簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 院（系）：院（系）： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：起止時(shí)間： 2015.6.222015.6.222015.7.32015.7.3 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （論文）本科生課程設(shè)計(jì)（論文）I課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動(dòng)化 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）II注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算

2、學(xué) 號(hào)1學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)實(shí)現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)功能（1）設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器；（2）能夠輸出三種波形，用按鍵控制，K0 啟?？刂?、K1 鍵控制輸出鋸齒波、K2 鍵控制輸出三角波、K3 鍵控制輸出梯形波；（3）能夠通過(guò)按鍵進(jìn)行波形參數(shù)設(shè)置；（4）能夠通過(guò)顯示模塊輸出波形的主要參數(shù)。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、分析系統(tǒng)功能，確定系統(tǒng)硬件組成；2、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路圖；3、編寫(xiě)相應(yīng)的軟件，完成控制系統(tǒng)的控制要求；4、上機(jī)調(diào)試、完善程序；5、按學(xué)校規(guī)定格式，撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)在4000 字以上。技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)波形

3、幅值5V，頻率10Hz-1kHz之間。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（2天）2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及模塊選擇（3天）3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及編寫(xiě)功能程序及調(diào)試（3天）4、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（1天）5、驗(yàn)收及答辯（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日本科生課程設(shè)計(jì)（論文）III摘 要信號(hào)發(fā)生器又稱(chēng)信號(hào)源或振蕩器,在生產(chǎn)實(shí)際和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線(xiàn)各可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的電路被稱(chēng)為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。 信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中有著十分廣泛的用途。通過(guò)對(duì)信號(hào)發(fā)生器

4、原理以及機(jī)構(gòu)的分析，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)能產(chǎn)生鋸齒波，三角波，梯形波的信號(hào)發(fā)生器。本課題采用 STC12C5A60S2 單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，DAC0832 作為輸出 D/A 轉(zhuǎn)換，LM358 作為輸出信號(hào)放大芯片，LCD12864 作為顯示界面，用來(lái)顯示幅值、周期（頻率） 、波形名稱(chēng)、操作提示等信息的設(shè)計(jì)方法，介紹了簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的基本工作原理和應(yīng)用，并詳細(xì)敘述了單元電路結(jié)構(gòu)、元件連線(xiàn)、信號(hào)控制方法及相應(yīng)程序設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；鋸齒波；三角波；梯形波本科生課程設(shè)計(jì)（論文）IV目 錄第 1 章 緒論 .1第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 .22.1 概述 .22.2 方案比較 .

5、2第 3 章 硬件設(shè)計(jì) .43.1 主控系統(tǒng) .43.2 波形轉(zhuǎn)換（D/A）電路 .63.3 波形輸出放大電路 .73.4 顯示接口電路 .103.4.1 LCD12864 管腳功能描述：.113.4.2 控制界面的 4 種模式.113.5 按鍵電路 .123.6 下載調(diào)試電路 .12第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .154.1 主程序流程圖 .154.2 鋸齒波的產(chǎn)生 .164.3 三角波的產(chǎn)生 .164.4 梯形波的產(chǎn)生 .18第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .19參考文獻(xiàn) .20附錄 .21本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1第 1 章 緒論信號(hào)發(fā)生器是研究及工程實(shí)踐中的重要儀表之一，在電子工程，通信工程，自動(dòng)控制

6、，測(cè)量?jī)x器，儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試過(guò)程中，用不同頻率的鋸齒波，三角波和梯形波作為信號(hào)源，應(yīng)用十分方便。過(guò)去常由分立元件及集成運(yùn)放構(gòu)成信號(hào)發(fā)生器，分立元件體積大，相對(duì)耗能高，故障頻率也高。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路很快，很方便的構(gòu)成各種信號(hào)的波形發(fā)生器。用集成電路制作的信號(hào)波形發(fā)生器與其它信號(hào)波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量，幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有很大的提高。早在 1978 年，由美國(guó) Wavetek 公司和日本東亞電波工業(yè)公司公布了最高取樣頻率為 5MHz，可以形成 256 點(diǎn)（存儲(chǔ)長(zhǎng)度）波形數(shù)據(jù)，垂直分辨率為 8bit，主要用于振動(dòng)、醫(yī)療、材料等領(lǐng)域的第一代高性能

7、信號(hào)源，經(jīng)過(guò)將近 30 年的發(fā)展，伴隨著電子元器件、電路、及生產(chǎn)設(shè)備的高速化、高集成化，波形發(fā)生器的性能有了飛速的提高，變得操作越來(lái)越簡(jiǎn)單而輸出波形的能力越來(lái)越強(qiáng)。波形操作方法的好壞，是由波形發(fā)生器控制軟件質(zhì)量保證的，編輯功能增加得越多，波形形成的操作性越好。波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶(hù)定義信號(hào)，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號(hào)，還可對(duì)頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)的控制，并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊，組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、震動(dòng)激勵(lì)、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。信號(hào)

8、發(fā)生器作為實(shí)驗(yàn)的輔助工具，主要是提供各種不同類(lèi)型以及不同頻率和幅度的信號(hào)。本設(shè)計(jì)提出了利用單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)控制簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的思路，運(yùn)用程序得到數(shù)字信號(hào)，再通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換得到模擬信號(hào)，通過(guò)按鍵來(lái)選擇或切換不同類(lèi)型的信號(hào)。波形頻率的變化由程序來(lái)控制，即通過(guò)改變定時(shí)器的初值來(lái)改變輸出波形相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔，從而實(shí)現(xiàn)波形頻率的改變。此種思路可以簡(jiǎn)化信號(hào)發(fā)生器的硬件組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以設(shè)計(jì)各種不同類(lèi)型的信號(hào)，且制作成本較低。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源,廣泛地用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。目前使用的信號(hào)發(fā)生器大部分是函數(shù)信

9、號(hào)發(fā)生器，而且特殊波形發(fā)生器的價(jià)格昂貴，設(shè)計(jì)使用 STC12C5A60S2 單片機(jī)和 DAC0832，可產(chǎn)生鋸齒波，三角波和梯形波，波形的頻率可用程序控制改變。在單片機(jī)上添加外圍器件，通過(guò)鍵盤(pán)控制波形頻率的增減以及波形的選擇，并采用 LCD12864 顯示頻率大小，在單片機(jī)的輸出端口接 DAC0832 進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換，再通過(guò)運(yùn)放進(jìn)行波形調(diào)整，最后輸出波形接在示波器上顯示。單片機(jī)會(huì)對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，當(dāng)偵測(cè)到某個(gè)按鍵按下后，則進(jìn)入該按鍵對(duì)應(yīng)的子程序。 在按鍵子程序中，將電壓信號(hào)設(shè)計(jì)成隨時(shí)間周期變化的數(shù)字量序列，并將這些數(shù)字量序列發(fā)送給 D/A 芯片，D/A 芯片采用 DAC0832，工作在直通方

10、式，從而直接將單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成隨時(shí)間周期性變化的模擬電壓信號(hào)。再將該模擬電壓信號(hào)輸送到示波器的一個(gè)輸入端，并使示波器工作在波形觀(guān)測(cè)模式下，此時(shí)該信號(hào)將被加載到示波器內(nèi)的顯示屏上，再調(diào)整示波器的掃描信號(hào)頻率，使之與單片機(jī)所產(chǎn)生的電壓信號(hào)頻率匹配，則熒光屏上可觀(guān)察到該信號(hào)的曲線(xiàn)圖形。2.2 方案比較方案一：用模擬分立元件或單片壓控函數(shù)發(fā)生器 MAX038，通過(guò)調(diào)整外部元件可改變輸出頻率，但采用模擬器件由于元件分散性太大，即使使用單片函數(shù)發(fā)生器，參數(shù)也與外部元件有關(guān)，外接的電阻電容對(duì)參數(shù)影響很大，因而產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定度較差、精度低、抗干擾能力低、成本也高，且靈活性較差，不能實(shí)現(xiàn)任意波形以及

11、波形運(yùn)算輸出等智能化的功能。方案二：采用程控鎖相環(huán)頻率合成方案。鎖相環(huán)頻率合成是將高穩(wěn)定度和高精確度的標(biāo)準(zhǔn)頻率經(jīng)過(guò)加減乘除的運(yùn)算產(chǎn)生同樣穩(wěn)定度和精確度的大量離散頻率，在一定程度上解決了既要頻率穩(wěn)定精確、又要頻率在較大范圍可變的矛盾，能產(chǎn)生方波，通過(guò)積分電路就可以得到同頻率的三角波，再經(jīng)過(guò)濾波器就可以得到正弦波，但不能滿(mǎn)足任意波形的輸出要求，功能擴(kuò)展能力有限。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3方案三：信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)采用 STC12C5A60S2 單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，DAC0832 作為輸出 D/A 轉(zhuǎn)換，LM358 作為輸出信號(hào)放大芯片，LCD12864 作為顯示界面，用來(lái)顯示幅值、周期（頻率）

12、 、波形名稱(chēng)、操作提示等信息。該方案控制性好且容易實(shí)現(xiàn)，制作方便，具有功能擴(kuò)展的能力。在分析現(xiàn)有信號(hào)發(fā)生器工作原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析比較后，方案三設(shè)計(jì)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，在應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)室學(xué)生實(shí)踐方面，具有硬件簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，容易對(duì)頻率和幅值進(jìn)行控制等優(yōu)點(diǎn)。所以選擇方案三作為本設(shè)計(jì)的最終方案，總體框圖如圖 2.1 所示。 圖2.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器總體框圖 STC12C5A60S2單片機(jī)DAC0832D/A 轉(zhuǎn)換模塊波形轉(zhuǎn)換頻率調(diào)整主控晶振復(fù)位放大電路輸出波形顯示模塊本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4第 3 章 硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由主控系統(tǒng)、波形轉(zhuǎn)換（D/A）電路、波形輸出放大電路、顯示接口電路、按鍵電路、下載

13、調(diào)試電路六部分組成。3.1 主控系統(tǒng)在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算國(guó)內(nèi) STC 公司的 1T 增強(qiáng)系列更具有競(jìng)爭(zhēng)力，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的具有大容量程序存儲(chǔ)器且是 FLASH 工藝的，如 STC12C5A60S2 單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá) 60KB 的 FLASH ROM,這種工藝的存儲(chǔ)器用戶(hù)可以用電的方式瞬間擦除、改寫(xiě)。而且 STC 系列單片機(jī)支持串口程序燒寫(xiě)。顯而易見(jiàn)，這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)

14、器周期(1T)的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 8-12 倍。內(nèi)部集成 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換(250KB/s),運(yùn)行處理速度快穩(wěn)定且抗干擾能力強(qiáng),主控電路如圖3.1 所示。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5圖3.1 STC12C5A60S2主控電路在單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為 XTAL2，由該放大器組成的振蕩電路和時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。根據(jù)硬件電路的不同，單片機(jī)的時(shí)鐘連接方式可分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式， 本單

15、片機(jī)主控系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，在 XTAL1和 XTAL2 引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個(gè)微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常C1和 C2 一般取 22pF，晶振的頻率取值在 1.2MHz12MHz 之間，電路如圖 3.2所示。圖3.2 主控晶振電路復(fù)位電路采用按鍵和上電綜合復(fù)位設(shè)計(jì)。其工作原理是：當(dāng)上電或復(fù)位按鍵按下時(shí)，電容兩端電壓不能突變相當(dāng)于短路，5V 的電通過(guò)電阻給電容進(jìn)行充電，電容兩端的電壓會(huì)由 0V 慢慢的升到 4V 左右(此時(shí)間很短一般小于 0.3 秒），RC構(gòu)成的微分電路在上電瞬間產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖，其寬度大于兩個(gè)機(jī)器周期，于是單片機(jī) RESET 引腳為高電平，然后對(duì)電容充電。RST 端

16、電壓慢慢下降，降到一定程度即為低電平,單片機(jī)開(kāi)始工作,復(fù)位電路如圖 3.3 所示。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）6圖3.3 復(fù)位電路3.2 波形轉(zhuǎn)換（D/A）電路波形轉(zhuǎn)換的目的是將波形樣值的編碼由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬值，完成波形的輸出。此電路時(shí)由一片 DAC0832 芯片構(gòu)成，DAC0832 是一個(gè)具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8 位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器,是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片,與微處理器完全兼容。此 D/A 轉(zhuǎn)換芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、8 位 DAC 寄存器、8 位D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。DA

17、C0832 是具有 20 條引線(xiàn)的貼片封裝的 CMOS器件，它內(nèi)部具有兩級(jí)數(shù)據(jù)寄存器，完成 8 位電流 D/A 轉(zhuǎn)換，所以不需要外加電路。對(duì)于不同的信號(hào)，可以分別設(shè)計(jì)一個(gè)子程序，并與某個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)，當(dāng)該按鍵按下后，進(jìn)入該子程序；然后，在每個(gè)子程序中，可以設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)，將要實(shí)現(xiàn)的電壓信號(hào)設(shè)計(jì)為周期性變化的數(shù)字代碼序列向 DAC0832 發(fā)送數(shù)字編碼，經(jīng)過(guò)D/A 轉(zhuǎn)換后輸出就可以得到波形。假如 N 個(gè)點(diǎn)構(gòu)成波形的一個(gè)周期，則 DAC0832輸出 N 個(gè)樣點(diǎn)值后，樣值點(diǎn)形成的運(yùn)動(dòng)軌跡，即一個(gè)周期。重復(fù)輸出 N 個(gè)點(diǎn)后，成為第二個(gè)周期。利用單片機(jī)的晶振控制輸出周期的速度，也就是控制輸出的波形的頻率。這樣

18、就控制了輸出波形的幅值和頻率，波形轉(zhuǎn)換電路如圖 3.4 所示。圖3.4 波形轉(zhuǎn)換電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）7根據(jù)對(duì) DAC0832 的數(shù)據(jù)鎖存器和 DAC 寄存器的不同的控制方式，DAC0832 有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。1、單緩沖方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和 DAC 寄存器同時(shí)接收資料，或者只用輸入寄存器而把 DAC 寄存器接成直通方式。此方式適用只有一路模擬量輸出或幾路模擬量異步輸出的情形。2、雙緩沖方式。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收資料，再控制輸入寄存器的輸出資料到 DAC 寄存器，即分兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個(gè) D/A 轉(zhuǎn)換同步輸出的情節(jié)。3、直

19、通方式。直通方式是資料不經(jīng)兩級(jí)鎖存器鎖存，即 CS，XFER ，WR1 ，WR2 均接地，ILE 接高電平。此方式適用于連續(xù)反饋控制線(xiàn)路和不帶微機(jī)的控制系統(tǒng)，不過(guò)在使用時(shí)，必須通過(guò)另加 I/O 接口與 CPU 連接，以匹配 CPU 與 D/A轉(zhuǎn)換。 DAC0832 是采樣頻率為八位的 D/A 轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使 DAC0832 芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要，如要求多路 D/A 異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等，所以這個(gè)芯片的應(yīng)用很廣泛。D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線(xiàn)性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電

20、阻可通過(guò) RFB 端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832 邏輯輸入滿(mǎn)足 TTL 電平，可直接與 TTL 電路或微機(jī)電路連接。3.3 波形輸出放大電路LM358 是雙運(yùn)算放大器，內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，管腳排列圖如圖 3.5 所示。它適合于電源電壓范圍很寬的單電源本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8圖3.5 LM358管腳排列圖使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊、音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。LM358 主要特性如下：內(nèi)部頻率補(bǔ)償；直流電

21、壓增益高(約 100dB)；單位增益頻帶寬(約 1MHz)；電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)；雙電源(1.5 一15V)；低功耗電流，適合于電池供電，低輸入偏流；低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流；共模輸入電壓范圍寬，包括接地；差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍；輸出電壓擺幅大。DAC0832 是電流輸出型，示波器上顯示波形，通常需要電壓信號(hào)，電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換可以用運(yùn)算放大器 LM358 實(shí)現(xiàn)，波形放大電路如圖 3.6 所示。圖3.6 波形放大電路優(yōu)點(diǎn)：1、兩個(gè)內(nèi)置補(bǔ)償運(yùn)算放大器。2、可以單電源供電。3、兼容所有邏輯模式。4、功耗小可以由電池供電。5、頻率增益有溫度補(bǔ)償。本科生課程設(shè)計(jì)（論文

22、）96、輸入偏置電流有溫度補(bǔ)償。7、價(jià)格便宜故本設(shè)計(jì)選用此芯片做波形放大芯片。甲類(lèi)(ClassA)放大器的輸出晶體管(或電子管)的工作點(diǎn)在其線(xiàn)性部分中點(diǎn)，不論信號(hào)電平如何變化，它從電源取出的電流總是恒定不變，它是低效率的，用作聲頻放大時(shí)由于信號(hào)幅度不斷變化，其實(shí)際效率不可能超過(guò) 25，可由單管或推挽工作。甲類(lèi)放大器的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)交越失真和開(kāi)關(guān)失真，而且諧波分量中主要是偶次諧波，在聽(tīng)感上低音厚實(shí)、中音柔順溫暖、高音清晰利落、層次感好，十分討人喜歡。但一直因?yàn)楹碾姸?，效率低，容易發(fā)熱和對(duì)散熱要求高而未能在大功率的放大器中得到廣泛應(yīng)用。由于器件長(zhǎng)期工作于大電流高溫下，容易引起可靠性和壽命方面的問(wèn)題，而且

23、整機(jī)成本高，所以制造甲類(lèi)功率放大器出名的廠(chǎng)家，現(xiàn)在已大多停止生產(chǎn)晶體管甲類(lèi)功率放大器。乙類(lèi)(ClassB)放大器的偏置使推挽工作的晶體管（或電子管）在無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，處于低電流狀態(tài)，當(dāng)加上驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，一對(duì)管子中的一只在半周期內(nèi)電流上升，而另一只管子則趨向截止，到另一個(gè)半周時(shí)，情況相反，由于兩管輪流工作，必須采用推挽電路才能放大完整的信號(hào)波形。乙類(lèi)放大器的優(yōu)點(diǎn)是效率較高，理論上可達(dá) 78，缺點(diǎn)是失真較大。甲乙類(lèi)(Class-AB)放大器在低電平驅(qū)動(dòng)時(shí),放大器為甲類(lèi)工作,當(dāng)提高驅(qū)動(dòng)電平時(shí),轉(zhuǎn)為乙類(lèi)工作，工作原理如圖 3.7 所示。甲乙類(lèi)放大器的長(zhǎng)處在于它比甲類(lèi)提高了小信號(hào)輸入時(shí)的效率,隨著輸出功率的

24、增大,效率也增高,雖然失真比甲類(lèi)大,然而至今仍是應(yīng)用最廣泛的晶體管功率放大器程式,趨向是越來(lái)越多的采用高偏流的甲乙類(lèi),以減少低電平信號(hào)的失真。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）10圖3.7 甲乙類(lèi)放大電路原理圖3.4 顯示接口電路顯示電路是由LCD12864液晶模塊構(gòu)成，此模塊可以顯示靜動(dòng)態(tài)字符、漢字和圖形，引腳如圖3.7所示。帶中文字庫(kù)的12864是一種具有4位/8位并行、2線(xiàn)或3線(xiàn)串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)

25、成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)，由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。LCD12864 液晶原理圖電路如圖 3.8 所示，其 V0 口接 10k 可變電阻是用來(lái)調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度，DB0-DB7 為并行數(shù)據(jù)輸入引腳。LCD12864 是專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣式 LCD，其外接電壓為 5V。掃描利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，掃描立即檢測(cè)到，隨即調(diào)用子程序，執(zhí)行相應(yīng)的功能。本科生課程設(shè)計(jì)（論文

26、）11圖3.8 LCD12864顯示接口電路LCD12864 液晶模塊的特性主要由其控制器 ST7920 決定。ST7920 同時(shí)作為控制器和驅(qū)動(dòng)器，它可提供 32 路 COM 輸出和 64 路 SEG 輸出。在驅(qū)動(dòng)器 ST7921 的配合下，最多可以驅(qū)動(dòng) 25632 點(diǎn)陣液晶。3.4.1 LCD12864 管腳功能描述：1、VSS，電源地。2、VCC，電源正。3、V0，對(duì)比度（亮度）調(diào)整。4、RS(CS） ，RS=“H”,表示 DB7DB0 為顯示數(shù)據(jù)；RS=“L”,表示 DB7DB0 為顯示指令數(shù)據(jù)。5、R/W(SID)，R/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到 DB7DB0；R/W=“L”

27、,E=“HL”, DB7DB0 的數(shù)據(jù)被寫(xiě)到 IR 或 DR。6、E(SCLK)，使能信號(hào)。7、DB0，三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)。8、DB1，三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)。9、DB2，三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)。10、DB3，三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)。11、DB4，三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)。12、DB5，三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)。13、DB6，三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)。14、DB7，三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)。15、PSB，H：8 位或 4 位并口方式，L：串口方式,在實(shí)際應(yīng)用中僅使用串口通訊模式，可將 PSB 固定接低電平。16、NC，空腳。17、RESET，復(fù)位端，低電平有效,模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。18、VOUT，LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端。19、A，背光源正端（+5

28、V） 。20、K，背光源負(fù)端。3.4.2 控制界面的 4 種模式模式 1：RSL，R/WL，MPU 寫(xiě)指令到指令暫存器（IR） 。模式 2：RSL，R/WH，讀出忙標(biāo)志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）12模式 3：RSH，R/WL， MPU 寫(xiě)入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR） 。模式 4：RSH，R/WH， MPU 從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)。3.5 按鍵電路按鍵電路通過(guò)使用獨(dú)立按鍵來(lái)控制輸出波形的切換和頻率增減。按鍵一端接地，按下時(shí)輸出低電平給單片機(jī)，單片機(jī)接收到低電平信號(hào)后會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的操作，按鍵電路如圖 3.9 所示。圖 3.9 按鍵電路主要操作方式：1、K1 為鋸

29、齒波輸出按鍵，當(dāng)其按下時(shí)，單片機(jī)輸出鋸齒波。2、K2 為三角波輸出按鍵，當(dāng)其按下時(shí)，單片機(jī)輸出三角波。3、K3 為梯形波輸出按鍵，當(dāng)其按下時(shí)，單片機(jī)輸出梯形波。4、K4 為頻率減鍵，當(dāng)其按下時(shí)，可以使輸出頻率減小。5、K5 為頻率加鍵，當(dāng)其按下時(shí)，可以使輸出頻率增加。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）133.6 下載調(diào)試電路PL2303 是一種高度集成的 RS232-USB 接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個(gè) RS232 全雙工異步串行通信裝置與 USB 功能接口便利聯(lián)接的解決方案，如圖 3.10 所示。該器件內(nèi)置 USB 功能控制器、USB 收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的UART，只需外接幾只電容就可

30、實(shí)現(xiàn) USB 信號(hào)與 RS232 信號(hào)的轉(zhuǎn)換，能夠方便嵌入到各種設(shè)備。該器件作為 USB/RS232 雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機(jī)接收 USB 數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為 RS232 信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面從 RS232 外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 USB 數(shù)據(jù)格式傳送回主機(jī)。這些工作全部由器件自動(dòng)完成，開(kāi)發(fā)者無(wú)需考慮硬件設(shè)計(jì)。該電路可以在線(xiàn)下載和調(diào)試程序。PL2303 的高兼容驅(qū)動(dòng)可在大多操作系統(tǒng)上模擬成傳統(tǒng) COM 端口,并允許基于 COM 端口應(yīng)用方便地轉(zhuǎn)換成 USB 接口應(yīng)用，通訊波特率高達(dá) 6 Mb/s。在工作模式和休眠模式時(shí)都具有功耗低的優(yōu)點(diǎn)，是嵌入式系統(tǒng)手持設(shè)備的理想選擇。該器件具有的特征完全

31、兼容 USB1.1 協(xié)議。圖 3.10 下載調(diào)試電路在下載調(diào)試電路中還增加了兩個(gè) LED 指示燈， D2 表示數(shù)據(jù)輸出到串口，D3表示串口數(shù)據(jù)輸入，如圖 3.11 所示，上傳的過(guò)程，方便在調(diào)試過(guò)程中了解數(shù)據(jù)流向。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）14圖 3.11 下載調(diào)試指示燈圖 3.12 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器控制電路圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）15圖 3.13 程序下載電路圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）16第 4 章 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件由主程序和產(chǎn)生波形的子程序組成，軟件設(shè)計(jì)主要是產(chǎn)生各種波形的子程序的編程。通過(guò)編程可得到各種波形,頻率的改變可采用插入延時(shí)子程序的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.1 主程序流程圖該系統(tǒng)主程序的軟件流程如圖

32、 4.1 所示。首先，為了區(qū)分不同的信號(hào)，需要利用按鍵進(jìn)行選擇和切換，因此，對(duì)按鍵的掃描是第一步；其次，對(duì)于不同的信號(hào)，可以分別設(shè)計(jì)一個(gè)子程序，并與某個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)，當(dāng)該按鍵按下后，進(jìn)入該子程序； 然后，在每個(gè)子程序中，可以設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)，將要實(shí)現(xiàn)的電壓信號(hào)設(shè)計(jì)為周期性變化的數(shù)字代碼序列；最后，將被選中的信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字代碼序列發(fā)送到 D/A 轉(zhuǎn)換芯片。圖 4.1 軟件主程序流程圖初始化開(kāi)始鍵盤(pán)掃描有按鍵按下？調(diào)用相應(yīng)子程序輸出數(shù)據(jù)到D/ANY本科生課程設(shè)計(jì)（論文）174.2 鋸齒波的產(chǎn)生在鋸齒波函數(shù)中，設(shè)置一個(gè)變量來(lái)控制 D/A 的輸出電壓。變量從 0 開(kāi)始線(xiàn)性增加，一直達(dá)到最大值，然后變?yōu)?0，接

33、著周期性的重復(fù)。這樣就得到了一個(gè)按鋸齒波規(guī)律變化的電壓信號(hào)程序流程圖如 4.2 所示。圖 4.2 鋸齒波程序流程圖4.3 三角波的產(chǎn)生在三角波函數(shù)中，設(shè)置一個(gè)變量來(lái)控制 D/A 的輸出電壓。變量從 0 開(kāi)始線(xiàn)性增加，一直達(dá)到最大值，然后再線(xiàn)性減小，直到變?yōu)?0。然后再周期性的重復(fù)，這樣就得到了一個(gè)按三角波規(guī)律變化的電壓信號(hào)，三角波程序流程圖如 4.3 所示。R7、ACC清零P0=R7讀P2口狀態(tài)，取反后存入R3以R3為延時(shí)常數(shù)，延時(shí)R7=R7+1R7=255?返回NY本科生課程設(shè)計(jì)（論文）18圖 4.3 三角波程序流程圖4.4 梯形波的產(chǎn)生在梯形波函數(shù)中，設(shè)置一個(gè)變量來(lái)控制 D/A 的輸出電壓

34、。先將變量設(shè)為255，維持一段時(shí)間，然后線(xiàn)性減小到 0。接著維持與高電平相同的時(shí)間，再讓變量線(xiàn)性增加到 255，這樣就完成了一個(gè)周期。后面只要讓這個(gè)過(guò)程不斷循環(huán)，就設(shè)R7=0P0=R7讀P2口狀態(tài)，取反后存入R3以R3為延時(shí)常數(shù)，延時(shí)R7=R7+2R7=2？NYP0=R7讀P2口狀態(tài)，取反后存入R3以R3為延時(shí)常數(shù)，延時(shí)R7=R7-2R7=0？NY返回本科生課程設(shè)計(jì)（論文）19可以得到梯形波，程序流程圖如 4.4 所示。圖4.4 梯形波程序流程圖入口賦初值數(shù)據(jù)+1形成上升沿最大值保持?jǐn)?shù)據(jù)-1形成下降沿返回最小值保持本科生課程設(shè)計(jì)（論文）20第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)采用 STC12C5A6

35、0S2 單片機(jī)作為系統(tǒng)核心，所用晶振頻率為 12M。單片機(jī) P0 口與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832 的數(shù)據(jù)輸入口直接相連。DAC0832 工作在直通方式，其參考電壓為 5V。單片機(jī)內(nèi)部程序產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)傳送給 DAC0832，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換處理后，可得到與之對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)。運(yùn)算放大器 LM358 與 DAC0832 輸出部分相接，利用其反饋放大作用將 DAC0832 輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)。然后將此電壓信號(hào)輸送到示波器的一個(gè)輸入端口。利用單片機(jī)與數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片( DAC0832) 構(gòu)成的信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)，主要是用程序設(shè)計(jì)各種數(shù)字信號(hào)，再通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換得到其對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)。本設(shè)計(jì)線(xiàn)路簡(jiǎn)單

36、，可輸出鋸齒波、三角波和梯形波，信號(hào)的幅度、頻率等參數(shù)可調(diào)，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號(hào)質(zhì)量好，精度高，失真較小，系統(tǒng)輸出頻率范圍較，可替代實(shí)驗(yàn)室的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器完成一般的試驗(yàn)要求，節(jié)約成本。在本文的設(shè)計(jì)方案中，對(duì)每個(gè)可實(shí)現(xiàn)的信號(hào)，都可以設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的函數(shù)。當(dāng)觀(guān)測(cè)某個(gè)信號(hào)時(shí)，只需按下相應(yīng)的按鍵，主程序即會(huì)調(diào)用該按鍵對(duì)應(yīng)的函數(shù)，將其產(chǎn)生的周期性的數(shù)字代碼發(fā)送到 D/A 芯片，經(jīng)轉(zhuǎn)換后可得到該模擬信號(hào)。理論上，該方案是開(kāi)放式的，只要設(shè)計(jì)足夠多的函數(shù)，便可得到足夠多的信號(hào)。因此，該種信號(hào)發(fā)生器也可以給用戶(hù)提供進(jìn)一步進(jìn)行信號(hào)設(shè)計(jì)的空間。后續(xù)工作中，可以采用集成可編程 DDS 器件實(shí)現(xiàn)直接頻率合成。DDS 是

37、直接數(shù)字式頻率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文縮寫(xiě)，與傳統(tǒng)的頻率合成器相比，DDS 具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。在單片機(jī)的控制與協(xié)調(diào)下可以輸出頻率和相位可調(diào)的信號(hào)波形，提高頻率范圍。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）21參考文獻(xiàn)1 楊萍,兀旦暉,楊良煜.DDS 技術(shù)在正弦信號(hào)發(fā)生器中的應(yīng)用.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2012,16(11):1738-17402 康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ).第五版.北京:高等教育出版社,20103 馬以春.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).北京:北京出版社,20124 黃豪彩,黃宜堅(jiān).基于虛擬儀器開(kāi)發(fā)的信號(hào)發(fā)生器及其應(yīng)用.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2012,(3):20-235 楊光勝,黃宜堅(jiān).主動(dòng)式信號(hào)發(fā)生器及應(yīng)用.儀器儀表用戶(hù),2013,12（2）:53-556 王小立,張一工.一種基于 PWM 原理的多路信號(hào)發(fā)生器.2010,35(9):41-457 張曉增，趙峰，董鴻江.低頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì).現(xiàn)代電子技術(shù)，2009,1(6):1-38 趙偉,黃