基于51单片机的高频函数信号发生器

1、如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!函数信号发生器设计报告参赛人员：朱秋 王嘉文 房开兰指导教师：漆晶二 0 0 九年七月十四日如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!摘要波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本函数发生器采用STC89C52 单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（uA741）、倍频电路（CD4046）、按键和LCD显示电路等。电路采用STC89C52单片机和一片DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器。函数信号发生器，它具有价格低、性能高和在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等特点。由于采用了uA741运算放大器和滤波电路，使其电路更加具有较高的稳定性能，性能比高。此电路清晰，出现故障容易查找错误，操作简单、方便。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波，同时用LCD1602显示幅值和频率。所产生的波形VP-P范围为05 V，由倍频电路使频率范围为100Hz 1MHz,波形准确并且平滑。本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。关键词：单片机；倍频；调频；调幅；

2、LCD1602如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!Abstract Waveform generator is a common signal source, widely used in electronic circuits, automatic control systems and experiments in areas such as teaching .Function generator used as a control core STC89C52 single-chip, external digital / analog converter circuit (DAC0832),operational amplifier circuit (uA741), frequency-doubling circuit (CD4046), and buttons and LCD display circuit. STC89C52 circuit and a single-chip digital DAC0832 Digital to Analog component of

3、 low-frequency signal generator. Function signal generator, it has a low price, high-performance and low-frequency range of good stability, convenient operation, small size, low power consumption and so on. UA741 As a result of the operational amplifier and filter circuit to circuit with high stability and more performance, high performance. This circuit clears, easy to find failure error, simple and convenient. Keys can be generated through control of square wave, triangle wave, sine wave, LCD

4、display at the same time with the amplitude and frequency. Waveform generated by VP-P range of 0 5 V, so that by the multiplier circuit for frequency range 92.592593Hz 217.3913Hz, accurate and smooth waveform. The system is designed to be simple, excellent performance, with a certain degree of practicality. Key words: microcomputer; frequency; FM; AM; LCD1602如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!目录一、系统方案51、1 信号发生部分51、2显示部分6二、系统设计62、1 总体设计思路62、2总体框图6三、硬件电路73、1单片机电路73、1、1 功能与基本原理73、1、2 资源分配83、2波形转换(D/A)电路83、3显示接口电

5、路93、4倍频电路9四、软件设计及流程10五、调试与测试结果115、1 硬件调试115、2 软件调试11六、结束语11七、参考文献12八、附录128、1 元件清单128、2 电路原理图138、3 程序清单13如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!一、系统方案题目要求实现的任务是设计并制作一个函数信号发生器，能产生正弦波，方波，三角波，要求不用DDS和专用的波形产生芯片，频率范围100Hz1MHz，幅度05V，方波占空比可调，实时显示频率和幅度。根据要求对下面方案进行论证与比较。1、1 信号发生部分方案一：采用模拟分立元件或单片压控函数发生器，可产生正弦波，方波，三角波，通过调整外部元件可改变输出频率，但采用模拟器件由于元件分散性太大，即使使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，因而产生的频率稳定性较差，精度低，抗干扰能力低，成本也高，而且灵活性较差，不能实现任意波形以及波形运算输出等智能化的功能。方案二：采用锁相式频率合成方案。锁相式频率合成是一个高稳定度和精确度的大量离散频率的技术，它在一定程度上解决了既要频率稳定精确，又要频率在较大范围可变的矛盾

6、。但频率受VCO可变频率范围的影响，高低频率比不可能做的很高，而且只能产生方波或正弦波，不能满足任意波形的要求。方案三：采用单片机和数模/转换DAC0832实现波形的产生。波形的产生是通过STC89C52执行方波波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。通过CD4046与CD4518分频实现倍频，已达到最高1MHz的频率。在89C52的P2口接5个按扭,通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率，每种波形对应一个按钮。此方案的有点是电路原理比较简单，实现起来比较容易。经比较，方案三能更好地实现题目要求，三种波形的产生可由程序控制，并通过按键选择波形输出，在示波器上显示波形。波形的周期与频率步进也可以用程序改变，方波占空比通过按键加减，具有线路简单、结构紧凑等优点。在本设计的基础上，加上LCD显示器，则可通过按钮设定所需要的波形频率，并在LCD上显示频率、幅值电压。输出波形稳定，精度高，滤波好，抗干扰效果好，连接简单，性价比高。因此我们设计中采用方案三。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!1、2显示部分方案一：数码管显

7、示，由于本题要求实时显示输出信号的幅度，频率，而数码管不能显示字符。方案二：LED点阵显示，LED点阵显示虽然能显示字符和数字，但显示效果不好，且不易编程。方案三：LCD液晶显示，LCD液晶不但能显示字符和数字，而且显示效果较好，容易编程实现。二、系统设计2、1 总体设计思路根据题目要求，经过仔细考虑，充分考虑各种因素，制定了整体设计方案：以STC89C52单片机为控制核心，P0口接DAC0832信号输入并数模转换，程序控制产生三种波形，通过P1口接8个按键，控制频率、幅值和占空比，由按键选择三种波形的输出。由uA741运放实现DAC0832输出电流到电压的转换，通过CD4046与CD4060组成的100倍频电路，尽量达到题目频率要求。在LCD1602上实时显示频率与幅值，波形在示波器上显示。2、2总体框图本系统总体框图如图2、1所示。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!单片机键盘输入LCD1602DAC0832uA741运放倍频电路输出图 2.1 系统框图三、硬件电路本系统由单片机、波形转换(D/A)电路、显示接口电路、倍频电路等四部分构成。电路图附在后面。3、1单片机电路3、

8、1、1 功能与基本原理功能：形成扫描码，键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；产生定时中断；形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路和显示驱动电路。 AT89S51外接12M晶振作为时钟频率，并采用电源复位设计。复位电路采用上电复位，它的工作原理是，通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过对电容充电。RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始工作。产生方波程序思路：根据定时器溢出的时间，将频率值换算为定时器溢出的次数（T1_over_num）。使用变量（T1_cnt）暂存定时器T1的溢出次数，当达到规定的次数（T1_over_num）时，将输出管脚的状态取反达到方波的产生。另外，采用查询的方式实现按键的扫描和LCD液晶的显示，中断服务程序实现方波的产生和连续按键的计时功能。 如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!3、1、2 资源分配 软、硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求，资源分配为：单片机用12M晶振，P0口与DAC0832相连；P1口接八个按键，实现频率、幅度、占空比的调节，以及波形选择；P2口接LCD1602液

9、晶显示器，实时显示频率与幅值。3、2波形转换(D/A)电路功能：将波形样值的编码转换成模拟值，完成的波形输出。 由一片0832和uA741运放组成。DAC0832是一个具有两个输入数据寄存器的8位DAC。目前生产的DAC芯片分为两类，一类芯片内部设置有数据寄存器，不需要外加电路就可以直接与微型计算机接口。另一类芯片内部没有数据寄存器，输出信号随数据输入线的状态变化而变化，因此不能直接与微型计算机接口，必须通过并行接口与微型计算机接口。DAC0832是具有20条引线的双列直插式CMOS器件，它内部具有两级数据寄存器，完成8位电流D/A转换，故不需要外加电路。0832是电流输出型，示波器上显示波形，通常需要电压信号，电流信号到电压信号的转换可以由运算放大器uA741实现。 单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值进行编码，收到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。假如N个点构成波形的一个周期，则0832输出N个样值点后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。重复输出N个点，成为第二个周期。利用单片机的晶振控制输出周期的速度，也就是控制了输出的波形的频率。这样就控制了输出的波形及其幅值和频率。具体连接如图3、1所示。 图3、1 D/A转换电路如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!3、3显示接口电路功能：驱动LCD1602液晶显示，扫描按钮。 由LCD1602液晶显示器

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