基于stc单片机的函数信号发生器设计【字数：9657】
摘 要本次要设计的是一款基于STC单片机的函数信号发生器，该系统硬件电路以STC89C51作为主控芯片，外设模块由按键模块、显示模块、电源模块、D/A转换模块、集成运算放大器模块等组成。通过keil软件编程及执行文件的下载可使系统具备信号采集、存储、波形输出等功能。通过系统联调的系统可完成方波、正弦波、三角波、锯齿波的发生及输出，各波形的幅度及频率也可根据按键调节。本设计功能多样，功耗较低，具有一定的应用价值。
目录
1 引言 1
1.1 设计背景与研究现状 1
1.2 设计的意义 1
1.3 本设计研究内容 2
2 硬件方案选择 3
2.1 系统设计总体方案 3
2.2 硬件方案的选择 4
2.2.1 主控芯片的选择 4
2.2.2 显示器件的选择 4
2.2.3 数摸转换器的选择 6
2.2.4 集成运放的选择 6
3 系统硬件电路设计 7
3.1 STC89C51单片机系统设计 7
3.1.1 STC89C51的介绍 7
3.1.2 STC89C51单片机的最小系统 7
3.2 LCD1602液晶显示电路设计 9
3.2.1 LCD1602的概述 9
3.2.2 LCD1602的基本工作原理概述 9
3.3 输出电路 11
3.3.1 双极性输出电路的设计 12
3.4 独立按键电路的设计 12
3.5 系统硬件测试 13
4 系统软件部分设计 14
4.1 系统重要函数的介绍 14
4.1.1 主函数的设计 14
4.1.2 LCD1602显示函数的设计 15
4.1.3 D/A转换程序设计 17
4.2 系统件测试 18
5 实验数据分析 19
参考文献 24
致谢 25
附录 27
1 引言
1.1 设计背景与研究现 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
状
函数信号发生器是一种常见的电子仪器。在测量各种通信系统或者通信设备的振幅、频率、传输特性和其它电参数时，函数信号发生器常常用作测试的信号源或激励源。
函数信号发生器又名振荡器，在日常生活中有着极其广泛的应用，比如教学研究、医学、通信、光学等领域均可看到信号发生器的身影。举个例子平时用的收音机收听的广播信号就是通过将音频信号附加到高频载波上通过天线发射出去，而这个将音频信号附加高频载波的过程就需要振荡器来完成。同时对无线电信号进行频谱分析时也会应用到信号发生器。
现阶段电子行业仍处于飞速发展的时期，电子设备一代代的更新，性能也在不断提高。函数信号发生器也不例外，已更新了数代产品，但是伴随着高速的发展的，一些问题也随之出现。目前来说，市面上绝大多数的波形记录器是多是采用可编程门阵列等可编程器件作为核心部件来实现高速数字存储，人机交互界面（也就是显示界面），目前多采用LCD液晶显示器，性能的不断提高衍生出了一定的问题如设备成本上升过快、更新换代太快出现性能过剩等问题。针对着现实情况，本次课题设计的内容就是设计一个方便、简单且基于STC51系列单片机的一个低频函数发生器，它可以用于频率较低的一些数据波形的观察记录，还有实现对信号进行采集、将数据转换存储至数据存储器、将信号转换放大通过波形复现等功能。
1.2 设计的意义
做设计函数信号发生器的具有较高得实际意义，它可以应用于生产测试、运行维护、做教学实验、通讯等很多方面，而市面上很多函数发生器的价格相对较高，且目前来说很多函数发生器对于日常的使用需求而言是性能过剩的，即会造成一定的浪费，因此本次的课题要求设计出一个便于使用且符合日常进行波形分析的低频函数信号发生器。
目前市面上常见的函数信号发生器多为纯硬件搭建而成而比如555振荡器，应用单片机通过简单的升序设计即可产生一定的低频信号，且结构、架构、价格都相对的低廉，便于使用，且稳定度高，优势较为明显。
通过这个课题的研究与设计，可以加强课题设计者本人的动手能力与创造能力，并且在完成课题设计的同时需要通过查找不同的资料来解决设计过程中出现的状况，这也是起到了学习新的知识、巩固学过的知识的作用。
1.3 本设计研究内容
本课题设计是将以STC89C51单片机作为核心的主控芯片设计并制作一个低频函数信号发生器。本次课题设计的作品应用了DDS技术，即直接数字波形合成技术,通过将软硬件结合的方式，实现在显示屏幕上输出设计要求的波形,即正弦波、方波、三角波、锯齿波，并且根据设计要求低频函数发生器输出的波形的频率可以在较低的频率范围内通过按键的键值实现增减，幅度也可以在一定的区间内实现自由增减。输出的波形和频率的改变可以通过软件来控制，幅度的改变则是通过硬件的调控来实现。
本次课题设计是以STC89C51为核心结合数/模转换模块、集成放大模块、显示模块、按键模块等组成本次设计的硬件模块，软件部分则要求用C语言进行编写设计并在keil uvision4中得以编译运行实现。本次课题设计也是要求设计者兼具单片机的软硬件开发能力，并且掌握一定的信号知识和分析能力。此次设计的硬件具有简单、实用、便于后期改造移植等优点，具有一定的实际意义，也兼具一定的代表性。 2 硬件方案选择
此部分是将目前可以实现课题设计且功能相近的硬件器件罗列出，对其进行综合的对比、考量，根据器件的实际情况综合评判，选出最为适合本次课题设计的元器件。
2.1 系统设计总体方案
根据此次系统设计的要求，需要先对整体系统及其功能进行初步的设计、构思。
首先根据课题设计要求需要设计一个电源部分进行供电。
其次要设计一个晶振电路为函数发生器系统提供最基本的时钟信号。
接下来需要设计一个按键扫描电路，按照课题设计要求实现通过键值的步进可以改变波形及其频率。
作为整个设计系统地核心，要结合实际选用适当的单片机。并通过单片机实现被测量信号的采样、存储等功能。同时为了实现上述功能，应该考虑全面。比如到单片机启动模数转换时与信号的同步问题等。
目录
1 引言 1
1.1 设计背景与研究现状 1
1.2 设计的意义 1
1.3 本设计研究内容 2
2 硬件方案选择 3
2.1 系统设计总体方案 3
2.2 硬件方案的选择 4
2.2.1 主控芯片的选择 4
2.2.2 显示器件的选择 4
2.2.3 数摸转换器的选择 6
2.2.4 集成运放的选择 6
3 系统硬件电路设计 7
3.1 STC89C51单片机系统设计 7
3.1.1 STC89C51的介绍 7
3.1.2 STC89C51单片机的最小系统 7
3.2 LCD1602液晶显示电路设计 9
3.2.1 LCD1602的概述 9
3.2.2 LCD1602的基本工作原理概述 9
3.3 输出电路 11
3.3.1 双极性输出电路的设计 12
3.4 独立按键电路的设计 12
3.5 系统硬件测试 13
4 系统软件部分设计 14
4.1 系统重要函数的介绍 14
4.1.1 主函数的设计 14
4.1.2 LCD1602显示函数的设计 15
4.1.3 D/A转换程序设计 17
4.2 系统件测试 18
5 实验数据分析 19
参考文献 24
致谢 25
附录 27
1 引言
1.1 设计背景与研究现 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
状
函数信号发生器是一种常见的电子仪器。在测量各种通信系统或者通信设备的振幅、频率、传输特性和其它电参数时，函数信号发生器常常用作测试的信号源或激励源。
函数信号发生器又名振荡器，在日常生活中有着极其广泛的应用，比如教学研究、医学、通信、光学等领域均可看到信号发生器的身影。举个例子平时用的收音机收听的广播信号就是通过将音频信号附加到高频载波上通过天线发射出去，而这个将音频信号附加高频载波的过程就需要振荡器来完成。同时对无线电信号进行频谱分析时也会应用到信号发生器。
现阶段电子行业仍处于飞速发展的时期，电子设备一代代的更新，性能也在不断提高。函数信号发生器也不例外，已更新了数代产品，但是伴随着高速的发展的，一些问题也随之出现。目前来说，市面上绝大多数的波形记录器是多是采用可编程门阵列等可编程器件作为核心部件来实现高速数字存储，人机交互界面（也就是显示界面），目前多采用LCD液晶显示器，性能的不断提高衍生出了一定的问题如设备成本上升过快、更新换代太快出现性能过剩等问题。针对着现实情况，本次课题设计的内容就是设计一个方便、简单且基于STC51系列单片机的一个低频函数发生器，它可以用于频率较低的一些数据波形的观察记录，还有实现对信号进行采集、将数据转换存储至数据存储器、将信号转换放大通过波形复现等功能。
1.2 设计的意义
做设计函数信号发生器的具有较高得实际意义，它可以应用于生产测试、运行维护、做教学实验、通讯等很多方面，而市面上很多函数发生器的价格相对较高，且目前来说很多函数发生器对于日常的使用需求而言是性能过剩的，即会造成一定的浪费，因此本次的课题要求设计出一个便于使用且符合日常进行波形分析的低频函数信号发生器。
目前市面上常见的函数信号发生器多为纯硬件搭建而成而比如555振荡器，应用单片机通过简单的升序设计即可产生一定的低频信号，且结构、架构、价格都相对的低廉，便于使用，且稳定度高，优势较为明显。
通过这个课题的研究与设计，可以加强课题设计者本人的动手能力与创造能力，并且在完成课题设计的同时需要通过查找不同的资料来解决设计过程中出现的状况，这也是起到了学习新的知识、巩固学过的知识的作用。
1.3 本设计研究内容
本课题设计是将以STC89C51单片机作为核心的主控芯片设计并制作一个低频函数信号发生器。本次课题设计的作品应用了DDS技术，即直接数字波形合成技术,通过将软硬件结合的方式，实现在显示屏幕上输出设计要求的波形,即正弦波、方波、三角波、锯齿波，并且根据设计要求低频函数发生器输出的波形的频率可以在较低的频率范围内通过按键的键值实现增减，幅度也可以在一定的区间内实现自由增减。输出的波形和频率的改变可以通过软件来控制，幅度的改变则是通过硬件的调控来实现。
本次课题设计是以STC89C51为核心结合数/模转换模块、集成放大模块、显示模块、按键模块等组成本次设计的硬件模块，软件部分则要求用C语言进行编写设计并在keil uvision4中得以编译运行实现。本次课题设计也是要求设计者兼具单片机的软硬件开发能力，并且掌握一定的信号知识和分析能力。此次设计的硬件具有简单、实用、便于后期改造移植等优点，具有一定的实际意义，也兼具一定的代表性。 2 硬件方案选择
此部分是将目前可以实现课题设计且功能相近的硬件器件罗列出，对其进行综合的对比、考量，根据器件的实际情况综合评判，选出最为适合本次课题设计的元器件。
2.1 系统设计总体方案
根据此次系统设计的要求，需要先对整体系统及其功能进行初步的设计、构思。
首先根据课题设计要求需要设计一个电源部分进行供电。
其次要设计一个晶振电路为函数发生器系统提供最基本的时钟信号。
接下来需要设计一个按键扫描电路，按照课题设计要求实现通过键值的步进可以改变波形及其频率。
作为整个设计系统地核心，要结合实际选用适当的单片机。并通过单片机实现被测量信号的采样、存储等功能。同时为了实现上述功能，应该考虑全面。比如到单片机启动模数转换时与信号的同步问题等。
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