵的价格都是普通信号发生器无可厚非的缺点。
本设计引用单片机STC89C51和DAC0832通过编写程序来实现几种常见波形的产生。按照最初的设计任务,为了四种波形的频率和振幅都要进行计算机语言的程序编写,和存储位置——写入存储程序放在存储器中。调用相应的波形的发生程序和终端程序都会通过外部指令在程序执行时依靠经过电路的D/A转换器和放大器的运算之后，从信号发生器的输出端口输出并在示波器上显示。
(1)理论知识分析。首先要学习一些关于信号发生器的理论知识,以及常用的几种波形的产生原理,如方波、正弦波、三角波等,最后介绍了该款信号发生器的主要设计方案及工作原理。
(2)系统硬件设计。主要包括以下几个部分: 单片机最小系统、D/A转换电路设计、A/D转换幅度显示电路设计、矩阵键盘电路设计、LCD显示电路设计。
(3)系统软件设计。主要有：矩阵键盘监控软件设计、波形程序设计；幅度输入程序设计；LCD显示程序设计。
(4)系统仿真调试。通过计算机PROTEUS仿真软件进行模拟仿真调试、实物调试、误差分析。
1.1 信号发生器的背景和意义
1920年，电子设备刚刚兴起，信号发生器也随之诞生了。信号发生器的真正标准化，是因为在上个世纪40年代出现的雷达和通讯技术，这些技术需要信号发生器来测试各类接收机，从此往后，信号发生器就成为了定量分析的信号仪器。信号发生器的另一个飞跃的时期就是从上世纪60年代到现在了，模电技术开始成熟的运用于信号发生器中，相对复杂的电路已经可以让信号发生器三角波、方波、正弦波和锯齿波等几种在现在都最为常用的波形。随着新时代的来临，信号发生器技术的改进和成熟都一直对生产科研有着不可替代的影响。
单片机在我国发展很快，尽管它的应用时间不长。单片机的应用在中国主要是仪器控制和工业自动化。与控制有关的的仪器仪表大多引用都单片机，对单片机的应用有重大的影响:
1.仪表面板的旋钮和开关被数字键盘替换了，表面装饰变美了，面盘的结构都到了简化。
2.仪表的灵活性和功能性得到了增强。
3.测量数据的仪器简单处理、自动诊断和校正。
4.微处理器变得智能化，软件代替硬件,可实现虚拟检测
总之,单片机技术的发展,为信号发生器的发展创造了巨大空间。
通过本次毕业设计我们不仅对单片机的优秀性能有了更深一步的了解，在基于单片机的信号发生器的制作上，也对信号发生器有了很好的掌握，信号发生器的原理也通过这次设计得到了非常好的理解，通过构建信号发生器系统软硬件的设计方案。全方位的熟悉使用方法、该芯片还让我在实际工作能力的信号处理得到进一步的锻炼。
1.2 信号发生器的发展趋势
数字化技术的应用使得信号仪器的一些能力得到不断改进，一些缺陷也随着时间的推移不断被克服。信号发生器的发展虽然是它越来越成熟，但在分辨率上只有8为位的问题，不能满足测量需要的高速网络和移动通信的快速发展。随着数字存储示波器相比，综合指数信号发生器具有明显的差距，20GS/s和6Hz带宽的采样率，采样率是4.8gs/s和2GHz带宽。信号发生器上的数字存储示波器，在电路结构上，信号发生器的核心部件是一个高速的D / A转换器，其技术具有很大的潜力，应该做的是扩大市场需求。
1. 绪论 1
1.1 信号发生器的背景和意义 2
1.2 信号发生器的发展趋势 2
1.3 本次设计内容及任务要求 3
2. 信号发生器系统方案设计与论证 4
2.1 总体方案设计的比较 4
2.2子系统模块方案设计 4
2.2.1控制模块方案设计 4
2.2.2幅度调节模块方案设计 5
2.2.3键盘模块方案设计 5
2.2.4显示模块方案设计 5
2.2.5 D/A转换模块方案设计 6
3. 系统硬件设计 7
3.1 单片机最小系统 7
3.1.1晶振电路 7
3.1.2复位电路 8
3.1.3供电电路 8
3.2 D/A转换电路设计 9
3.3 A/D转换幅度显示电路设计 11
3.4 矩阵键盘电路设计 12
3.5 LCD显示电路设计 13
4. 系统软件设计 15
4.1 矩阵键盘监控软件设计 15
4.2波形程序设计 19
4.3幅度输入程序设计 21
4.4 LCD显示程序设计 23
5. 系统软件和硬件的调试 27
5.1 仿真调试 27
5.2 实物调试 29
5.3 测试误差分析 32
5.4 系统功能实现情况 33
结束语 34
致谢 35
参考文献 36
附录一、电路总原理图 37
附录二、源程序 38
1.绪论
有一种大规模的集成电路芯片在20世纪70年代时面世，它就是现在为世人所熟知的单片机，微控制器有一个中央处理器CPU，I/O接口，ROM和RAM以及许多外围扩展电路等，作为一种完整的微型计算机系统一般都是通过印刷电路板上的总线所连成的，这样的单片机成本较低，体积较小，性能也特别稳定，非常适合各方面的使用。单片机系统在仪器仪表、工业自动化、家用电器、信息和军事装备和通信产品等方面应用十分广泛。随着单片机技术
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
的进步，单片机所采用的仪器仪表也有了更高的工业要求，逐渐形成了数字化，人工智能性，多扩展性的发展趋势；单片机在工业自动化中有着无可替代的地位；计算机数据传输和计算机网络通信，汽车安全系统，导弹的导航设备，在供应链管理中一直扮演者重要的角色。我们应该开发、学习与应用单片机并且掌握其应用技术，对于我们具有重要意义。
在通信领域中，多种多样的信号是其重要组成部分,其中方波、三角波、正弦波和锯齿波等都是较为常见的信号。这样几种关于信号的发生设备常常被使用在平常学生的实验教学和日常的科学研究中。使用方便、灵活适用的信号发生器可以让我们的实验、研究更为简便，所以一款功能的信号发生器尤为重要。信号发生器的应用一直十分广泛，无论是生产实践和科技领域总能见到它的身影。普通的信号发生器的功能很难满足现在对于信号发生器的需求，在低频输出时不能自动调节且调节不便，工程的实用性差，还有其昂贵的价格都是普通信号发生器无可厚非的缺点。
本设计引用单片机STC89C51和DAC0832通过编写程序来实现几种常见波形的产生。按照最初的设计任务,为了四种波形的频率和振幅都要进行计算机语言的程序编写,和存储位置——写入存储程序放在存储器中。调用相应的波形的发生程序和终端程序都会通过外部指令在程序执行时依靠经过电路的D/A转换器和放大器的运算之后，从信号发生器的输出端口输出并在示波器上显示。
(1)理论知识分析。首先要学习一些关于信号发生器的理论知识,以及常用的几种波形的产生原理,如方波、正弦波、三角波等,最后介绍了该款信号发生器的主要设计方案及工作原理。
(2)系统硬件设计。主要包括以下几个部分: 单片机最小系统、D/A转换电路设计、A/D转换幅度显示电路设计、矩阵键盘电路设计、LCD显示电路设计。
(3)系统软件设计。主要有：矩阵键盘监控软件设计、波形程序设计；幅度输入程序设计；LCD显示程序设计。
(4)系统仿真调试。通过计算机PROTEUS仿真软件进行模拟仿真调试、实物调试、误差分析。
1.1 信号发生器的背景和意义
1920年，电子设备刚刚兴起，信号发生器也随之诞生了。信号发生器的真正标准化，是因为在上个世纪40年代出现的雷达和通讯技术，这些技术需要信号发生器来测试各类接收机，从此往后，信号发生器就成为了定量分析的信号仪器。信号发生器的另一个飞跃的时期就是从上世纪60年代到现在了，模电技术开始成熟的运用于信号发生器中，相对复杂的电路已经可以让信号发生器三角波、方波、正弦波和锯齿波等几种在现在都最为常用的波形。随着新时代的来临，信号发生器技术的改进和成熟都一直对生产科研有着不可替代的影响。
单片机在我国发展很快，尽管它的应用时间不长。单片机的应用在中国主要是仪器控制和工业自动化。与控制有关的的仪器仪表大多引用都单片机，对单片机的应用有重大的影响:
1.仪表面板的旋钮和开关被数字键盘替换了，表面装饰变美了，面盘的结构都到了简化。
2.仪表的灵活性和功能性得到了增强。
3.测量数据的仪器简单处理、自动诊断和校正。
4.微处理器变得智能化，软件代替硬件,可实现虚拟检测
总之,单片机技术的发展,为信号发生器的发展创造了巨大空间。
通过本次毕业设计我们不仅对单片机的优秀性能有了更深一步的了解，在基于单片机的信号发生器的制作上，也对信号发生器有了很好的掌握，信号发生器的原理也通过这次设计得到了非常好的理解，通过构建信号发生器系统软硬件的设计方案。全方位的熟悉使用方法、该芯片还让我在实际工作能力的信号处理得到进一步的锻炼。
1.2 信号发生器的发展趋势
数字化技术的应用使得信号仪器的一些能力得到不断改进，一些缺陷也随着时间的推移不断被克服。信号发生器的发展虽然是它越来越成熟，但在分辨率上只有8为位的问题，不能满足测量需要的高速网络和移动通信的快速发展。随着数字存储示波器相比，综合指数信号发生器具有明显的差距，20GS/s和6Hz带宽的采样率，采样率是4.8gs/s和2GHz带宽。信号发生器上的数字存储示波器，在电路结构上，信号发生器的核心部件是一个高速的D / A转换器，其技术具有很大的潜力，应该做的是扩大市场需求。
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