单片机的波形发生器
目录
一、引言 1
（一）本课题背景以及设计意义 1
（二）设计的目的 1
（三）波形发生器发展与现况 1
二、设计方案 2
三、硬件的设计 3
（一）DAC0832芯片的介绍? 3
（二）AT89C51单片机介绍 3
（三）单片机最小系统 4
（四）键盘电路 4
（五）数模转换电路 5
（六）程控放大模块 5
四、软件的设计 7
五、仿真 9
（一）锯齿波防仿真图 10
（二）三角波仿真图 10
（三）方波仿真图 11
（四）正弦波仿真图 11
六、小结 12
致谢 13
参考文献 14
附录 15
一、引言
（一）本课题背景以及设计意义
作为最为常见的一种信号源，波形发生器被广泛的应用，但是大部分的波形示波器都很相对比较大的缺点，就是它的准确度比较低，并且体积也是比较大，不过利用51单片机进行处理，通过软件来进行波形生成，再经过模拟输出的数字信号，以及将处理后的输出波形进行信号放大，那么其缺点将会得到大大的改善。
在没有标准的函数发生器的时候，此次设计的发生器就可以作为简单的函数发生器使用，此次设计的的成本比较低，性能相对来说不是很高，因此对于这个信号源需要满足发生几种较为常见的波形，方波、三角波、正弦波和锯齿波，而且还能够在这个一定的范围之内进行改变频率。以此次课题来培养我们对于函数发生器系统的设计流程了解，巩固我们所学的知识和基本技能，最重要的就是能够完成我们对于自己所学习到的知识能够加以运用。
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（二）设计的目的
1.应用51单片机和DAC0832数模转换芯片组成波形发生器的硬件系统，并且能够通过控制按键，来实现对方波、正弦波和三角波等波形的生成，而且能够使用按键来改变相关的波形的频率。
2.使用单片机为基础，利用软硬件的组合使用，相结合来设计并且开发出能顾输出多种常见波形的函数发生器。
3、能够掌握各个芯片接口的功能特性，还有这些芯片的接口使用方法，而且能够利用它来实现一个比较简单的微机应用系统的功能器件。
4、利用我们所学习到的相关单片机理论知识，来进行硬件和软件的整体的设计，锻炼我们对于知识的实际利用，提高我们对相关技能的综合应用的能力。
5、锻炼个人的实际操作的能力，学会多方面思考问题，增强个人查找资料的能力以及面对困难时处理问题的能力。
（三）波形发生器发展与现况
波形发生器产生于上个世纪二十年代。到了四十年代，开始出现标准信号波形发生器。标准信号波形发生器的作用是对不同的接收机进行测试，用来做定性分析的。后来，随着使用者的要求不断提高，脉冲信号波形发生器也出现了，它主要作用于对脉冲方面的一些测量。
1964年，世界第一台由全电子晶体管做的信号波形发生器产生了。从六十年代以后，信号波形发生器加速发展。此时的波形发生器使用的是模拟电子技术，由模拟集成电路与分立元件组成的。它的缺点有输出波形稳定性差，功能单一，成本高，波形发生器体积较大。到了七十年代，出现了微控制处理器，这时的波形发生器开始向数字电子技术方面设计。在这个时间段内的波形发生器通常以软件为主，在其本质上是就是使用微处理器对DAC进行程序控制的。这个时候信号波形发生器的功能比过去的要好些，这是因为波形发生器使用的是软硬件结合的方法。到了九十年代末，HP公司、Analogic公司、Lecroy公司相继在不同的时间推出了价格高、性能相对而言也挺不错的不同型号的波形发生器。
现如今，随着科技不断的发展，现代电子技术、计算机技术以及信号处理技术迅速发展起来。数字化技术逐渐开始普及与渗透到生活、科技的各个方面。数字处理技术开始慢慢的取代了以前的模拟信号处理技术，波形发生器的功能和精准都提高了。现代波形发生器具有波形数据输入方便简单，复杂的波形可由较为简单的公式复合成波形方程数学表达式，可执行多种功能等特点。
二、设计方案
如果采用模拟电路构建函数信号发生器的话，这种模块产生的不能够产生任意的多样性的波形，而且他的调节也不是很方便。如果使用锁相式频率合成器的话，虽然此方法性能更加的好，然而它的电路却更加的复杂，对输出频率覆盖系数的要求也是比较难达到的，考虑到价格成本，应用集成信号发生器作为发生芯片的话，价格又太高。
所以，为了能够充分的发挥本次设计的性价比高、操作简单、体积小的这些优点的话，更为适合的就是利用AT89C51单片机，将其作为主控核心，它的价格更加低廉，使用起来也更加方便灵活，然后再和D/A转换芯片DAC0832数模转换器来生成波形，另外再加上一个低通滤波器，它所生成的波形相对比较纯净，所产生的波形也更加的多样化，操作起来也是更加的方便，频率也是比较容易调节的，体积也是比较小的，充分满足了本次课题的要求。而且对于硬件和软件相结合所设计的波形发生器也是同时具有了硬件和软件两者的优势，不仅对于硬件设计的高速和非常高的性能牢牢抓住，而且对于软件控制的灵活性以及智能型也是充分的利用，这种方法对于本次的设计来说也是非常的有利的。
系统可以实现以下功能:
(1)用户可以通过按钮设置频率、波形、振幅的这些参数。
(2)系统输出振幅VPP 0.1 ~ 5 VPP范围。最小的进步值是0.1 VPP。
(3)系统输出方波、三角波、正弦波和锯齿波。最小的进步值是1赫兹。
(4)其中的方波所需的占空比例可以通过按键来调整。
(5)系统上的所有参数可以设置LCD1602显示。
本系统的微控制器来控制系统的核心被初始化，主要完成响应于键盘，液晶显示，波形产生，增益调整控制等功能，在每一个模块的工作之间的整体控制和协调发挥作用。其系统框图见图2.1。
图2.1 系统结构框图
三、硬件的设计
（一）DAC0832芯片的介绍?
DAC0832?是美国一家半导体公司生产的一种8?分辨率、双通道的D/A转换芯片。因为它的体积较小，兼容性以及它的性价比高。从而获得单片机爱好者以及企业的欢迎，此芯片已经有很高的普及率。学习和使用DAC0832芯片可以有助于我们了解D/A转换器的原理，并且对我们单片机技术的提高也是有很大的帮助。它是一个8位D/A转换器，单电源供电，在+5V到+15V的范围内都是可以正常工作的，它的基准电压的范围是-10V到+10V之间，电流建立时间是1us，CMOS工艺，低功耗至20mW。
（二）AT89C51单片机介绍
是
否
否 是
是
图4.1 主程序流程图
液晶显示器初始化子信号流程图如图4.2所示。首先先调用液晶自定义的字库，设置在第一行显示DDRAM地址后,，根据第一地址设置数据的程序，并设置循环流通的过程中不断采取字符代码，直到结束。第二行示出的过程是相同的显示过程中，两行显示完成后，子程序结束。
一、引言 1
（一）本课题背景以及设计意义 1
（二）设计的目的 1
（三）波形发生器发展与现况 1
二、设计方案 2
三、硬件的设计 3
（一）DAC0832芯片的介绍? 3
（二）AT89C51单片机介绍 3
（三）单片机最小系统 4
（四）键盘电路 4
（五）数模转换电路 5
（六）程控放大模块 5
四、软件的设计 7
五、仿真 9
（一）锯齿波防仿真图 10
（二）三角波仿真图 10
（三）方波仿真图 11
（四）正弦波仿真图 11
六、小结 12
致谢 13
参考文献 14
附录 15
一、引言
（一）本课题背景以及设计意义
作为最为常见的一种信号源，波形发生器被广泛的应用，但是大部分的波形示波器都很相对比较大的缺点，就是它的准确度比较低，并且体积也是比较大，不过利用51单片机进行处理，通过软件来进行波形生成，再经过模拟输出的数字信号，以及将处理后的输出波形进行信号放大，那么其缺点将会得到大大的改善。
在没有标准的函数发生器的时候，此次设计的发生器就可以作为简单的函数发生器使用，此次设计的的成本比较低，性能相对来说不是很高，因此对于这个信号源需要满足发生几种较为常见的波形，方波、三角波、正弦波和锯齿波，而且还能够在这个一定的范围之内进行改变频率。以此次课题来培养我们对于函数发生器系统的设计流程了解，巩固我们所学的知识和基本技能，最重要的就是能够完成我们对于自己所学习到的知识能够加以运用。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
（二）设计的目的
1.应用51单片机和DAC0832数模转换芯片组成波形发生器的硬件系统，并且能够通过控制按键，来实现对方波、正弦波和三角波等波形的生成，而且能够使用按键来改变相关的波形的频率。
2.使用单片机为基础，利用软硬件的组合使用，相结合来设计并且开发出能顾输出多种常见波形的函数发生器。
3、能够掌握各个芯片接口的功能特性，还有这些芯片的接口使用方法，而且能够利用它来实现一个比较简单的微机应用系统的功能器件。
4、利用我们所学习到的相关单片机理论知识，来进行硬件和软件的整体的设计，锻炼我们对于知识的实际利用，提高我们对相关技能的综合应用的能力。
5、锻炼个人的实际操作的能力，学会多方面思考问题，增强个人查找资料的能力以及面对困难时处理问题的能力。
（三）波形发生器发展与现况
波形发生器产生于上个世纪二十年代。到了四十年代，开始出现标准信号波形发生器。标准信号波形发生器的作用是对不同的接收机进行测试，用来做定性分析的。后来，随着使用者的要求不断提高，脉冲信号波形发生器也出现了，它主要作用于对脉冲方面的一些测量。
1964年，世界第一台由全电子晶体管做的信号波形发生器产生了。从六十年代以后，信号波形发生器加速发展。此时的波形发生器使用的是模拟电子技术，由模拟集成电路与分立元件组成的。它的缺点有输出波形稳定性差，功能单一，成本高，波形发生器体积较大。到了七十年代，出现了微控制处理器，这时的波形发生器开始向数字电子技术方面设计。在这个时间段内的波形发生器通常以软件为主，在其本质上是就是使用微处理器对DAC进行程序控制的。这个时候信号波形发生器的功能比过去的要好些，这是因为波形发生器使用的是软硬件结合的方法。到了九十年代末，HP公司、Analogic公司、Lecroy公司相继在不同的时间推出了价格高、性能相对而言也挺不错的不同型号的波形发生器。
现如今，随着科技不断的发展，现代电子技术、计算机技术以及信号处理技术迅速发展起来。数字化技术逐渐开始普及与渗透到生活、科技的各个方面。数字处理技术开始慢慢的取代了以前的模拟信号处理技术，波形发生器的功能和精准都提高了。现代波形发生器具有波形数据输入方便简单，复杂的波形可由较为简单的公式复合成波形方程数学表达式，可执行多种功能等特点。
二、设计方案
如果采用模拟电路构建函数信号发生器的话，这种模块产生的不能够产生任意的多样性的波形，而且他的调节也不是很方便。如果使用锁相式频率合成器的话，虽然此方法性能更加的好，然而它的电路却更加的复杂，对输出频率覆盖系数的要求也是比较难达到的，考虑到价格成本，应用集成信号发生器作为发生芯片的话，价格又太高。
所以，为了能够充分的发挥本次设计的性价比高、操作简单、体积小的这些优点的话，更为适合的就是利用AT89C51单片机，将其作为主控核心，它的价格更加低廉，使用起来也更加方便灵活，然后再和D/A转换芯片DAC0832数模转换器来生成波形，另外再加上一个低通滤波器，它所生成的波形相对比较纯净，所产生的波形也更加的多样化，操作起来也是更加的方便，频率也是比较容易调节的，体积也是比较小的，充分满足了本次课题的要求。而且对于硬件和软件相结合所设计的波形发生器也是同时具有了硬件和软件两者的优势，不仅对于硬件设计的高速和非常高的性能牢牢抓住，而且对于软件控制的灵活性以及智能型也是充分的利用，这种方法对于本次的设计来说也是非常的有利的。
系统可以实现以下功能:
(1)用户可以通过按钮设置频率、波形、振幅的这些参数。
(2)系统输出振幅VPP 0.1 ~ 5 VPP范围。最小的进步值是0.1 VPP。
(3)系统输出方波、三角波、正弦波和锯齿波。最小的进步值是1赫兹。
(4)其中的方波所需的占空比例可以通过按键来调整。
(5)系统上的所有参数可以设置LCD1602显示。
本系统的微控制器来控制系统的核心被初始化，主要完成响应于键盘，液晶显示，波形产生，增益调整控制等功能，在每一个模块的工作之间的整体控制和协调发挥作用。其系统框图见图2.1。
图2.1 系统结构框图
三、硬件的设计
（一）DAC0832芯片的介绍?
DAC0832?是美国一家半导体公司生产的一种8?分辨率、双通道的D/A转换芯片。因为它的体积较小，兼容性以及它的性价比高。从而获得单片机爱好者以及企业的欢迎，此芯片已经有很高的普及率。学习和使用DAC0832芯片可以有助于我们了解D/A转换器的原理，并且对我们单片机技术的提高也是有很大的帮助。它是一个8位D/A转换器，单电源供电，在+5V到+15V的范围内都是可以正常工作的，它的基准电压的范围是-10V到+10V之间，电流建立时间是1us，CMOS工艺，低功耗至20mW。
（二）AT89C51单片机介绍
是
否
否 是
是
图4.1 主程序流程图
液晶显示器初始化子信号流程图如图4.2所示。首先先调用液晶自定义的字库，设置在第一行显示DDRAM地址后,，根据第一地址设置数据的程序，并设置循环流通的过程中不断采取字符代码，直到结束。第二行示出的过程是相同的显示过程中，两行显示完成后，子程序结束。
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