多功能信号发生器设计
摘 要本课题是基于市面上大多数相似控制系统的研究现状而提出的，旨在信号发生器控制系统的平均性能水平方面进行大幅度的提升，经过了STC89C51单片机微处理器芯片的嵌入以及数个高性能模块电路的搭建，并且利用C语言编写程序代码，实现了对正弦波信号的快速生成并输出，用户可以通过按键来灵活设置正弦波信号的频率值，与此同时本课题为了提升信号发生器控制系统的用户体验，还配置了一个高清晰度的液晶屏显示器，将系统的工作状态显示给用户。在硬件系统的设计方面，将整个信号发生器控制系统划分成了STC89C51单片机最小系统电路部分以及液晶驱动子程序、DAC0832驱动子程序和输出按键提示音子程序等部分，而在软件部分则通过主程序以及各个子程序的构建，并且将各个程序流程进行优化和提升，使得软件系统和硬件系统的合理搭配，使得本课题设计的这款信号发生器控制系统系统表现出了优秀的工作效果。
目录
一、 引言 1
（一） 信号发生器控制系统的发展背景 1
（二） 信号发生器控制系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 信号发生器控制系统的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） DAC0832数模转换芯片简介 4
（四） LCD1602液晶显示屏简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 最小系统电路设计 6
（二） LCD1602液晶屏电路设计 6
（三） DAC0832数模转换器电路设计 7
（四） 按键提示音电路设计 8
（五） 按键电路设计 9
四、 软件设计 10
（一） 信号发生器控制系统的主程序流程设计 10
（二） 显示屏驱动子程序设计 11
（三） 数模转换子程序设计 11
（四） 蜂鸣器子程序流程设计 12
五、 仿真系统设计 14
（一） 仿真原理图设计 14
（二） 正弦波输出 15
（三） 方波输出 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
（四） 三角波输出 20
总结 24
参考文献 25
致 谢 26
附录一 原理图 27
附录二 PCB图 28
附录三 元件列表 29
附录四 程序 30
引言
信号发生器控制系统的发展背景
信号发生器控制系统在本课题中将通过STC89C51单片机来实现控制，考虑到目前市场上的大多数中高端性能的信号发生器控制系统产品的售价都非常高，经过资料查阅后可以知道其内部的整体架构也不过是一些常用的嵌入式系统架构，以中高端的单片机等微处理器芯片做主控，在单片机外部布置了一些高性能传感器来采集信号，这种结构我们大学期间已经系统的学习过，所以本课题决定采用一款最为熟悉的STC89C51单片机来实现信号发生器控制系统的所有功能，从而有望能够大幅度降低目前市场上相关信号发生器控制系统的成本，将具有中高端性能的信号发生器控制系统实现普及化，淘汰一些性能低劣的产品。相关资料显示信号发生器控制系统的发展脚步在最近二十年间得到了飞速的提升，数字化信号发生器控制系统的出现要追溯到上世纪九十年代初期左右，那时正值8位单片机芯片快速发展的时期，初期的信号发生器控制系统在这段时间已经被推向了市面，相关企业已经开始了对这种单片机控制系统的研究，虽然此时的单片机控制器的性能还处于较低水平，但是通过C语言程序代码的构建，采用由简单到复杂的不同难度的程序指令语句的控制，仍旧是能实现一些较为简单的控制功能，比之前的传统式信号发生器控制系统要好用很多，并且由于已经实现了一定的数字式，所以系统工作的稳定度也得到了很大的提升。在这段时期里这种新型的信号发生器控制系统被推向市场上后，逐渐的淘汰掉了大量的传统式船舶停靠时防撞辅助系统产品，由于能够很方便的实现量产，硬件电路大部分是由数字集成芯片构建，所以受到温度等因素的影响较小，批量化生产成本非常低。
信号发生器控制系统的国内外发展现状
通过对一则互联网上的报道显示，大多数信号发生器控制系统都已经实现了嵌入式，而嵌入式系统必须依靠高性能的微处理器芯片才可以实现，因此高端级别的信号发生器控制系统都采用了目前市面上32位的ARM内核微处理器来作为主控，微处理器的性能在这个阶段将影响着信号发生器控制系统的发展现状。目前国内外的许多企业推出的信号发生器控制系统产品都能够实现工作性能出色、输出结果精度较高的信号发生器控制系统，能够稳定的实现对系统参数的显示、高分辨率数据采集和按键提示音，本课题对该系统在国内外的发展现状方面进行了广泛的资料查阅和调研，发现信号发生器控制系统系统目前在国内已经不需要依赖进口，无论是内部核心技术的研发还是产品的组装，国内都已经形成了一条成熟的产业链，尤其是对于新型信号发生器控制系统的研发方面，国内外的研发者们通过对国际上优秀的设计案例进行学习和归纳，已经完全可以设计出自己的信号发生器控制系统。
本文主要研究内容
本课题设计的这款信号发生器控制系统采用了STC89C51单片机来作为核心处理器的方案，并且在STC89C51单片机片外结合了LCD1602液晶屏幕、DAC0832采样器和有源蜂鸣器等元器件，实现了对正弦波信号的快速生成并输出，用户可以通过按键来灵活设置正弦波信号的频率值，与此同时本课题为了提升信号发生器控制系统的用户体验，还配置了一个高清晰度的液晶屏显示器，将系统的工作状态显示给用户，与此同时还实现了如下设计指标：
1、能够将信号发生器控制系统的重要运行参数通过高清晰度液晶显示效果展示出来；
2、能够以较为简单的驱动电路实现模数转换功能，将外部待测模拟电压值进行转换后进行换算；
3、能够在STC89C51单片机GPIO管脚的高低电平控制下实现对有源蜂鸣器的工作状态控制，从而产生按键提示音。
方案设计及元器件选择
信号发生器控制系统的方案设计
本信号发生器控制系统所要实现的各项功能指标在上文中已经进行了预期设计，现在开始对各个功能指标的实现方法进行设计，如下图中的系统结构框图所示，整个系统将以STC89C51单片机作为主控微处理器，通过它的GPIO管脚实现对片外的参数显示电路、DAC0832模数转换电路和蜂鸣器按键提示音电路的驱动控制，结构框图中的STC89C51单片机芯片、晶振电路以及复位电路三个部分将组成单片机最小系统电路。在波形生成的方案上，本课题采用的是数据表形式，将正弦波波形数据转换为一个数组保存在FLASH中，当需要生成波形时调取出该波形数据表，并送入DAC0832数模转换器中生成电压波形，由于能够持续对该波形进行生成，并且这种波形生成方式能够大大减轻单片机内部CPU的处理速度消耗，提升了波形生成质量。在波形发生器系统工作参数的设置功能上，本课题配置了下图中的按键模块，通过静态扫描法将按键电路与单片机进行连接，在程序内部通过快速的扫描实现对按键按动动作的检测，根据按键值实现波形的切换和频率调整等操作。在液晶显示功能上，本课题采用的是LCD1602液晶屏模块，单片机通过并行接口对其进行驱动，实现波形名称和课题名称的高清晰度显示。
目录
一、 引言 1
（一） 信号发生器控制系统的发展背景 1
（二） 信号发生器控制系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 信号发生器控制系统的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） DAC0832数模转换芯片简介 4
（四） LCD1602液晶显示屏简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 最小系统电路设计 6
（二） LCD1602液晶屏电路设计 6
（三） DAC0832数模转换器电路设计 7
（四） 按键提示音电路设计 8
（五） 按键电路设计 9
四、 软件设计 10
（一） 信号发生器控制系统的主程序流程设计 10
（二） 显示屏驱动子程序设计 11
（三） 数模转换子程序设计 11
（四） 蜂鸣器子程序流程设计 12
五、 仿真系统设计 14
（一） 仿真原理图设计 14
（二） 正弦波输出 15
（三） 方波输出 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
（四） 三角波输出 20
总结 24
参考文献 25
致 谢 26
附录一 原理图 27
附录二 PCB图 28
附录三 元件列表 29
附录四 程序 30
引言
信号发生器控制系统的发展背景
信号发生器控制系统在本课题中将通过STC89C51单片机来实现控制，考虑到目前市场上的大多数中高端性能的信号发生器控制系统产品的售价都非常高，经过资料查阅后可以知道其内部的整体架构也不过是一些常用的嵌入式系统架构，以中高端的单片机等微处理器芯片做主控，在单片机外部布置了一些高性能传感器来采集信号，这种结构我们大学期间已经系统的学习过，所以本课题决定采用一款最为熟悉的STC89C51单片机来实现信号发生器控制系统的所有功能，从而有望能够大幅度降低目前市场上相关信号发生器控制系统的成本，将具有中高端性能的信号发生器控制系统实现普及化，淘汰一些性能低劣的产品。相关资料显示信号发生器控制系统的发展脚步在最近二十年间得到了飞速的提升，数字化信号发生器控制系统的出现要追溯到上世纪九十年代初期左右，那时正值8位单片机芯片快速发展的时期，初期的信号发生器控制系统在这段时间已经被推向了市面，相关企业已经开始了对这种单片机控制系统的研究，虽然此时的单片机控制器的性能还处于较低水平，但是通过C语言程序代码的构建，采用由简单到复杂的不同难度的程序指令语句的控制，仍旧是能实现一些较为简单的控制功能，比之前的传统式信号发生器控制系统要好用很多，并且由于已经实现了一定的数字式，所以系统工作的稳定度也得到了很大的提升。在这段时期里这种新型的信号发生器控制系统被推向市场上后，逐渐的淘汰掉了大量的传统式船舶停靠时防撞辅助系统产品，由于能够很方便的实现量产，硬件电路大部分是由数字集成芯片构建，所以受到温度等因素的影响较小，批量化生产成本非常低。
信号发生器控制系统的国内外发展现状
通过对一则互联网上的报道显示，大多数信号发生器控制系统都已经实现了嵌入式，而嵌入式系统必须依靠高性能的微处理器芯片才可以实现，因此高端级别的信号发生器控制系统都采用了目前市面上32位的ARM内核微处理器来作为主控，微处理器的性能在这个阶段将影响着信号发生器控制系统的发展现状。目前国内外的许多企业推出的信号发生器控制系统产品都能够实现工作性能出色、输出结果精度较高的信号发生器控制系统，能够稳定的实现对系统参数的显示、高分辨率数据采集和按键提示音，本课题对该系统在国内外的发展现状方面进行了广泛的资料查阅和调研，发现信号发生器控制系统系统目前在国内已经不需要依赖进口，无论是内部核心技术的研发还是产品的组装，国内都已经形成了一条成熟的产业链，尤其是对于新型信号发生器控制系统的研发方面，国内外的研发者们通过对国际上优秀的设计案例进行学习和归纳，已经完全可以设计出自己的信号发生器控制系统。
本文主要研究内容
本课题设计的这款信号发生器控制系统采用了STC89C51单片机来作为核心处理器的方案，并且在STC89C51单片机片外结合了LCD1602液晶屏幕、DAC0832采样器和有源蜂鸣器等元器件，实现了对正弦波信号的快速生成并输出，用户可以通过按键来灵活设置正弦波信号的频率值，与此同时本课题为了提升信号发生器控制系统的用户体验，还配置了一个高清晰度的液晶屏显示器，将系统的工作状态显示给用户，与此同时还实现了如下设计指标：
1、能够将信号发生器控制系统的重要运行参数通过高清晰度液晶显示效果展示出来；
2、能够以较为简单的驱动电路实现模数转换功能，将外部待测模拟电压值进行转换后进行换算；
3、能够在STC89C51单片机GPIO管脚的高低电平控制下实现对有源蜂鸣器的工作状态控制，从而产生按键提示音。
方案设计及元器件选择
信号发生器控制系统的方案设计
本信号发生器控制系统所要实现的各项功能指标在上文中已经进行了预期设计，现在开始对各个功能指标的实现方法进行设计，如下图中的系统结构框图所示，整个系统将以STC89C51单片机作为主控微处理器，通过它的GPIO管脚实现对片外的参数显示电路、DAC0832模数转换电路和蜂鸣器按键提示音电路的驱动控制，结构框图中的STC89C51单片机芯片、晶振电路以及复位电路三个部分将组成单片机最小系统电路。在波形生成的方案上，本课题采用的是数据表形式，将正弦波波形数据转换为一个数组保存在FLASH中，当需要生成波形时调取出该波形数据表，并送入DAC0832数模转换器中生成电压波形，由于能够持续对该波形进行生成，并且这种波形生成方式能够大大减轻单片机内部CPU的处理速度消耗，提升了波形生成质量。在波形发生器系统工作参数的设置功能上，本课题配置了下图中的按键模块，通过静态扫描法将按键电路与单片机进行连接，在程序内部通过快速的扫描实现对按键按动动作的检测，根据按键值实现波形的切换和频率调整等操作。在液晶显示功能上，本课题采用的是LCD1602液晶屏模块，单片机通过并行接口对其进行驱动，实现波形名称和课题名称的高清晰度显示。
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