信号发生器硬件电路设计论文

1、西安工程大学本科毕业设计（论文）摘 要 本文讲述的是一个能产生正弦波、三角波、方波、锯齿波等波形的信号发生器的设计，具有连续可调的频率和幅度，同时也具有超功率报警系统。为了满足要求，这个设计是以AT89S52单片机为核心的控制芯片，其外围连接有按键电路，显示电路，D/A转换电路，运算放大电路和功率输出电路等，大致工作方式是通过按键给单片机相应的信号，单片机通过控制外围的各电路，就会在显示屏上出现相应的波形及其频率的大小，就这样实现信号发生器的功能。本设计基本上满足了所需信号发生器的要求，通过仿真与调试，所产生的波形达到了预期的结果，性能比较好。经过测试与仿真实验，总体上来说，该设计是比较成功的

2、，它的设计比较简单，主要由单片机来控制各个部分，与其他信号发生器相比，成本不高，但功能比较强大，性能也很稳定，能够适用于多个需要信号发生器的场合，具有很大的实用价值。 关键字：单片机，D/A转换，信号发生器，运算放大器 ABSTRACTThis article is about a can produce sine wave, triangle wave, square wave, sawtooth waveform signal generator design, with continuously adjustable frequency and amplitude, but also h

3、as a super-power alarm system. In order to meet the requirements, the design is based on AT89S52 microcontroller as the core control chip, which is connected to the external key circuit, display circuit, D / A conversion circuit, operational amplifier circuits and power output circuits, etc., genera

4、lly works by key corresponding to the microcontroller signal, the microcontroller each circuit by controlling the peripheral, it will appear on the display of the waveform corresponding to the size and frequency, and thus realize the function of the signal generator. This design basically meet the r

5、equirements of the desired signal generator, simulation and debugging, the resulting waveform to achieve the expected results, the performance is better.Many times through testing and simulation experiments, on the whole, this design is more successful, its design is relatively simple, mainly by the

6、 microcontroller to control various parts, compared with other signal generator, the cost is not high, but more powerful , the performance is very stable, can be applied to the signal generator to a plurality of occasions, with great practical value.Key word : MCU, D / A conversion, signal generator

7、, operational amplifierII目 录前 言1第1章 方案设计和选择41.1单片机的特点41.2信号发生器的概述41.2.1信号发生器的分类51.2.2信号发生器的现状51.3 方案的设计与比较61.3.1 三个方案61.3.2 方案比较61.4 原理与控制芯片71.4.1 设计原理71.4.2 控制芯片选择71.5研究的内容8第2章 硬件设计92.1基本原理92.2 所用芯片介绍92.2.1 AT89S52单片机92.2.2 芯片DAC0832122.2.3 芯片TLC549142.2.4 运算放大器LM324152.3 部分电路原理162.3.1 主控电路162.3.2

8、时钟电路162.3.3 按键接口电路172.3.4 显示电路182.3.5 复位电路182.3.6 运算放大电路192.3.7 功率放大电路20第3章 软件设计223.1 主程序流程图22第4章 仿真与调试244.1 软件仿真结果244.2 仿真结果分析264.3 硬件调试264.4 调试结果分析29第5章 总结与展望305.1 总结305.2 展望31参考文献32附录A35附录B36附录C37前 言信号发生器是一种最有历史的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信与雷达技术的快速发展，40年代出现了主要用于测试的各种接收机的标准信号发生器，信号发生器从定性分析的测试仪器发展

9、成定量分析的测试仪器。同时还出现了可用来测试脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构较为复杂，功率较大，电路较为简单，因此发展速度比较慢。自60年代来信号发生器有了很快的发展，出现了函数发生器，此时期的信号发生器多用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等简单波形，由于模拟电路漂移较大，使其输出波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成了的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生比较复杂的信号波形则电路结构非常复杂。自70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使用，使信

10、号发生器的功能扩大，产生多种复杂的波形。这时期出现的信号发生器很多以软件为主，实质采用的是微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种波形。软件控制波形一个最大缺点就是输出波形的频率低，这主要是由于CPU的工作速度决定的，如果要提高频率可以改进软件程序，减少其执行周期时间或提高CPU时钟周期，但这些办法是有限的，根本的办法主要还是要改进硬件电路。随着电子、计算机和信号处理等技术的迅速发展，极大促进了数字化技术在电子测量中的应用，使原有的模拟信号处理慢慢的被数字信号处理代替，从而增强了仪器信号处理的能力，提高了信号测量的准确度和变换速度，克服了模拟信号处理的很多缺点，数字信号发生器就这样发展起来了

11、。信号发生器又称信号源或振荡器。它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。 信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数

12、信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。 信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形的曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内

13、，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。信号发生器的作用信号调制功能:信号调制是指被调制信号中，幅度、相位或频率变化把低频信息嵌入到高频的载波信号中，得到的信号可以传送从语音、到数据、到视频的任何信号。信号调制可分为模拟调制和数字调制两种，其中模拟调制，如幅度调制(AM)和频率调制(FM)最常用于广播通信中，而数字调制基于两种状态，允许信号表示二进制数据。随着我国社会的不断发展，不论是生活还是教育，与以往相，都有了显著的进步，受高等教育的人越来越多，作为一名学通信的高校学子，函数信号发生器是我们学习过程中必需要用到的仪器，是各种测试和实

14、验过程中不可缺少的工具，在通信、测量、雷达、控制、教学等领域应用的十分广泛。不论是生产、科研还是在教学上，信号发生器都是电子工程师信号仿真实验最佳的测试工具，而且，信号发生器的设计方法很多，设计技术越来越先进。随着我国经济和科技的发展，对相应的测量仪器和测量手段也提出更高的要求，信号发生器己成为测试仪器中相当重要的一类，因此开发信号发生器具有很重大的意义。但传统的信号发生器大多数采用专用的芯片或者单片机或模拟电路，成本高或者控制方式不灵活或者波形种类比较少等不能满足现在的要求。根据上面所提出的问题，我们设计了一种以单片机为核心控制芯片的函数信号发生器，外围具有DA转化电路，运算放大电路，显示电

15、路，按键电路等。通过按键来选择波形和调节频率的大小，设计比较简单，性能比较稳定，大大的降低了成本，可以应用于一些实践需要和实验的需要，具有一定的实用性。第1章 方案设计和选择1.1单片机的特点单片机是由中央处理器、存储器、并行I/O接口、串行I/O接口、定时器/计数器和定时电路及元件，加上其他的一些计算机外围电路等集合在一块芯片上构成的单片微型计算机，其中存储器包括程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。单片机具有体积较小、成本较低，性能相对稳定、使用寿命长等特点。其最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器和设备中，这是其他的计算机和网络都是无法做到的。一个单片机的芯片就是一台计算机。由于单片机

16、的这种特殊结构的形式，在某些应用领域里，它已经承担了大中型计算机和通用微型计算机一般无法完成的一些工作。使其具有许多显著的优点和特点，因此在各个领域里都得到了飞速的发展。单片机的特点总结起来有以下几个方面。（1）具有很好的性能价格比（2）集成度高、体积很小、可靠性却很高（3）有很强的控制功能（4）有低电压、低功耗的优点单片机大量的用于携带式产品或家用消费类的产品，低电压与低功耗的作用尤为重要。目前，许多单片机已经可以在2.2V电压下运行,有的已经能在1.2V或0.9V电压下正常的工作，功耗降至了A级,一粒很小的钮扣电池就可以长期的使用。采用单片机利用程序的设计方法来产生低频信号，其下限频率是很

17、低的。具有线路比较简单，结构相对紧凑，价格非常低廉，频率稳定度很高，抗干扰能力相当强和用途十分广泛等优点，并且能够对波形进行微调，改良波形的瑕疵，使其满足系统所需的要求。只要对电路稍稍加以修改，调整一下程序，即可完成功能的升级。1.2信号发生器的概述1.2.1信号发生器的分类信号发生器应用很广泛，种类很多，性能很多，分类也非常之多。按照频率范围的大小分类可以分为：超低频的信号发生器、低频的信号发生器、视频的信号发生器、高频的波形发生器、甚高频的波形发生器与超高频的信号发生器。按照输出波形的分类可以分为：正弦信号发生器与非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括了：脉冲信号发生器、函数信号发生器、

18、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器和 噪声信号发生器等。以信号发生器性能指标可以分为一般的信号发生器和标准的信号发生器。前者指的是对输出信号频率的准确度、幅度的准确度和信号的稳定度以及波形的失真等要求不高的一类信号发生器。后者指的其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定的范围内连续可调，而且读数准确、稳定、屏蔽性能良好的中高档信号发生器。1.2.2信号发生器的现状波形信号发生器亦称函数信号发生器，作为实验用的信号源，是现在各种电子电路实验设计应用领域中必不可少的仪器之一。目前，市场上常见的波形信号发生器多数为纯硬件的搭接而成的，且波形种类不多，多为锯齿波、正弦波、方波和三角波等

19、波形。信号发生器作为一种最为常见的应用电子仪器设备，传统的信号发生器可以完全由硬件电路搭接而成，例如采用555振荡电路产生正弦波、三角波和方波的电路便是可选取的路径之一，不用依赖单片机。但是这样的电路存在波形质量不好，控制难度高，可调范围很小，电路结构复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践的领域中，如工业过程的控制，生物医学，地震模拟机械振动等的领域中常常要用到低频信号源。可是由硬件电路构成的低频信号，它的性能难以令人们满意，而且由于低频信号源所需要的RC很大；阻值大的电阻和阻值大的电容在制作上有很大的困难，所以参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗很多更是其致命的弱点，一旦工作的需求要求

20、功能增加，则电路复杂的程1.3 方案的设计与比较1.3.1 三个方案方案一：采用函数信号发生器ICL8038的集成模拟芯片，（如图21）它是一个可以同时产生方波、三角波、正弦波和锯齿波的专用集成电路。但这种模块产生的波形都不会是纯净的波形，会寄生一些高次的谐波分量，采用一些其他的措施虽然可滤除一些，但不可能完全的滤除掉。 图 11方案二：采用分立元件来实现非稳态的多谐振荡器，然后根据需求加入相应的积分电路等构成正弦波、方波、三角波和锯齿波等信号发生器。这种信号发生器的输出频率范围比较窄，而且电路参数设定非常的复杂，其频率大小的测量一般需要通过硬件电路的调试与切换来实现，操作实在是很不方便。方案

21、三：采用单片机与DAC0832数模转换器构成信号发生器，因为是软件滤波，所以一般不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较好。它的有点是价格较低、性能较高，在低频信号范围内稳定性能好、操作很方便、体积小、功耗低等。1.3.2 方案比较鉴于方案一产生波形不稳定，会寄生一些高次谐波的分量，虽然可以排除，但不能完全清除，方案一不可以选用。方案二所设计出的信号发生器输出频率比较窄，而且硬件电路设计相当的复杂，操作很不方便，所以方案二被排除。通过比较方案三产生的波形能达到设计的要求，而且具有价格低，功耗低，体积小，操作很方便等特点。经比较，选用发方案三来设计信号发生器。1.4 原理与控制芯片1.4.1 设

22、计原理 数字信号可以通过D/A转换转换成模拟信号，因此可以通过产生数字信号以后再转换成模拟信号的方法来获得所需要的一些波形。AT89S52单片机自身就是一个完整的微型计算机，具有构成微型计算机的各个部分的部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只需要将AT89S52配备相应的键盘及其接口、显示电路及其接口、D/A转换器及波形输出口连接和指示灯及其接口等部分，即可构成所需的波形信号发生器，其信号发生器构成原理框图如图22所示。图12AT89S52是整个波形信号发生器的核心部分，通过程序的编写与执行，产生各种各样信号的波形，

23、并从键盘上接收数据，然后进行各种功能的转换和信号幅度的调整。当数字信号经过接口电路到达转换电路，将其转换成模拟信号也就是所需要的输出波形1.4.2 控制芯片选择方案一：AT89S52单片机是一种性能很高的8位单片微型计算机。它把组成计算机的中央处理器、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成度很高电路芯片上，所以构成较为完整的计算机。方案二：C8051F005完全集成的混合信号系统级芯片，其具有与AT80S52兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全可以兼容。除了具有标准的AT80S52数字外部设计部件之外，片内还集成了数据采集与控制系统里常用的模拟部件和其他数字外部设计及功能的部件。方案

24、选择：方案二中C8051F005芯片内部结构十分复杂，不容易控制，芯片成本又很高，对于本系统而言不适合，AT89S52单片机芯片比较常用，容易控制而且构造简单，成本又低，性能比较好所以采用方案一。1.5研究的内容 本设计是做基于单片机的信号发生器设计，将会采用编程的方法来实现三角波、锯齿波、矩形波和正弦波的产生。根据设计要求，对各种波形的频率与幅度进行程序的编写，并将所写程序烧入单片机的程序存储器中。在程序的运行中，当接收到外界的命令，需要输出某种波形时，再调用相应的中断服务子程序与产生波形的程序，经电路的数/模转换和运算放大器处理以后，由信号发生器的输出端输出。 8第2章 硬件设计2.1基本

25、原理信号发生器主要是由单片机作为核心的控制芯片，外围具有D/A转换电路、运算放大电路、波形频率显示电路及其电源等电路组成。其工作原理是通过对单片机编程控制外围的芯片和电路，当按下相应的键时会出现正弦波、三角波、方波和锯齿波等不同的波形，同时会在LCD显示屏上显示出相应的波形名称及其频率的大小。系统框图如图21所示。 图 212.2 所用芯片介绍2.2.1 AT89S52单片机AT89S52管脚图如图22所示。图 22AT89S52单片机是低功耗，高性能，采用CMOS工艺的8位微型计算机。其内部组合包括：具有8KB的可在线编程的Flash存储器；一个8位微处理器CPU以及片内振荡器和产生时钟的电

26、路，其中石英晶体和微调电容需要外接；具有256字节的RAM；具有可编程的32根I/O口线；具有3个可编程的定时器T0，T1和T2；内含2个数据指针TPTR0和TPTR1；中断系统具有8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的中断结构；串行通信口是一个全双工的UART串行口；2种低功耗节电工作方式为空闲模式和掉电模式；具有3级程序锁定位；含有一个看门狗定时器；具有断电标志POF；AT89S52的工作电源电压为4.0V-5.5V；全静态工作模式为0-3MHZ；与MCS-51产品完全兼容。VCC：电源电压输入引脚。GND：电源接地。RST：复位输入信号，高电平有效。在振荡器稳定工作时，在RST施加两个机

27、器周期以上的高电平，将器件复位。ALE/PROG：低地址锁存允许/编程脉冲输入。在访问外部程序存储器和外部数据存储器时，该引脚输出一个地址锁存脉冲ALE，其下降沿可将低8位地址锁存在片外地址锁存器中。在编程时，向该引脚输入一个负脉冲/PROG。在正常操作时，该引脚输出恒定频率脉冲信号ALE，其频率为晶振的1/6。应该注意，每一次访问片外RAM时，便就会丢失一个ALE脉冲。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：外部程序存储器访问允许信号。当/EA保持低电平时，

28、对ROM的读操作限定在外部程序存储器，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，对ROM的读操作从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。在FLASH编程期间，该引脚接编程电压（12V）。在编程校验时，该引脚可接Vcc。XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生线路的输入端，使用片内振荡器时，连接外部石英晶体和微调电容。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，当使用片内振荡器时，外接石英晶体和微调电容。P0口：8位、漏极开路的双向I/O口。当使用片外存储器及其外扩I/O口时，P0

29、口也可作为低字节地址/数据复用线。在Flash编程时，P0口输入代码数据；在Flash编程校验时，P0口输出代码数据；P0口也可作为通用的I/O口使用，但需加上拉电阻，变为准双向口。作为普通输入时，应将输出锁存器置1。P0口可以驱动8个TTL负载。在进行编程时，需外接10K的上拉电阻。P1口：8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P1口为用户使用的通用I/O口，可以驱动4个TTL负载。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入。在编程和校验期间，P1口可输入低字节地址。P1.0和P1.1也可作定时器2的外部计数输入（P1.0/T2）和触发器输入（P1.1/T2EX）。 P2口：8位、准双

30、向I/O口，具有内部上拉电阻。P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并

31、用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（定时器0外部计数输入）P3.5 T1（定时器1外部计数输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）2.2.2 芯片DAC0832DAC0832芯片的管脚图如图23所示。图 23DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与

32、微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。D0D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；IOUT1：模拟电流输出端1，当DAC寄存器中数据全为1时，输出电流最大，当 DAC寄存器中数据全为0时，输出电流为0。IOUT2：模拟电流输出端2， IOUT2与IOUT1的和为一个常数，即IOUT1IOUT2常数RFB：反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以 RFB端可以直接接到外部运算放大器的输

33、出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。VREF：参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接一个负电压，它决定0至255的数字量转化出来的模拟量电压值的幅度，VREF范围为(+10-10)V。VREF端与D/A内部T形电阻网络相连。 Vcc：芯片供电电压，范围为(+5 15)V。AGND：模拟量地，即模拟电路接地端。DGND：数字量地。 ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数

34、据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。当WR2和XFER同时有效时，8位DAC寄存器端为高电平“1”，此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就是输入寄存器Q端的电平变化；反之，当端为低电平“0”时，第一级8位输入寄存器Q端的状态则锁存到第二级8位DAC寄存

35、器中，以便第三级8位DAC转换器进行D/A转换。一般情况下为了简化接口电路，可以把WR2和XFER直接接地，使第二级8位DAC寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。 特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。制作低频信号发生器有许多方案：主要有单缓冲方式，双缓冲方式和直通方式。单缓冲方式具有适用于只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出的情形的优点，但是电路线路连接比较简单。而双缓冲方式适用于在需要同时输出几路模拟信号的场合，每一路模拟量输出需一片DAC0832芯片，构成多个DAC0832同步输出电路，程序简单化，但

36、是电路线路连接比较复杂。根据以上分析，我们的课题选择了单缓冲方式使用方便，程序简单，易操2.2.3 芯片TLC549TLC549的引脚图如图24示图 24TLC549是一种低价位、高性能的8位 A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D转换，其转换速度小于 17us，最大转换速率为 40000HZ，4MHZ典型内部系统时钟，电源为 3V6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。REF+：正基准电压输入 2.5VREF+Vcc+0.1。REF-：负基准电压输入端，-0.1VREF-2.5V。且要求：（REF+）（REF-1V。 VCC：系统

37、电源3VVcc6V。 GND：接地端。 /CS：芯片选择输入端，要求输入高电平 VIN2V，输入低电平 VIN0.8VDO：转换结果数据串行输出端，与 TTL 电平兼容，输出时高位在前，低位在后。AIN：模拟信号输入端，0ANALOGINVcc，当 ANALOGINREF+电压时，转换结果为全“1”(0FFH)，ANALOGINREF-电压时，转换结果为全“0”(00H)。 CLK：外接输入/输出时钟输入端，同于同步芯片的输入输出操作，无需与芯片内部系统时钟同步。2.2.4 运算放大器LM324LM324的引脚图如图25所示。图 25LM324时四运放集成电路，它的内部包含四组形式完全相同的运

38、算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图中所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“OUT”为输出端。两个信号输入端中，“-”为反相输入端，表示运放输出端OUT的信号与该输入端的为相反；“+”为同相输入端，表示运放输出端OUT的信号与输入端的相位相同。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可但电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。2.3 部分电路原理2.3.1 主控电路AT89S52从P3口接收来自键盘的信号，再通过P0口显示在LCD 显示屏上，用于控制信号的输入与输出。单

39、片机AT89S52的P1口与芯片DAC0832相连，通过DAC0832将数字量转化成模拟量。通过对单片机的编程，再加上键盘的相应操作，就会产生正弦波、方波、锯齿波和三角波的波形，并会在LCD上显示出相应的波形名称与频率。主控电路如图26所示。图 262.3.2 时钟电路AT89S52的振荡器有两种组成方式：片内振荡器和片外振荡器。本设计采用的是片内振荡器。AT89S52单片机有两个XTAL1、XTAL2引脚，在这两脚之间接上一个谐振器和两个电容，就会形成一个振荡器，振荡频率的大小取决于所接谐振器固有的频率。单片机片内振荡器包括外接晶体谐振器和陶瓷谐振器，常用的是石英晶体谐振器。本设计振荡器的组

40、成电路如图27所示。AT89S52单片机晶振频率可以从024MHz。的数值通常选择为6MHz，12MHz等，或者选1MHz。晶振频率越高，电源电流越大，功率消耗越大。一般的对于石英晶体选取为电容C1，C2=30pF10pF，典型值为33pF；对于陶瓷谐振器选取为电容C1，C2=40pF10pF，典型值39pF或47pF。本设计选用石英晶体振荡器，f =12MHz，C1，C2=30pF。图 272.3.3 按键接口电路图28是按键接口电路的原理图，图中的按键与单片机AT89S52的P3口相连接，当按下相应的按键时，AT89S52 就会不断地扫描，看是否有键按下，如果有，则会根据相应的按键作出正确

41、的反应。其中“K1”号键代表输出的是正弦波，“K2”号键代表输出的是方波，“K3”号键代表输出的是三角波，“K4”号键代表输出的是锯齿波，“K5”号键代表频率的增加，“K6”号键代表频率的减小。通过这样的按键就会产生相应的波形及其频率。图 282.3.4 显示电路在这个设计中我们选用的是LCD1602显示屏显示，它的八位数据端接在AT89S52单片机的P0端口，其中三个端口RS、RW、E分别接在单片机P2.4P2.6端口，同时会在在LCD1602可以显示出相应的波形及其频率的大小,LCD1602上的滑动变阻器可以调节液晶显示屏的亮度。电路如图29所示。图 292.3.5 复位电路当振荡器运行时

42、，在引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变）将使单片机复位。在Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由Vpp向内部RAM提供备用电源,以保持内部RAM中的数据。当单片机CPU收到复位信号后，会将内部特殊功能寄存器设置为规定值。复位信号结束后，CPU会开始从程序存储器“0000H”处执行程序。如图210所示为复位电路的设计。图 210单片机调试程序时有两种工作方式。一是仿真方式，主要是调试相关程序。这时执行程序被仿真器完全控制，复位电路起不了什么作用。二是用户方式，就是没有仿真器时候的工作方式，在这个时候，用户的振荡电路与复位电路都要确保正常的工作。因此，如果复位电路出现故障，那就一定与仿

43、真器有关系。如果用户方式出现故障，这是许多人遇到的问题。2.3.6 运算放大电路如图211所示，该图是由两个LM324运算放大器构成的运算放大电路，经转化的信号从DAC0832芯片输出后，会进入第一个LM324（U6A）运算放大器进行放大，将电流转化成为电压，在经过第二个放大器LM324(U5A)放大，然后输出。图 211 由于DAC0832基准电压给的是Vref=5V，所以图中U6A端口输出电压为Vout=5V，通过公式21可以计算出通过R2输出的电压V2。 (21)式21中D取255，由于DAC0832的最大输入偏执电压为7mV，所以经计算取R=R2=10K。 通过式22可以计算U5A的输

44、出Vo的大小。 (22)本设计中要保证Vo在05V之间变化，所以R3为一滑动变阻器，R3的最大阻值取为15K,这样可以保证Vo的输出要求。2.3.7 功率放大电路如图212所示为功率放大器，功率计算公式如下： （23）其中Vom表示输出电压的幅值图 212 由于本设计中最大的输出Vom为4.5V，要求是输出功率最大为3W，所以根据公式23计算出了Rl的大小为3.4欧姆。功率放大器与TLC549芯片的AIN引脚相连，当功率超过3W时就会停止工作，实现报警系统。第3章 软件设计3.1 主程序流程图如图41所示是主程序流程图的框图。本软件设计过程主要是通过对单片机的编程实现利用按键控制不同波形的输出

45、，当按键1按下时，信号发生器就输出正弦波；当按键2按下时，信号发生器就输出方波；当按键3按下时，信号发生器就输出三角波；当按键4按下时，信号发生器就输出锯齿波；当按键5按下时，信号发生器就输出频率增加。当按键6按下时，信号发生器就输出频率减小。图 31第4章 仿真与调试4.1 软件仿真结果在确定编程思路以后将各部分的程序及各子程序编好，使用Keil进行编译，根据提示的错误对程序进行修改。除了语法差错和逻辑差错外，当确认程序没问题时，通过编译产生.hex文件，然后加载到用Proteus软件所做的电路图中，通过Proteus软件进行仿真，会观察出硬件的性能，仿真波形如下所示。当按下K1键时，波形为

46、正弦波，仿真图如图41所示。图 41当按下K2键时，波形为方波，仿真图如图42所示。图42当按下K3键时，波形为三角波，仿真图如图43所示。图 43当按下K4键时，波形为锯齿波，仿真图如图44所示。图 444.2 仿真结果分析通过Proteus仿真软件对所设计电路图的仿真结果比较好，在仿真示波器上观察到了正弦波、方波、三角波和锯齿波。其中方波稍微有一点瑕疵，这与电路设置的参数有关系，也与电脑有一些关系。对处理这样的情况，我们可以换一些更高级的芯片和设计更合理的电路，也可以换一代电脑试一试仿真结果。当然出现这一现象的主要原因归于电路参数的设置。虽然存在有一点误差，但是四种波形基本上都可以看到，方

47、波有一点瑕疵，但是符合设计的基本要求。经过分析，如果在对电路进行调试时适当的改变数模转换电路以及输出放大电路的参数电路输出结果会相对好一些。4.3 硬件调试通过软件仿真观察到结果后，就根据仿真的的电路图做出了实物电路板子，经过调试，终于在示波器上出现了相应的图形，在LCD1602上出现了相应波形所对应的的名称及频率大小。当按下K1键时，输出为正弦波，如图45所示。图45当按下K2键时，输出为方波，如图46所示图 46当按下K3时，输出为三角波，如图47所示。图 47当按下K4时，输出为锯齿波，如图48所示。图 48当按下K5时，相应波形的频率会增大。当按下K6时，相应波形的频率会减小。4.4

48、调试结果分析从示波器上可以清楚地看到各个波形，基本上波形的形状是令人满意的，是达到设计要求的，但每种波形都有一点瑕疵，特别是方波，我认为这与硬件器件的选择有很大的关系，与参数的选择有关系，与软件的编程有关系，也与板子的温度有关系，其中器件选择和参数的选择关系最大。第5章 总结与展望5.1 总结毕业设计是全面检阅大学生在高等教育阶段整体学习的效果能力培养状况的一个至关重要环节，是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要过程。是对学生在走向工作岗位前的最后一次在学校进行实际工作能力的具体培训与考察。现在已经是毕业设计的后期阶段，但回顾起这次毕业设计我仍是感慨挺多

49、的，在拿到课题之后，我就在想着这个应该怎么实现，查相关的资料，看相关的书籍，为正式开始做打好基础。我们毕业设计开始做是在2013年3月18号开始的，当时我还在深圳实习，不能及时返校，向老师请了假。在深圳的时候，我到休假的时候就去网吧查信号发生器相关的资料，虽说在实习，但丝毫没有放松自己的毕业设计。我是2013年4月11号从深圳回到学校的，然后就在宿舍认认真真的做毕设，有不会的，就会向导师去请教。在做毕设的这段日子里，可以说苦比甜多得多啊，但是学到了很多很多有用的东西，不仅巩固以前所学过的知识，而且学到了许多在书本上学不到的知识。通过毕业设计使我懂得理论与实践相结合是十分重要的，只有理论知识，是

50、远远不能在社会立足的，去深圳实习我也切实地感受到了这一点，只有把所学到的知识与我们现实生活相结合起来，才能从理论中得出结论，才能为社会服务，才能在社会上得到别人的赏识，从中提高自己的实际能力和思考能力。在这次设计过程中，我遇到的困难是相当多的，可能有许多同学一看我课题的名称（信号发生器的硬件电路设计）都会觉得是很简单的，我当时也这么认为，可细节要求很高的，其中一个功率报警系统就把我难住了，这也是最难得一个要求。所以在一次答疑的时候，我就问了我们的导师，他给我说了一下原理，感觉不难，回来后就开始动手去做，可还是不那么的顺利，最后就上网查，看相关书籍，最终做成功了。在这次毕设中学到了不少，比如一些元器件的