单片机的函数发生器设计(附件)
函数发生器在生产生活中的应用广泛。由于数字技术和微处理器的发展，函数发生器的种类越来越多，也使其更加智能化和自动化。现在的函数发生器由于带有微处理器还具有了自动故障检测和波形修正的功能，因此具有良好的可靠性。此次函数发生器的设计以单片机，数模转换器和运算放大器为核心来实现正弦波、三角波、锯齿波、矩形波的产生的一个简单的控制系统。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令时，需要输出某种波形时可以调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，波形可以从LCD液晶显示屏上对应输出。 关键词 51单片机，函数发生器，D/A转换器，运算放大器目 录
1 绪 论 1
1.1 研究意义 1
1.2 研究背景 2
2 设计方案比较 4
2.1 系统方案比较 4
2.2 控制芯片的选择 4
3 函数发生器硬件设计 5
3.1 设计原理 5
3.2 设计功能 5
3.3 单片机 6
3.4 键盘电路 7
3.5 LCD显示电路 9
3.6 DAC0832芯片 10
3.7 LM358芯片 12
3.8 LED电路 13
4 函数发生器软件设计 14
4.1 流程图 15
4.2 子程序流程图 15
5 调试结果 20
5.1调试过程 20
5.2 模拟结果 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录A 元件清单 27
附录B 电路原理图 28
附录C 仿真图 29
附录D 程序清单 30
1 绪 论
1.1 研究意义
函数发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也有很多。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为
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附录B 电路原理图 28
附录C 仿真图 29
附录D 程序清单 30
1 绪 论
1.1 研究意义
函数发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也有很多。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为：正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：脉冲信号发生器，函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。[3]函数发生器按照用途分可以分为专用函数发生器和通用函数发生器等；按照性能有普通发生器和标准信发生器；按照调制类型可以分为调幅函数发生器、调频函数发生器、调相函数发生器、脉冲调制函数发生器及组合调制发生器等；按照频率调节方式可以分为扫频函数发生器、程控函数发生器等。传统的波形发生器大多是采用分立元件组成的，这种电路存在波形质量差、控制难、可调范围小、电路复杂和体积大等特点，特别是对于低频信号而言，这些问题更是突出。而用单片机构成的函数信号发生器可以克服这些问题，还能产生正弦波、三角波、方波等波形，而且波形的幅度和频率都是可以改变的。
随着函数发生器成为测试仪器之中最重要的仪器之一，对于函数发生器的测量手段也有了更高的要求。传统的采用专用芯片的函数发生器有着价格高昂，测量方式过于死板的缺点。而本设计所采用的单片机控制的方式，不仅弥补了其缺点而且使用性能好。函数发生器作为信号源，可以给被侧的电路提供所需要的信号。它并不是测量的仪器，但是却可以给测量仪器提供所需的信号，是测量过程中重要的一环。
函数发生器在生产生活中有着广泛的应用。在很多场合需要高频发射，例如：通信、广播、电视系统中。在这种情况下，要想把这些低频、脉冲信号发射出去就需要函数发生器和振荡器。而在其它的领域内，例如：工业、农业和医学中所需要的感应加热、淬火、B超、核磁共振等都需要频率或高或低，或大或小的信号。因此，作为信号源，函数发生器在其中必不可少。
1.2 研究背景
函数发生器是各种电气实验中必不可少的设备之一。利用函数发生器，我们可以产生各种信号源，并具有高稳定性、高精度。信号源在实验中的应用十分广泛。它因为体积小的优点可以应用在各种器件上面，以满足测量或各种实际需要，这是其它器件无法比拟的。
在上个世纪的前半段，函数发生器所产生的波形十分的有限。其中正弦和脉冲波是主要波形。函数发生器无法依靠自己独立的产生一些复杂的波形。而大部分情况下我们所需要的波形不止这两种，但是其它波形却需要依靠复杂的电路来实现。这个时期多使用模拟电子技术来，但是模拟电子技术有着价格贵、功耗大等诸多缺点。传统的函数发生器绝大部分是由模拟电路构成，借助电阻电容，电感电容、谐振腔、同轴线作为振荡回路产生正弦或其它函数波形。频率的变动由机械驱动可变元件完成，当这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，虽然其低频性能好但体积较大，价格较贵。随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，函数发生器己成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信号发生器具有重大的意义。传统的发生器有两种，一个是采用选择性的回路产生震荡，从而可以获得想要的频率。而另一种则是通过合成来获得，但是这一种没有调制。它的缺点明显，无法得到足够宽的工作范围，所以这种方法只会在专用的设备里面使用或者只能够作为构成一个完整系统的一部分。之后，伴随着微处理器的出现，人们使函数发生器的功能越来越全面，实现的波形越来越复杂。以软件为主的函数发生器实际上是微处理器对DAC的程序控制从而得到波形[1]。之后随着技术变革，信息技术的发展带来了台式仪器的繁荣。并且在新的台式仪器上有许多独特的性质，而且体积越来越小了。
这个时期的单片机都普遍具有串行接口。不仅片内存储空间变大了而且寻址的范围也变得更大。这个时期具有代表性之一的摩托罗拉公司的单片机运算的速度非常高，而且智能性越来越强，应用的范围广。经典总是会广为流传且源远流长，到现在为止，大部分公司所生产的波形还是以这一款为原型并加以改进。
社会和科技的不断进步给人们带来的转变巨大，在现代电子领域一步一个突破的时代里，单片机的应用也正越来越深入，而这必定又是一场仪器设备高度智能化的全面革命。同时，集成电路也在飞速的发展，集成电路产生的信号发生器在波形质量和频率稳定上都有了很大的提高。而单片机技术的成熟也促进了测控与检测技术的成熟，单片机以其可靠性、性价比在智能仪表和办公等领域中得到了广
1 绪 论 1
1.1 研究意义 1
1.2 研究背景 2
2 设计方案比较 4
2.1 系统方案比较 4
2.2 控制芯片的选择 4
3 函数发生器硬件设计 5
3.1 设计原理 5
3.2 设计功能 5
3.3 单片机 6
3.4 键盘电路 7
3.5 LCD显示电路 9
3.6 DAC0832芯片 10
3.7 LM358芯片 12
3.8 LED电路 13
4 函数发生器软件设计 14
4.1 流程图 15
4.2 子程序流程图 15
5 调试结果 20
5.1调试过程 20
5.2 模拟结果 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录A 元件清单 27
附录B 电路原理图 28
附录C 仿真图 29
附录D 程序清单 30
1 绪 论
1.1 研究意义
函数发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也有很多。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为
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附录B 电路原理图 28
附录C 仿真图 29
附录D 程序清单 30
1 绪 论
1.1 研究意义
函数发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也有很多。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为：正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：脉冲信号发生器，函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。[3]函数发生器按照用途分可以分为专用函数发生器和通用函数发生器等；按照性能有普通发生器和标准信发生器；按照调制类型可以分为调幅函数发生器、调频函数发生器、调相函数发生器、脉冲调制函数发生器及组合调制发生器等；按照频率调节方式可以分为扫频函数发生器、程控函数发生器等。传统的波形发生器大多是采用分立元件组成的，这种电路存在波形质量差、控制难、可调范围小、电路复杂和体积大等特点，特别是对于低频信号而言，这些问题更是突出。而用单片机构成的函数信号发生器可以克服这些问题，还能产生正弦波、三角波、方波等波形，而且波形的幅度和频率都是可以改变的。
随着函数发生器成为测试仪器之中最重要的仪器之一，对于函数发生器的测量手段也有了更高的要求。传统的采用专用芯片的函数发生器有着价格高昂，测量方式过于死板的缺点。而本设计所采用的单片机控制的方式，不仅弥补了其缺点而且使用性能好。函数发生器作为信号源，可以给被侧的电路提供所需要的信号。它并不是测量的仪器，但是却可以给测量仪器提供所需的信号，是测量过程中重要的一环。
函数发生器在生产生活中有着广泛的应用。在很多场合需要高频发射，例如：通信、广播、电视系统中。在这种情况下，要想把这些低频、脉冲信号发射出去就需要函数发生器和振荡器。而在其它的领域内，例如：工业、农业和医学中所需要的感应加热、淬火、B超、核磁共振等都需要频率或高或低，或大或小的信号。因此，作为信号源，函数发生器在其中必不可少。
1.2 研究背景
函数发生器是各种电气实验中必不可少的设备之一。利用函数发生器，我们可以产生各种信号源，并具有高稳定性、高精度。信号源在实验中的应用十分广泛。它因为体积小的优点可以应用在各种器件上面，以满足测量或各种实际需要，这是其它器件无法比拟的。
在上个世纪的前半段，函数发生器所产生的波形十分的有限。其中正弦和脉冲波是主要波形。函数发生器无法依靠自己独立的产生一些复杂的波形。而大部分情况下我们所需要的波形不止这两种，但是其它波形却需要依靠复杂的电路来实现。这个时期多使用模拟电子技术来，但是模拟电子技术有着价格贵、功耗大等诸多缺点。传统的函数发生器绝大部分是由模拟电路构成，借助电阻电容，电感电容、谐振腔、同轴线作为振荡回路产生正弦或其它函数波形。频率的变动由机械驱动可变元件完成，当这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，虽然其低频性能好但体积较大，价格较贵。随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，函数发生器己成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信号发生器具有重大的意义。传统的发生器有两种，一个是采用选择性的回路产生震荡，从而可以获得想要的频率。而另一种则是通过合成来获得，但是这一种没有调制。它的缺点明显，无法得到足够宽的工作范围，所以这种方法只会在专用的设备里面使用或者只能够作为构成一个完整系统的一部分。之后，伴随着微处理器的出现，人们使函数发生器的功能越来越全面，实现的波形越来越复杂。以软件为主的函数发生器实际上是微处理器对DAC的程序控制从而得到波形[1]。之后随着技术变革，信息技术的发展带来了台式仪器的繁荣。并且在新的台式仪器上有许多独特的性质，而且体积越来越小了。
这个时期的单片机都普遍具有串行接口。不仅片内存储空间变大了而且寻址的范围也变得更大。这个时期具有代表性之一的摩托罗拉公司的单片机运算的速度非常高，而且智能性越来越强，应用的范围广。经典总是会广为流传且源远流长，到现在为止，大部分公司所生产的波形还是以这一款为原型并加以改进。
社会和科技的不断进步给人们带来的转变巨大，在现代电子领域一步一个突破的时代里，单片机的应用也正越来越深入，而这必定又是一场仪器设备高度智能化的全面革命。同时，集成电路也在飞速的发展，集成电路产生的信号发生器在波形质量和频率稳定上都有了很大的提高。而单片机技术的成熟也促进了测控与检测技术的成熟，单片机以其可靠性、性价比在智能仪表和办公等领域中得到了广
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