摘要：此設(shè)計(jì)用單片機(jī)AT89C51作為最小系統(tǒng)，利用D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，再經(jīng)過濾波放大，由示波器顯示出方波，三角波，鋸齒波和正弦波，同時(shí)由LED顯示器顯示其各自的類型以及頻率。該信號發(fā)生器體積小、成本低、功能強(qiáng)，符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：信號發(fā)生器，單片機(jī)，D/A1.緒論

1.1 信號發(fā)生器的發(fā)展

信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。它是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。

自六十年代以來，信號發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、程控信號發(fā)生器等新種類。各類信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)也都有了大幅度的提高，同時(shí)在簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)、小型化、多功能等各方面也有了顯著的進(jìn)展。

1.2 單片機(jī)簡介

單片機(jī)是一種集成在電路芯片，具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU 隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)具有集成度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、實(shí)現(xiàn)模塊化等特點(diǎn)，應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備等領(lǐng)域。從此，單片機(jī)開始迅速發(fā)展，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。

2.設(shè)計(jì)方案

2.1 工作原理

當(dāng)按鍵按下時(shí)，通過程序判斷哪個(gè)鍵按下，選好按鍵后，利用D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，再經(jīng)過濾波放大，由示波器顯示出所需的波形，此時(shí)LED顯示器也會顯示其各自的類型以及頻率。復(fù)位電路則是用于單片機(jī)的復(fù)位，使單片機(jī)接口初始化。圖2.1電路原理框圖

2.2 實(shí)現(xiàn)功能

（1）本方案所使用的8位LED顯示器，采用共陰極接法，輸入段選碼低電平有效，顯示輸出信號的類型和頻率。

（2）本方案通過P1.0和P1.1口控制信號的輸入類型。當(dāng)P1.0=0，P1.1=0輸出正弦波；當(dāng)P1.0=0，P1.1=1 輸出三角波；當(dāng)P1.0=1，P1.1=0輸出鋸齒波。

（3）輸出信號幅度：0～5V。

（4）信號頻率范圍要求：1—1KHZ。

3.硬件電路設(shè)計(jì)與分析

好的硬件電路既能簡化繁瑣的程序，又能提高實(shí)驗(yàn)的成功率，是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)不可或缺的重要部分，必須高度重視。

3.1主控電路

本電路主要采用AT89C51型單片機(jī)，它具有如下特點(diǎn)：（1）有可供用戶使用的大量I/O口線。（2）內(nèi)部存儲器容量有限。（3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。用89C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可。其中，在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí)，我采用了12MHZ和晶振分別接引腳XTAL1 和XTAL2，電容C1，C2 均選擇為30pF。由于頻率較大時(shí)，三角波、正弦波、方波等波中每一點(diǎn)延時(shí)時(shí)間為幾微秒，故延時(shí)時(shí)間還要加上指令時(shí)間即可得到指定頻率的波形。在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，作用是用來抑制噪聲。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，其輸出電平由復(fù)位電路采用一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。

3.2鍵盤接口電路

本設(shè)計(jì)采用一般的鍵盤接口，鍵盤輸出信號。具體為：P1.0、P1.1波形選擇，其中當(dāng)P1.0=0，P1.1=0 輸出正弦波，當(dāng)P1.0=0，P1.1=1 輸出三角波，當(dāng)P1.0=1，P1.1=0輸出鋸齒波；當(dāng)P1.0=1，P1.1=1 輸出方波。P1.2、P1.3、P1.4 頻率由個(gè)位，十位，百位調(diào)節(jié)；P1.5頻率加減控制；P1.6跳出循環(huán)。

3.3 DAC0832芯片與單片機(jī)硬件接口設(shè)計(jì)

由于用示波器顯示波形，所以需要一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，將單片機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。此設(shè)計(jì)采用DAC0832轉(zhuǎn)換器。由于此芯片是電流輸出，為了變成電壓輸出，我們在其后加上一個(gè)運(yùn)算放大器OP07。

3.4 LED顯示電路

該設(shè)計(jì)采用LED共陰極數(shù)碼管顯示電路。當(dāng)某個(gè)驅(qū)動(dòng)電路輸出端為低電平時(shí)，相應(yīng)的那位點(diǎn)亮，從而顯示出波形的種類和信號的頻率，在按鍵時(shí)顯示出相關(guān)信息。添加74LHC573鎖存器是為了增加顯示的準(zhǔn)確性。

4.軟件設(shè)計(jì)流程

4.1 程序流程圖4.2信號頻率采集

本設(shè)計(jì)通過P1.0和P1.1口來選擇波形的類型，然后改變這個(gè)頻率的個(gè)位，十位，百位，進(jìn)而改變這個(gè)頻率，接著開啟中斷，改變D/A轉(zhuǎn)換器，輸出波形。

4.3系統(tǒng)仿真波形

矩形波鋸齒波正弦波三角波4.4測量儀器

示波器

穩(wěn)壓電流電源

萬用表

總結(jié)

通過這次單片機(jī)培訓(xùn)，我學(xué)到了很多書本上沒有的知識，尤其在實(shí)踐方面得到了很好的鍛煉。從電路原理圖的繪制，到電路元器件的焊接、電路的調(diào)試，程序的編寫，調(diào)試下載，一步步，收益匪淺。在設(shè)計(jì)過程中，為了達(dá)到硬件電路簡單，程序可讀性高的效果，可以說中間遇到了很多險(xiǎn)阻，也花費(fèi)了大量時(shí)間，不過最終還是順利完成要求。同時(shí)在這次設(shè)計(jì)過程中，老師也幫助了我很多，所以在此感謝老師的細(xì)心教導(dǎo)。我會把這次經(jīng)歷當(dāng)做是一次很好的磨練，我相信以后我會比現(xiàn)在做得更好。（作者單位：沈陽師范大學(xué)）

參考文獻(xiàn)

[1]張友德，趙志英.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn).上海：復(fù)旦大學(xué)出版社.1993.

[2]郭天翔.新概念51單片機(jī)C語言教程 入門、提高、開發(fā)、拓展全.北京.電子工業(yè)出版社 2009.1.

[3]王為青，程國剛. 單片機(jī)Keil Cx51 應(yīng)用開發(fā)技術(shù).北京：人民郵電大學(xué)出版社，2007.

[4]李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997.

[5]俞國亮.MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用 M.清華大學(xué)出版社.2007.