基于51单片机的函数发生器的硬件设计(附件)【字数：10735】
摘 要本文是利用AT89C51单片机和数模转换器件DAC0832为核心，设计一个低频的函数信号发生器，其频率范围在10~100HZ之间。采用AT89C51单片机作为该系统的控制核心，与DAC0832数字/模拟转换电路、LM358运算放大电路、LED液晶显示电路和按键等相结合，通过按键控制产生自定义波形，产生波形为正弦波、三角波、锯齿波、方波。同时，波形的模式以及波形的频率会在LED液晶显示器上显示。而且本系统输出的波形，其频率与幅值都是在给定范围内可调的。本文所设计的函数信号发生器具有成本低、体积小、应用广、电路简单等优点，在生活中有一定的实用价值。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2单片机在国内的发展 1
1.3单片机概述 1
1.4信号发生器的综述和分类 2
第二章 系统设计要求及方案 3
2.1设计任务 3
2.2方案选择 3
2.3设计原理 3
第三章 系统的硬件设计 5
3.1主控电路 5
3.1.1单片机介绍 5
3.2数模转换电路 7
3.2.1DAC0832芯片介绍 7
3.3按键接口电路 9
3.4LED显示电路 10
3.5LM358工作原理 11
第四章 系统的软件设计 13
4.1主程序流程图 13
4.2三角波流程图 14
4.3正弦波流程图 15
4.4锯齿波流程图 16
4.5矩形波流程图 17
4.6延时函数流程图 18
第五章 仿真与调试 20
5.1Keil调试 20
5.2Proteus硬件调试 21
5.3测试结果 23
结束语 28
致 谢 29
参考文献 30
附录 31
第一章 绪论
1.1研究背景
信号发生器是一种历史悠久的测量器件[1]。这种器件在19世纪20年代首先问世，随即在30年代有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
了进一步的发展，由于通信和雷达技术发展与实际需求的推动，又经过十几年的发展，人们为了更便捷的测量，设计出了一款标准信号发生器，这一发生器的出现标示着这款器件从定性分析测量器件转变为定量分析测量器件。在发展初期，由于技术的局限性，使得信号发生器的电路结构虽然简单，但是机械结构过于复杂，功耗非常大，因此，一直到了十九世纪60年代，在人类的发展历史上才出现了第一台全晶体管的信号发生器。在60年代，工业技术有了飞速的发展，同时也推动了信号发生器的不断更新，到了60年代末期，函数发生器最终问世。而那个时期，信号发生器的组成大多包括集成模拟电路和分立的元器件，导致它们的电路结构变得非常复杂，虽然结合了模拟电子技术，但由于各种技术的不完善，而只能够产生几种波形。并且模拟电路还存在着飘逸过大的弊端，使得最后输出波形的幅度不具备一定的稳定性。同时还存在着价格贵、功耗大等缺点。一直等到70年代之后，出现了微处理器。人们利用A/D转换、D/A转换以及微处理器技术来丰富了信号发生器的功能，其不在只限于几个简单的波形，很多像锯齿波这种复杂的波形也可以产生了。到了现代，随着计算机技术，微电子技术以及信号处理技术的快速发展，模拟信号处理的好多缺点被人类攻破，人类的深入探究使得数字信号发生器也随之出现，并且快速的发展了起来。
由于社会发展的需要，信号发生器向着更高精度、性能和智能化方向不断靠近，到了现代，它已经成了电子领域中很重要的一款测量工具。但是作为一种测量仪器，我们必然要考虑它所适用的领域，也就是说，我们要因地制宜，综合考虑性价比，制作出成本低，但性能优良、功能齐全的函数信号发生器。因此，一套包括软硬件的完整函数信号发生器的设计在如今就变得非常重要了。
1.2单片机在国内的发展
在我国，单片机的应用开始于80年代，虽然在国内的发展十分迅速，但是占有世界市场的比重还是很低的。截止到现在为止，由于我们国家的制造工艺、微电子技术都比较落后，而且又存在和国外单片机竞争等等原因，我们国家到现在还没有生产出属于自己的单片机[2]。现在，我国单片机普遍采用8位、16位，注重中低档的应用，对DSP等高档应用还处在初始阶段。1980年以后，由于数字技术的逐渐成熟慢慢出现了数字电路。一直等到21世纪，在科学家们不断的努力下才使得函数发生器和集成电路有了长足的发展，高频DOS芯片也在人们的不断努力下被设计出来了。2003年完成的33220A的最高频率可达20MHz，并且能够产生多大17种波形；两年后又设计完成了N60，此款产品的频率高达500MHZ，自此我国单片机发展进入鼎盛时期。
1.3单片机的概述
单片机是集成度很高的集成电路芯片，是人类工业发展的结晶，对电子科技的发展有着重要的意义。其将进行运算与控制的数据处理器（CPU）、用于内存存储的程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）以及输入输出电路（I/O）集于一体，形成了完善而又小巧的计算机硬件系统，在单片机程序的控制下能快速、准确、高效的完成程序设计者事先规定的任务[3]。
51单片机是指一个系列的单片机而不指具体哪一个。它一开始主要是由美国的INTEL公司发明问世。因为其8051单片机特别好用，当时一度被工业界追捧，故51单片机代称由此而来。后来该公司又将其部分知识产权卖给其他公司，故市面上出现了好多类似51的单片机，例如AT89C51，STC89C51等等。它们的核心其实还是8051单片机的核心，只是内存有所变化，功能有所增加。我们本次设计中要用到的STC89C51也是51单片机系列中的一种，它也是最近几年一直在国内比较流行的单片机。
1.4信号发生器的综述和分类
信号发生器又称为信号源或振荡器[4]，这款发生器应用在很多领域，在生活中它时常出现，甚至在医疗、军事方面，它也有着十分广泛的应用。可以说人类的生活发展中已经离不开它了。现如今，信号发生器已经有很多，如：微波信号发生器、函数发生器、随机信号发生器等等。其中函数发生器指的是可以用三角函数方程式来表示时间函数波形的发生器，例如：方波、锯齿波等等。
信号发生器根据其性能指标可以大致分为一般类型与标准类型。顾名思义，一般信号发生器指那些输出幅度、频率的准确度不高、稳定性一般的信号发生器，这种发生器产生的波形可能会有一点点失真；而标准发生器，是指那精度高，稳定性好，鲁棒性强的高档信号发生器，其产生的幅值、频率等在一定的范围内都是可调的，并且其产生的波形效果也比较好。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2单片机在国内的发展 1
1.3单片机概述 1
1.4信号发生器的综述和分类 2
第二章 系统设计要求及方案 3
2.1设计任务 3
2.2方案选择 3
2.3设计原理 3
第三章 系统的硬件设计 5
3.1主控电路 5
3.1.1单片机介绍 5
3.2数模转换电路 7
3.2.1DAC0832芯片介绍 7
3.3按键接口电路 9
3.4LED显示电路 10
3.5LM358工作原理 11
第四章 系统的软件设计 13
4.1主程序流程图 13
4.2三角波流程图 14
4.3正弦波流程图 15
4.4锯齿波流程图 16
4.5矩形波流程图 17
4.6延时函数流程图 18
第五章 仿真与调试 20
5.1Keil调试 20
5.2Proteus硬件调试 21
5.3测试结果 23
结束语 28
致 谢 29
参考文献 30
附录 31
第一章 绪论
1.1研究背景
信号发生器是一种历史悠久的测量器件[1]。这种器件在19世纪20年代首先问世，随即在30年代有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
了进一步的发展，由于通信和雷达技术发展与实际需求的推动，又经过十几年的发展，人们为了更便捷的测量，设计出了一款标准信号发生器，这一发生器的出现标示着这款器件从定性分析测量器件转变为定量分析测量器件。在发展初期，由于技术的局限性，使得信号发生器的电路结构虽然简单，但是机械结构过于复杂，功耗非常大，因此，一直到了十九世纪60年代，在人类的发展历史上才出现了第一台全晶体管的信号发生器。在60年代，工业技术有了飞速的发展，同时也推动了信号发生器的不断更新，到了60年代末期，函数发生器最终问世。而那个时期，信号发生器的组成大多包括集成模拟电路和分立的元器件，导致它们的电路结构变得非常复杂，虽然结合了模拟电子技术，但由于各种技术的不完善，而只能够产生几种波形。并且模拟电路还存在着飘逸过大的弊端，使得最后输出波形的幅度不具备一定的稳定性。同时还存在着价格贵、功耗大等缺点。一直等到70年代之后，出现了微处理器。人们利用A/D转换、D/A转换以及微处理器技术来丰富了信号发生器的功能，其不在只限于几个简单的波形，很多像锯齿波这种复杂的波形也可以产生了。到了现代，随着计算机技术，微电子技术以及信号处理技术的快速发展，模拟信号处理的好多缺点被人类攻破，人类的深入探究使得数字信号发生器也随之出现，并且快速的发展了起来。
由于社会发展的需要，信号发生器向着更高精度、性能和智能化方向不断靠近，到了现代，它已经成了电子领域中很重要的一款测量工具。但是作为一种测量仪器，我们必然要考虑它所适用的领域，也就是说，我们要因地制宜，综合考虑性价比，制作出成本低，但性能优良、功能齐全的函数信号发生器。因此，一套包括软硬件的完整函数信号发生器的设计在如今就变得非常重要了。
1.2单片机在国内的发展
在我国，单片机的应用开始于80年代，虽然在国内的发展十分迅速，但是占有世界市场的比重还是很低的。截止到现在为止，由于我们国家的制造工艺、微电子技术都比较落后，而且又存在和国外单片机竞争等等原因，我们国家到现在还没有生产出属于自己的单片机[2]。现在，我国单片机普遍采用8位、16位，注重中低档的应用，对DSP等高档应用还处在初始阶段。1980年以后，由于数字技术的逐渐成熟慢慢出现了数字电路。一直等到21世纪，在科学家们不断的努力下才使得函数发生器和集成电路有了长足的发展，高频DOS芯片也在人们的不断努力下被设计出来了。2003年完成的33220A的最高频率可达20MHz，并且能够产生多大17种波形；两年后又设计完成了N60，此款产品的频率高达500MHZ，自此我国单片机发展进入鼎盛时期。
1.3单片机的概述
单片机是集成度很高的集成电路芯片，是人类工业发展的结晶，对电子科技的发展有着重要的意义。其将进行运算与控制的数据处理器（CPU）、用于内存存储的程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）以及输入输出电路（I/O）集于一体，形成了完善而又小巧的计算机硬件系统，在单片机程序的控制下能快速、准确、高效的完成程序设计者事先规定的任务[3]。
51单片机是指一个系列的单片机而不指具体哪一个。它一开始主要是由美国的INTEL公司发明问世。因为其8051单片机特别好用，当时一度被工业界追捧，故51单片机代称由此而来。后来该公司又将其部分知识产权卖给其他公司，故市面上出现了好多类似51的单片机，例如AT89C51，STC89C51等等。它们的核心其实还是8051单片机的核心，只是内存有所变化，功能有所增加。我们本次设计中要用到的STC89C51也是51单片机系列中的一种，它也是最近几年一直在国内比较流行的单片机。
1.4信号发生器的综述和分类
信号发生器又称为信号源或振荡器[4]，这款发生器应用在很多领域，在生活中它时常出现，甚至在医疗、军事方面，它也有着十分广泛的应用。可以说人类的生活发展中已经离不开它了。现如今，信号发生器已经有很多，如：微波信号发生器、函数发生器、随机信号发生器等等。其中函数发生器指的是可以用三角函数方程式来表示时间函数波形的发生器，例如：方波、锯齿波等等。
信号发生器根据其性能指标可以大致分为一般类型与标准类型。顾名思义，一般信号发生器指那些输出幅度、频率的准确度不高、稳定性一般的信号发生器，这种发生器产生的波形可能会有一点点失真；而标准发生器，是指那精度高，稳定性好，鲁棒性强的高档信号发生器，其产生的幅值、频率等在一定的范围内都是可调的，并且其产生的波形效果也比较好。
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