基于51单片机的多功能信号发生器

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1、河南理工大学《微机原理与单片机接口技术》课程设计报告多功能信号发生器设计2013年1月10日摘要本次设计是一个多功能信号发生器，可以产生、方波、锯齿波和三角波。函数信号发生器的设计方法有多种，利用单片机设计的函数信号发生器具有编程灵活，功能更以扩充等实际的优点。17设计原理图如下图所示，其中单片机通过软件对键盘输入的频率数值进行处理，处理结果送与D/A转换部分实现数/模转换，输出的电流再经过电流/电压转换环节，进而形成模拟电压波形，最后经过过载保护电路输出。同时在数码管内显示该频率数值。波形的切换可以通过按键直接实现。在编程语言上，我们选择自身比

2、较熟悉的C语言，这样在后期波形的调试及与硬件衔接方面更容易发挥出自身优势。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，需要输出某种波形时再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，从信号发生器的输出端口输出。经过设计及后期长时间的调试，设计的所有功能均已实现：（1）具有产生方波、锯齿波、三角波三种周期性波形的功能。（2）输出波形的频率范围为100Hz～1kHz；频率步进间隔≤100Hz。（3）输出波形幅度范围0～5V，可按步

3、进0.1V（峰-峰值）调整。（4）具有显示输出波形的类型、周期和幅度的功能。关键词：单片机，函数发生器，共阴极数码管目录第一章绪论31.1选题背景及其意义31.2单片机概述31.3信号发生器的分类3171.4研究内容4第二章方案的设计与选择42.1方案的比较42.2设计原理42.3设计思想42.4设计功能5第三章硬件设计53.1硬件原理框图53.2主控电路63.3数/模转换电路63.4按键接口电路73.5时钟电路7第四章ADC0832内部结构及配置74.1D/A转换器DAC08327第五章实验结果95.1实验输出波形9第六章设计总结9参考文献9附

4、录101元件清单102源程序11第一章绪论1.1选题背景及其意义信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如方波、锯齿波、三角波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学领域内，函数信号发生器在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。1.2单片机概述17随着大规模集成电路技术的发展，中央处理器(CPU)、随机存取存储(RAM)、只读存储器(ROM)、(I/O)接口、定时器/计数器和串行通信接口，以及其他一些计算机外围电路等均

5、可集成在一块芯片上构成单片微型计算机，简称为单片机。单片机具有体积小、成本低，性能稳定、使用寿命长等特点。1.3信号发生器的分类信号发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也不尽一致。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

6、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。1.4研究内容本文是做基于单片机的信号发生器的设计，将采用编程的方法来实现三角波、锯齿波、矩形波、正弦波的发生。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，需要输出某种波形时再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，从信

7、号发生器的输出端口输出。第二章方案的设计与选择2.1方案的比较方案一：采用单片函数发生器（如8038），8038可同时产生正弦波、方波等，而且方法简单易行，用D/A转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。方案三：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程

8、方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。鉴于方案一的信号频率不够稳定和方案二的电路复杂，频率覆盖系数难以达标等缺点，所以决定采