简易函数信号发生器的分析与设计【毕业设计】.doc

1、苏州大学本科生毕业设计（论文）i简易函数信号发生器的分析与设计目 录前言 .2第 1 章 设计任务及要求 .3第 1.1 节 设计任务 .3第 1.2 节 设计要求 .3第 2 章 系统分析 .4第 2.1 节 单片机最小系统 .5第 2.2 节 LCD 显示模块 .5第 2.3 节 系统电源模块 .7第 2.4 节 DAC0832 模块 .8第 2.5 节 按键模块 .11第 3 章 系统设计 .12第 3.1 节 整体电路设计 .12第 3.2 节 系统整体流程 .12第 3.3 节 显示、延时等子程序设计 .13第 4 章 系统测试 .14第 4.1 节 KEIL 软件程序编写 .14第

2、 4.2 节 proteus 软件仿真 .14第 4.3 节 STC-ISP 程序烧录 .16第 4.4 节 硬件 PCB 焊接 .17第 4.5 节 硬件测试 .18结论 .21参考文献 .21致谢 .22附录 .23附录 1：实物照片说明 .23附录 2：部分源程序 .23苏州大学本科生毕业设计（论文）ii苏州大学本科生毕业设计（论文）第 1 页简易函数信号发生器的分析与设计【摘要】：函数信号发生器是一种常用的信号源，普遍应用于电子电路、自动控制和科研实验等领域。信号产生能够用模拟电路、专用硬件等方式。如果用模拟电路制作函数信号发生器，就可以同时产生方波、锯齿波、正弦波等波形，但是存在一些

3、缺点，比如波形质量差、控制困难，能够调节的范围小，电路繁琐和体积庞大等缺点，且频率的调节是不便的。用硬件产生的信号虽然分辨率高，稳定性优良，容易调整，但是价格是昂贵的。用单片机编写程序产生信号源，产生的频率底线低，具有走线较低、体积小巧、价格低廉、稳定性好，应用范围广的优点。利用 STC89C52 和数模转换器 DAC0832 产生一个规律的电流信号，通过运放产生相应的电压信号，通过程序的控制，则可产生各种波形。对程序略加修改就可以产生想要的波形。本次设计能够产生三种波形，LCD 显示各波形的频率，硬件电路简单，软件功能完善，基本上达到了预想效果。关键词：单片机最小系统 LCD 显示系统 DA

4、C0832 运放 仿真Abstract : Function generator is a common signal source , widely used in the field of electronic circuitry, automatic controls and scientific experiments. Signal can be generated using analog circuitry, dedicated hardware , etc. . If you use analog circuit production function signal gener

5、ator, you can simultaneously produce a square wave , sawtooth , sine wave , etc. , but there are some drawbacks, such as poor waveform quality control difficulties , able to adjust the range of small , large circuit cumbersome and volume shortcomings, and frequency regulation is inconvenient . Altho

6、ugh the signals generated by hardware , high resolution , good stability , easy to adjust , but the price is expensive. MCU programming to generate the signal source , the bottom line to produce low frequency , with traces low , compact , inexpensive, good stability, wide application advantages.STC8

7、9C52 and digital to analog converter DAC0832 use the law to produce a current signal generated by the corresponding op amp voltage signal by the control program , you can produce a variety of waveforms. A slightly modified version of the program can generate waveforms want. This design can generate

8、three waveforms , LCD display the frequency of each wave , the hardware circuit is simple , improve software functionality , basically achieved the expected results .Keywords: microcontroller minimum system LCD display system DAC0832 op amp simulation苏州大学本科生毕业设计（论文）第 2 页前言本文以 STC89C51 单片机为核心设计了一个低频函

9、数信号发生器。信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波，波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。波形和频率的改变通过软件控制，幅度的改变通过硬件实现。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的设计原理。本系统可以产生最高频率 700HZ 的波形。该信号发生器具有体积小、价格低、性能稳定、功能齐全的优点。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 3 页第 1 章 设计任务及要求第 1.1 节 设计任务单片机制作简易函数信号发生器需要掌握单片机原理、接口的设计、微机程序等一系列知识。通过设计任务书，对简易函数信号发生器有个初步的了解，对软件和硬

10、件进行调试，得到想要的波形。在单片机最小系统基础上制作一个简易函数信号发生器，需要使用数模转换芯片 DAC0832。第 1.2 节 设计要求根据任务书的要求，此设计需要涉及两个方面。一是单片机最小系统的设计。二是微机接口设计和存储器扩展设计。单片机的最小系统的应用包括复位电路的使用、各个引脚的作用、四个并口的使用。一个串口的应用以及 51 单片机内部结构。DAC0832 工作方式不限，运放采用 LM358 且采用单电源供电。具体接法不限。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 4 页第 2 章 系统分析此次设计的简易函数信号发生器以 51 单片为控制核心，可以完成运算控制、信号识别和显示波形和频率功

11、能。单片机的使用，使电路更加简单，控制更加方便，功能更容易实现。此系统修改起来很方便，可通过程序的修改和设计很容易地制作出各种需要的波形。STC89C52 最小系统是基础，设计的简易函数信号发生器能够输出三种波形，利用按键即可实现。且能够用 LCD 显示相应波形的频率。这是方案的大体思路。下面介绍方案设计的具体思想。利用 STC89C52 最小系统驱动 LCD 显示系统，LCD显示频率值。考虑到要把所有器件放在 7x9cm 的板子上，而要用到 STC89C52、DAC0832 等芯片，一定会造成空间布局的紧张，按键部分要尽量减小占地面积，所以设计方案中仅采用一个按键，通过按键的多次按下产生不同

12、的波形，按键一直按，波形循环显示。本次设计能够在接通电源后通过按键切换依次显示正弦波、方波、锯齿波。DAC0832 是数模转换芯片。数模转换芯片将数字信号先转换为变化的电流，由于是要产生波形，然后要将电流再转换为电压，运放 LM358 即可做到。DAC0832 有多种工作方式可供选择，由于只是产生波形，直通工作方式便可满足要求，且接法简单，利于编程。对于 LM358 采用单电源供电，接法参照书单片机原理及接口技术 。DAC0832 接法：D0 到 D7 接到 51 单片机的 P1 口，其他的采用直通工作方式进行连接。LCD 接法：用 P0 口作为 LCD 的数据口，用 P2 口中的 P2.0、

13、P2.1、P2.2 、P2.3 作为LCD 中的 4 个控制口。按键接法：按键采用轻触开关，接在 P3.7 口，远离 P1 口，为 DAC0832 等器件腾出空间。具体接法见实际电路图。总设计框架如图 2-1 所示。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 5 页图 2-1 总体框图第 2.1 节 单片机最小系统电路图中可以看出，单片机的最小系统的设计包括晶振时钟电路，按键复位电路，STC89C52 芯片。如图 2-2 所示。图 2-2 时钟复位电路按下按键，将 RESET 上加 5ms 高电平使复位电路接通，如图中网络标号，可将单片机进行复位。当电路接通时，电容开始充电，随着电容储能的增加，电容两端

14、的电压因此慢慢变大，导致通过电容的电流逐渐变小。这样就能够得到一个脉冲电压，调节电容和电阻的大小能够调节脉冲的持续时间。电阻 R2 连至单片机 RESET 端口，加上高电平导致复位。单片需要外接一个时钟，一般可用 12MHz 的晶振做时钟，可以使用 10F 的电解电容和搭配 10k 的电阻做复位元件制作，如图 3-1 所示。当按下复位按钮时，电源通过限流电阻从而复位电路接通。RESET 端持续两个周期的高电平对单片机复位。根据设计需要的不同，单片机的定时控制功能可以使用时钟电路和振荡器实现。可以选择外部和内部连接两种连接方式。此次设计使用的是内部时钟方式。通过查阅资料可知，51 单片机的内部有

15、一个反相放大器，放大器有一个输入端和一个输出端。输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2，反相放大器产生时钟送至内部各元件。运算速度与时钟频率有关，频率越快，单片机的控制节拍就越快，因而运算速度也越快。电容 C1，C2 取值 22pf，这样可以帮助振荡器起振也可以对振荡器的频率起到微调的作用。电容和外接晶振可以组成振荡器，不受软件控制，通过加电延迟一段时间振荡器苏州大学本科生毕业设计（论文）第 6 页可以产生时钟，外接到单片机内部的线性反相放大器上。第 2.2 节 LCD 显示模块图 2-3LCD 显示模块如图 2-3 是 LCD 显示模块仿真截图。按键的电平变换通过 P3 口输入到单片机内

16、部，经单片机内部系列处理后最终从 P0 输出，可有 LCD 显示屏显示此时的波形和频率。1602 液晶显示模块1602 液晶的实物图如图 2-4 所示：图 2-4 1602 液晶1602 采用标准的 16 脚接口，其中：第 1 脚：VSS 为电源地第 2 脚：VCC 接 5V 电源正极第 3 脚：通过 V0 脚可对液晶显示器对比度进行调整。当 V0 端接正电源 VCC 时液晶屏对比度最弱。接地电源 GND 时液晶屏对比度最高。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。第 5 脚：RW 为读写信号线。RW 端为高电平时进行读操作。低电平时进行写操

17、作。第 6 脚：E(或 EN)端为使能端。E 端为高电平时读取信息，负跳变时执行指令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据端。15 脚背光正极，16 脚背光负极。此项目使用的的 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶。1602 液晶是一种专门显示字符、数字、符号的点阵型液晶模块。1602 由若干个 5*7 或者 5*11 等点阵字符位组成，显示清晰。每个字符由每个点阵字符显示，字符之间各有一个点距的间隔。考虑到其使用的便苏州大学本科生毕业设计（论文）第 7 页捷性与价格上的优势，在满足本次设计的功能前提下，本次设计决定采用 1602 液晶进行显示系统的设计。设计中使用 105 电阻对

18、 1602 的背光进行调节，使得 1602 的背光能够改变以适合和不同的场合。显示模块如图 2-5 所示： GND1VC2O3RS4W5E6B089LAK晶P.图 2-5 显示模块电路如图所示，此次设计选用单片机的 P2 口作为 LCD 的控制口状态口：P2.0 接 LCD 的RS 引脚，控制单片机从 LCD 中读数据。P2.1 接 LCD 的 RW 引脚，控制单片机向 LCD中写数据。P2.2 接 LCD 的使能端口，高电平有效，控制 LCD 的读写操作。P0 口分别连至 LCD 的 8 位并行数据口 D0D7，双向，三态，把单片机中的数据并行传输给 LCD。VSS 接 5V 高电平，VEE

19、 连至滑动变阻器可调端，小心调节滑动变阻器可以改变LCD 的亮度，使 LCD 达到最佳的清晰度。排阻 RP1 选用 RESPACK-8，对数据起到缓冲隔离作用，接在单片机 P0 口，对 P0 口起到上拉作用。第 2.3 节 系统电源模块如图 2-6 系统电源模块包括 LED 一个，自锁开关一个，限流电阻一个。TXI蓝 白 自 锁 开 关U_Headr图 2-6 电源模块开关控制电源接通与否，led 亮显示电源接通否则表示电源未接通。如所示，其中 1 口 VCC 接正电源与 USB 相连。4 口接地。2、3 口用作控制口，当向单片机中写入程序时起作用。自锁开关 S5 按下之后，按钮不会自行跳起，

20、这是处于锁定的状态。两个输入口苏州大学本科生毕业设计（论文）第 8 页IN1、IN2.两个输出口 O1、O2。再按一次，解锁完全跳起。原理图如图 2-7。图 2-7 自锁开关原理图如图 3-6 未按下时一边连接，按下时另一边连接，中间引脚一般接电源或者接地。焊接时需要区分引脚。第 2.4 节 DAC0832 模块包括 DAC0832 芯片，运放 Lm358 以及电阻 3 个，滤波电容两个。如图 2-8 是该模块的仿真电路。P1.0.P1.2.3 P1.4.5P1.6.7CSWRVREF8GND3VC20CS1WR12I34DI25I16DI07B9GND10 IOUT11I22DI713I64

21、DI515I46XFER17W28ILE(BY1/BY)19U2DAC0832+5vR41k32184U1:ALM358R510KR31KC40.7uf ABCD25%RV21k图 2-8DAC0832 模块DAC0832 介绍此次项目选用 8 分辨率的 DAC0832 的 D/A 转换集成芯片。DAC0832 芯片价格便宜，而且接口电路简单，与微处理器完全兼容，机构简单且容易控制，非常适合与 51 单片机搭配使用。查阅资料可知此次使用的转换 D/A 转换器 由 8 位输入锁存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 转换电路等构成。图 2-9 是 DAC0832 的引脚图。各个引脚的功能如下