单片机的信号发生器设计(附件)
课题设计了一个基于单片机的信号发生器，使之输出不同频率的正弦波、三角波、锯齿波和方波，并通过按键切换不同的波形，也可以改变频率以及频率变化的步进。
方案选择了DAC0832作为核心芯片，并与51单片机结合，设计出一款高精度的信号发生器。DAC0832是国家半导体公司生产的一款D/A转换器。为了实现幅度可程控的功能，这里选用了2个DAC0832芯片完成功能，其中一个用来产生波形，另外一个设计成程控放大器进行改变幅度，它的放大倍数通过DAC0832的数字端口来实现，根据设定的输出幅值，单片机只需要通过公式换算出给予的对应电平。所有要输出的参数都能通过液晶显示屏LCD1602显示。
关键词 信号发生器，单片机，LCD1602，DAC0832
目 录
1 引言1
1.1 目的和意义1
1.2 研究现状及发展趋1
1.3 系统主要功能2
2 总体方案论证与设计2
2.1 主控模块的选型与论证2
2.2 显示模块的选型与论证3
2.3 信号产生的选型与论证3
2.4 程控放大的选型与论证4
2.5 负压产生模块的选型与论证4
2.6 总体方案设计4
3 硬件设计4
3.1 主控模块4
3.2 显示模块8
3.3 键盘模块9
3.4 信号产生模块10
3.5 程控放大模块11
3.6 负压产生模块11
4 系统软件设计12
4.1 整体设计13
4.2 LCD1602显示程序14
4.3 键盘扫描程序14
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5 系统调试15
5.1 硬件调试15
5.2 软件调试17
结论20
致谢21
参考文献22
附录 A 原理图和PCB设计23
附录 B 元件清单24
附录 C 系统源程序25
1 引言
1．1 目的和意义
信号发生器是实验室最常见的仪器之一，在科研、测控和通信等领域都随处可见信号发生器的应用。目前，由纯硬件搭接而成的信号发生器是市场上最常见的信号发生器，这种由分立元件构成的信号发生器产生的信号频率不高，调试不便且运行不是很稳定；另一种信号发生器由集成芯片构成，优点是可产生多种波形信号且频率较高，但是调试不易且有着复杂的电路；利用D/A转换器配合单片机构成的信号发生器可以产生多种波形，还可以进一步进行调整，灵活方便。
当今社会，电子仪器设备的迅速发展给人们的生活带来了巨大的变化，人们的生活学习也因此便利了不少。随着单片机在现代电子领域中应用的不断增多，技术也随着不断进步。由于单片机的成本低且稳定性不错，所以用单片机设计的仪器设备有着高性比的优点。目前，由单片机设计的系统不仅应用到控制自动化，在家庭方面也尤为显著，从空调、洗衣机到油烟机，无处不在。
信号发生器是人们常见的电子设备，大致可分为两类。一种按其输出频率进行分类，另一种按产生波形进行分类。信号发生器能够应用到通信和电子系统等领域，与信号发生器的功能息息相关。信号发生器能够是构成独立的信号源，能作为频谱测量仪等多种仪器设备的组成部分。作为多种仪器设备的支撑技术，信号发生器可以提供有质量的扫描源及信号源，简化仪器的检测过程，节约时间，减少检测费用并提高检测精度。
1．2 研究概况及发展趋势
早在20世纪20年代波形发生器就出现了，用来测量仪器。由于第一代波形发生器的电路复杂，所以波形发生器的发展较为缓慢。随着科技的发展，波形发生器的技术也更加成熟。由于晶体管的发明使电子领域发生了巨大变革，第一台由全晶体管支撑的波形发生器也于1964年被研制出来。
波形发生器在60年代以后发展迅猛，这个时期的波形发生器采用了模拟电子技术，由集成电路和分立元件构成。然而这种波形发生器也有很大缺点：仪器体积大，耗能很高，成本较高，电路复杂，功能少，并且稳定性差。所以使用模拟电子技术制作的波形发生器在后期发展受到了很大阻碍。
70年代微处理器出现，使波形发生器的研发由模拟电子技术向着数字电子技术方面前进。这个阶段波形发生器是运用软件和硬件结合的方法来实现很复杂的功能，缺点是用软件程控波形，只能输出低频的波形。这是因为那个时期微处理器的时钟频率有1-3MHz，它能够产生波形的有效频宽不超过1MHz。如果考虑失真和平滑，重复频宽就不超过10KHz。
80年代后期波形发生器基本成熟。因为这个时期克服了软件的问题，发明了函数发生器。函数发生器的优点有：信号的频率精度高，能够达到作为信号源的要求；搭配RAM波形存储器，函数发生器能够产生绝大多数波形。最具代表性的函数发生器是由HP公司推出HP70S信号模拟装置，由HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。
如今，科研中涉及了越来越多前所未见的波形，以前的任意波形发生器已难以满足科研需求，任意波形发生器也日益完善。相较于早期着重音频频段的发生器，现在的波形发生器已涉及到射频频段，其带宽更是达到了2GHz，能够仿真卫星电视、通信等领域的复杂信号。Lecroy公司生产的的9100任意波形发生器更是其中的典型代表。
现在，市场上的波形发生器名目繁多，33250A函数任意波形发生器是其中技术较为全面的一款。它由安捷伦公司制造，输出频率宽度范围1μHz-80MHz，能够应用于不同频段的设计。安捷伦公司的一款8648D射频信号发生器因其频率宽度范围较高(高达9KHz-4GHz)的优点，更是被大量应用于超高频的设计领域。
1．3 系统主要功能
系统设计制作一个基于单片机的信号发生器。能实现以下几种功能：
(1) 用户可以通过按键设定频率、波形、幅度这些参数；
(2) 系统输出幅度范围为0.1VPP~5VPP。最小步进值为0.1VPP；
(3) 系统输出方波、三角波、正弦波和锯齿波，最小步进值为1HZ；
(4) 其中方波的占空比可通过安检来调节；
(5) 系统所有的设置的参数都能在LCD1602上显示。
2 总体方案论证与设计
按照系统所需要实现的功能，系统可分为以下若干个模块：显示模块、主控模块、信号产生模块、负压产生模块和程控增益模块，下面将对上述模块进行分析，选择最合适的进行论证。
主控模块的选型和论证
方案一：系统选用MSP430系列单片机，该单片机由TI公司制造，拥有16位超低功耗处理器。该单片机集成了数字电路、模拟电路以及微处理器。虽然该系列单片机功能强大，但由于价格较高，性价比不满足此设计，故不选用。
方案二：系统选用51系列单片机。51系列单片机具有可靠性高，性价比高,可进行在线编程和调试等优点，满足该设计的需求，故选用方案二。
(6) 五个中断源的中断控制系统，拥有2个优先级；
(7) 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信；
PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。当外部程序存储器被访问时，该引脚会在每个机器周期被启用两次，而当外部数据存储器被访问时，该引脚将不被启用。
1 引言1
1.1 目的和意义1
1.2 研究现状及发展趋1
1.3 系统主要功能2
2 总体方案论证与设计2
2.1 主控模块的选型与论证2
2.2 显示模块的选型与论证3
2.3 信号产生的选型与论证3
2.4 程控放大的选型与论证4
2.5 负压产生模块的选型与论证4
2.6 总体方案设计4
3 硬件设计4
3.1 主控模块4
3.2 显示模块8
3.3 键盘模块9
3.4 信号产生模块10
3.5 程控放大模块11
3.6 负压产生模块11
4 系统软件设计12
4.1 整体设计13
4.2 LCD1602显示程序14
4.3 键盘扫描程序14
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5 系统调试15
5.1 硬件调试15
5.2 软件调试17
结论20
致谢21
参考文献22
附录 A 原理图和PCB设计23
附录 B 元件清单24
附录 C 系统源程序25
1 引言
1．1 目的和意义
信号发生器是实验室最常见的仪器之一，在科研、测控和通信等领域都随处可见信号发生器的应用。目前，由纯硬件搭接而成的信号发生器是市场上最常见的信号发生器，这种由分立元件构成的信号发生器产生的信号频率不高，调试不便且运行不是很稳定；另一种信号发生器由集成芯片构成，优点是可产生多种波形信号且频率较高，但是调试不易且有着复杂的电路；利用D/A转换器配合单片机构成的信号发生器可以产生多种波形，还可以进一步进行调整，灵活方便。
当今社会，电子仪器设备的迅速发展给人们的生活带来了巨大的变化，人们的生活学习也因此便利了不少。随着单片机在现代电子领域中应用的不断增多，技术也随着不断进步。由于单片机的成本低且稳定性不错，所以用单片机设计的仪器设备有着高性比的优点。目前，由单片机设计的系统不仅应用到控制自动化，在家庭方面也尤为显著，从空调、洗衣机到油烟机，无处不在。
信号发生器是人们常见的电子设备，大致可分为两类。一种按其输出频率进行分类，另一种按产生波形进行分类。信号发生器能够应用到通信和电子系统等领域，与信号发生器的功能息息相关。信号发生器能够是构成独立的信号源，能作为频谱测量仪等多种仪器设备的组成部分。作为多种仪器设备的支撑技术，信号发生器可以提供有质量的扫描源及信号源，简化仪器的检测过程，节约时间，减少检测费用并提高检测精度。
1．2 研究概况及发展趋势
早在20世纪20年代波形发生器就出现了，用来测量仪器。由于第一代波形发生器的电路复杂，所以波形发生器的发展较为缓慢。随着科技的发展，波形发生器的技术也更加成熟。由于晶体管的发明使电子领域发生了巨大变革，第一台由全晶体管支撑的波形发生器也于1964年被研制出来。
波形发生器在60年代以后发展迅猛，这个时期的波形发生器采用了模拟电子技术，由集成电路和分立元件构成。然而这种波形发生器也有很大缺点：仪器体积大，耗能很高，成本较高，电路复杂，功能少，并且稳定性差。所以使用模拟电子技术制作的波形发生器在后期发展受到了很大阻碍。
70年代微处理器出现，使波形发生器的研发由模拟电子技术向着数字电子技术方面前进。这个阶段波形发生器是运用软件和硬件结合的方法来实现很复杂的功能，缺点是用软件程控波形，只能输出低频的波形。这是因为那个时期微处理器的时钟频率有1-3MHz，它能够产生波形的有效频宽不超过1MHz。如果考虑失真和平滑，重复频宽就不超过10KHz。
80年代后期波形发生器基本成熟。因为这个时期克服了软件的问题，发明了函数发生器。函数发生器的优点有：信号的频率精度高，能够达到作为信号源的要求；搭配RAM波形存储器，函数发生器能够产生绝大多数波形。最具代表性的函数发生器是由HP公司推出HP70S信号模拟装置，由HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。
如今，科研中涉及了越来越多前所未见的波形，以前的任意波形发生器已难以满足科研需求，任意波形发生器也日益完善。相较于早期着重音频频段的发生器，现在的波形发生器已涉及到射频频段，其带宽更是达到了2GHz，能够仿真卫星电视、通信等领域的复杂信号。Lecroy公司生产的的9100任意波形发生器更是其中的典型代表。
现在，市场上的波形发生器名目繁多，33250A函数任意波形发生器是其中技术较为全面的一款。它由安捷伦公司制造，输出频率宽度范围1μHz-80MHz，能够应用于不同频段的设计。安捷伦公司的一款8648D射频信号发生器因其频率宽度范围较高(高达9KHz-4GHz)的优点，更是被大量应用于超高频的设计领域。
1．3 系统主要功能
系统设计制作一个基于单片机的信号发生器。能实现以下几种功能：
(1) 用户可以通过按键设定频率、波形、幅度这些参数；
(2) 系统输出幅度范围为0.1VPP~5VPP。最小步进值为0.1VPP；
(3) 系统输出方波、三角波、正弦波和锯齿波，最小步进值为1HZ；
(4) 其中方波的占空比可通过安检来调节；
(5) 系统所有的设置的参数都能在LCD1602上显示。
2 总体方案论证与设计
按照系统所需要实现的功能，系统可分为以下若干个模块：显示模块、主控模块、信号产生模块、负压产生模块和程控增益模块，下面将对上述模块进行分析，选择最合适的进行论证。
主控模块的选型和论证
方案一：系统选用MSP430系列单片机，该单片机由TI公司制造，拥有16位超低功耗处理器。该单片机集成了数字电路、模拟电路以及微处理器。虽然该系列单片机功能强大，但由于价格较高，性价比不满足此设计，故不选用。
方案二：系统选用51系列单片机。51系列单片机具有可靠性高，性价比高,可进行在线编程和调试等优点，满足该设计的需求，故选用方案二。
(6) 五个中断源的中断控制系统，拥有2个优先级；
(7) 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信；
PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。当外部程序存储器被访问时，该引脚会在每个机器周期被启用两次，而当外部数据存储器被访问时，该引脚将不被启用。
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