【毕业设计】单片机AT89S52函数信号发生器设计

这些新代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。

而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了半。

主要研究内容理论基础分析。

了解波形发生器的相关理论，包括几种常用波形，如正弦波方波等，然后介绍了波形发生器的主要方案及原理。

硬件系统设计。

主要包括以下几个模块串口电路键盘显示电路单片机系统芯片和放大电路设计。

软件系统设计。

主要有系统总体流程设计串口程序设计单片机程序设计键盘响应程序设计显示程序设计控制程序设计。

系统仿真调试。

通过计算机进行模拟仿真调试。

信号发生器的理论分析与设计方案在测试与测量技术过程中，常用到已知波形的数字化生成，它在许多与测量有关的领域有着不可替代的作用。

例如，数字化仿真，常被用于算法研究模型研究系统辨识或以蒙特卡罗法搜索模型与算法。

任意波形发生器出现以后，给人们提供的不仅是个通用的基础技术平台，而是在人们面前打开了通往无限宽广空间的扇门，使得人们对于信号波形的掌握与应用再也不必局限于简单的正弦波方波等几种有限的波形了，它可以按照人们提供的测量序列产生出几乎任意形状的连续波形信号。

常用波形介绍函数波形的般表达式可以表示为，下面来介绍几种常用的函数波形正弦函数正弦信号与余弦信号，两者只是在相位上相差，可以统称为正弦信号。

其般形式为式中，为振幅，是角频率，为初相位。

上述三量是正弦信号的三要素。

它的波形见图。

正弦信号是周期信号，其周期与频率及角频率之间的关系为图正弦波形在实际应用中经常遇到单边指数衰减的正弦信号，其波形如图所示，表达式为图指数衰减的正弦信号波形方波波形函数方波函数是种常用的波形函数，其表达式为方波的波形如图所示图方波波形设计方案目前信号发生的主要实现方法由直接模拟法直接数字法两种。

直接模拟法图直接模拟法框图这是传统函数发生器的简化基本结构，般都是由自由振荡器产生原始波形，然后经过转换电路将原始波形转换成其他波形，在上图中三角波是由振荡器产生的，方波是三角波通过比较器转变而成的，正弦波是三角波通过个波形整形电路正弦波整形器演变而来的，所需要波形经过放大和衰减输出，显然这种方式产生的波形种类有限，每增加种波形，都要增加相应的转换电路，整个电路变得很复杂，最重要的是要产生用户所需要的任意波形复杂的波形几乎不可能。

直接数字法直接数字法是采用直接数字合成的方法实现信号产生。

该技术具有频率转换速度快频率分辨率高易于控制的突出特点。

直接数字合成技术近年来发展得很快，而要产生任意波形就必须采用直接数字很成技术。

随着技术的发展，出现了各种各样的直接数字合成的结构，但基本上可以发成两种基于地址计数器的数字频率合成法基于相位累加器的数字频率合成法。

由于直接数字法在设计上的的优点，本课题设计采用的是基于地址计数器的直接数字合成法。

方案设计与论证信号发生电路方案论证方案通过单片机控制，输出三种波形。

此方案输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。

但此方案电路简单成本低。

方案二使用传统的锁相频率合成方法。

通过芯片，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波，积分电路转换成三角波。

此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。

方案三利用芯片组成的电路输出波形。

是精密高频波形产生电路，能够产生准确的三角波方波和正弦波三种周期性波形。

但此方案成本高，程序复杂度高。

以上三种方案综合考虑，选择方案。

单片机的选择论证方案单片机是种高性能位单片微型计算机。

它把构成计算机的中央处理器存储器寄存器接口制作在块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机而且其价格便宜。

方案二单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与兼容的微控制器内核，与指令集完全兼容。

除了具有标准的数字外设部件，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，而且执行速度快。

但其价格较贵以上两种方案综合考虑，选择方案显示方案论证方案采用数码管。

数码管由个发光二极管组成，每只数码管轮流显示各自的字符。

由于人眼具有视觉暂留特性，当每只数码管显示的时间间隔小于时人眼感觉不到闪动，看到的是每只数码管常亮。

使用数码管显示编程较易，但要显示内容多，而且数码管不能显示字母。

方案二采用液晶显示器。

其功率小，效果明显，显示编程容易控制，可以显示字母。

以上两种方案综合考虑，选择方案二。

键盘方案论证方案矩阵式键盘。

矩阵式键盘的按键触点接于由行列母线构成的矩阵电路的交叉处。

当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。

当个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。

方案二编码式键盘。

编码式键盘的按键触点接于芯片。

当键盘上没有闭合时，所有键都断开，当键闭合时，该键对应的编码由输出。

以上两种方案综合考虑，选择方案。

总体系统设计该系统采用单片机作为数据处理及控制核心，由单片机完机界面系统控制信号的采件实现及单元电路设计单片机最小系统的设计是片内有的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。

用单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图单片机最小系统所示。

由于集成度的限制，最小应用系统只能用作些小型的控制单元。

其应用特点有可供用户使用的大量口线。

内部存储器容量有限。

应用系统开发具有特殊性。

图单片机最小系统波形产生模块设计由单片机采用编程方法产生三种波形通过转换模块在进过滤波放大之后输出。

其电路图如下图波形产生电路如上图所示，单片机的口连接的八位数据输入端，的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。

的为八位数据并行输入的，其结构图如下图的内部结构显示模块的设计通过液晶显示输出的波形频率，其电路图如下图液晶显示如上图所示，的八位数据端接单片机的口，其三个使能端分别接单片机的。

通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类以及波形的频率。

键盘显示模块的设计本系统采用键盘，其连接电路图如下图键盘图中键盘键盘引出的八跟线分别接单片机的口，只用其第四列，因此在程序初始化时脚给低电平。

如图开关用来切换输出波形开关和用来调节频率的加减。

当按开关时输出波形的频率增加，按开关时输出波形的频率减小。

软件设计流程本系统采用单片机，用编程的方法来产生三种波形，并通过编程来切换三种波形以及波形频率的改变。

具体功能有各个波形的切换各种参数的设定频率增减等。

软件调通后，通过编程器下载到芯片中，然后插到系统中即可完成所有的控制。

软件的流程图如下图程序流程图源程序正弦波码延时子程序写指令数据初始化写写写频率，显示频率写正弦波，输出波形的种类与频率的测试测量仪器及测试说明测量仪器稳压电源示波器数字万用表。

测量说明正弦波矩形波三角波信号的输出，通过对键盘来实现其的不同波形的输出以及其频率的改变。

测试过程当程序下进去时经过初始化，液晶屏的上只显示和，当开关三按下是此时输出波形为正弦波，按两下时输出为方波，按三下时输出为三角波。

另外两个开关可以调节频率，三种波形的频率可调范围不同，分别如下正弦波方波三角波根据示波器的波形频率的显示计算出三种波形的频率计算公式如下正弦波方波三角波其中为延时的变量。

三种波形的仿真波形图如下图正弦波图形图方波图形图三角波图行测试结果各项指标均达到要求。

测试数据如下产生正弦波方波三角波基本实现三种波形的频率都可调，但不能步进的调节，其中方波的可调范围最广为，其他两种波形的频率范围不大显示部分基本实现键盘功能实现设计心的及体会通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学三年的学习成果，进步加深了我对专业知识的了解和认识以及动手的能力。

虽然在这次设计中对于所学知识的运用和衔接还不够熟练，作品完成的还不是很出色。

但是我将在以后的工作和学习中继续努力不断完善。

这个设计是对我们过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。

附录参考文献戴仙金主编单片机及其语言汇编程序开发实例清华大学出版社，高吉祥主编全国大学生电子设计竞赛培训系列教程电子工业出版社，杨素行主编模拟电子技术基础简明教程高等教育出版社，蒋辉平主编单片机原理与应用设计北京航空航天大学出版社附图图总体原理设计图摘要本系统利用单片机采用程序设计方法产生锯齿波正弦波矩形波三种波形，再通过转换器将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，能产的波形。

通过键盘来控制三种波形的类型选择频率变化，并通过液晶屏显示其各自的类型以及数值，系统大致包括信号发生部分数模转换部分以及液晶显示部分三部分，其中尤其对数模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。

关键词单片机液晶，目录系统设计设计要求方案设计与论证信号发生电路方案论证单片机的选择论证显示方案论证键盘方案论证总体系统设计硬件实现及单元电路设计单片机最小系统的设计波形产生模块设计显示模块的设计键盘模块的设计软件设计流程源程序输出波形的种类与频率的测试测试仪器及测试说明测试结果设计心的及体会附录参考文献附图系统设计经过考虑，我们确定方案如下利用单片机采用程序设计方法产生锯齿波正弦波矩形波三种波形，再通过转换器将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制三种波形的类型选择频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。

设计要求利用单片机采用软件设计方法产生三种波形三种波形可通过键盘选择波形频率可调需显示波形的种类及课题的来源与技术背景不论是在生产还是在科研与教学上，信号发生器都是电子工程师仿真实验的最佳工具。

随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，信号发生器己成为测试仪器中至关重要的类，因此开发信号发生器具有重大意义。

传统的信号发生器采用专用芯片，成本高，控制方式不灵活。

本设计充分利用单片机灵活的控制丰富的外设处理能力，采用技术，实现频率幅值可调的函数波形的输出，同时可以根据需要方便地实现各种比较复杂的调频调相和调幅功能，具有良好的实用性。

根据其频率发生方法又可分为谐振法和合成法两种。

般的传统发生器都是采用的谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，来获得所需频率，也可以根据频率合成技术来获得所需频率。

利用频率合成技术