单片机的低频信号发生器(附件)
本文设计的目的是利用AT89S51单片机和数模转换元件DAC0832产生所需不同信号的低频信号源，即采用AT89C51 单片机作为控制中心，而在外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM358）、按键电路和LC D液晶显示电路等，通过按键可控制产生方波、锯齿波、三角波、正弦波，调整频率的大小，同时用LCD液晶显示对应的波形输出。本文中简要介绍了单片机AT89S51的基础理论，DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，，以及与电路设计有关的各种芯片，并着重详细介绍了利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程设计。本文所设计的系统简单、性能良好、性价比高，可用于多种需要低频信号源的场所，可应用到相关的生活中去。关键词 单片机，信号发生器，低频， D/A转换电路， 运算放大电路目 录
1 绪论 1
1.1 信号发生器综述 1
1.2信号发生器的发展历史 1
2 硬件设计 2
2.1总体设计框图 2
2.2单片机最小系统 2
2.3 数模转换模块 7
2.4运算放大模块 8
2.5 键盘电路设计模块 9
2.6显示电路设计模块 9
3 软件设计 11
3.1 主程序流程图 11
3.2 子程序流程图 12
4 系统调试 17
4.1软件调试 17
4.2生成hex文件 17
4.3 Protues硬件电路仿真调试 18
结论 21
致谢 23
参考文献 24
附录 25
附录A 电路原理图.仿真图 25
附录B 程序清单 27
1 绪论
1.1 信号发生器综述
现在市场上有许多种信号发生器，一般分为以下几种：
超高频：频率范围 1MHz 以上，可达几十兆赫兹。
高频：几百千赫兹到几兆赫兹。
低频：频率范围为几十赫兹到几百千赫。
超低频：频率范围在零点几赫兹以下。
超高频信号发生器:产 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
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1 绪论
1.1 信号发生器综述
现在市场上有许多种信号发生器，一般分为以下几种：
超高频：频率范围 1MHz 以上，可达几十兆赫兹。
高频：几百千赫兹到几兆赫兹。
低频：频率范围为几十赫兹到几百千赫。
超低频：频率范围在零点几赫兹以下。
超高频信号发生器:产生波形一般用 LC 振荡电路，频率在零点几赫兹以下。
1.2 信号发生器的发展历史
在20世纪初随着电子行业的兴起，信号发生器就出现在人们生活中了。伴随着时间的推移，科学的发展，到了四十年代，人们在这个时期设计的信号发生器的结构复杂，多依靠硬件电路拼接，比较死板，并且消耗的功率比较大，浪费能源。在1964年第一台有全部晶体管制作的信号发生器诞生了。随着技术的不断进步，在此之后，信号发生器的市场需求变大，因此信号发生器得到很好的发展机遇，这个时候人们开始使用模拟电子以及集成电路技术[1] [2],虽然这时候信号发生器得到很大的改善，但是仍存在着频率稳定性不够好，材料不够便宜等缺点。
令人兴奋的是在70年代微处理器、模数转换器、数模转换器的发明，增强了使用硬件以及软件使构成的信号发生器的功能，可以制造出比较繁杂的波形。。伴随着电子技术，数字信号技术以及计算机科学技术的飞快发展，模拟信号走下历史舞台，而数字信号登上历史舞台，它克服了模拟信号的诸多缺点,例如改善了信号的精确度以及转换效率。如今能够通过可视化编程语言编写发生器的操作界面，这样人们可以做到直接用手输入想要的波形，来做到波形的输入。
1.3 信号发生器主要研究内容
信号发生器又被叫做函数信号发生器，可测试被测电路所需的生成的设备特定值。该装置是一个研究，教学，制造业最常见的通用设备，传统的信号发生器是没有信源装置的控制的单一芯片，如 可由555振荡电路构成，可产生正弦波信号，矩形信号和三角波信号，但常会引起波形畸变，且难以控制，频率范围小，结构冗杂等缺点。在实践中以及科学技术研究如工业，农业，通信，生物医学经常需要使用低频信号发生器。然而从一个硬件电路组装成一个低频信号源，因为它需要使用难以控制准确度的电阻和电容组装而成，这很难保证参数的准确性。并且由于它体积大，功耗大，泄漏以及许多其他的缺陷，在实际应用过程中的存在将大大增加电路的复杂性，性能通常不令人满意。
低频信号源可选择利用单片机产生设计方案，频率稳定性都能够可以得到很好的改变[3] [4]。采用软硬件结合的途径，在硬件不变的情况下只需要改变软件，就可以实现频率大小转换，并且具有稳定的频率，不会被其他信号所串扰等优点。
2 硬件设计
2.1 总体设计框图
图2-1 基于单片机的低频信号发生器系统框图
该低频信号发生器的设计系统包含有单片机，数模转换电路，电压转化电路，波形指示模块以及按键模块组成。其主要目的是通过按键来控制正弦波，方波，锯齿波，三角波的对应显示，以及频率的调整，并且有相应的指示灯进行指示工作。
2.2 单片机最小系统
2.2.1 单片机选择
方案一：AT89C51只可以同时载入，并且要有VPP烧写高压才可以。而AT89C51系列在大于4.8V和小于5.4V的时候则可以常工作，否则不能正常工作。AT89C51的频率规模最高只能够达到24M，超过同样不能正常工作。
方案二：AT89S51则支持ISP在线可编译写入手艺。串行载入效率更加高、稳定性相对越来越好，载入电压只要4至5V就可以达到要求。AT89S51标称的1000次，现实中使用次数是1000次至10000次，这更有益初学者不断的练习烧写，降低实验实践的成本。
方案三：AVR单片机最大的优点是可以提前读取命令，在单片机工作时，AVR可以在执行之前一条指令命令的同时提取下一条命令。AVR单片机中含有32个寄存器，属于多累加器型，所以它的读写速度很快。中断响应速度快。AVR单片机具有许多中端口，所以在发出终端指令时能够迅速做出相应。AVR单片机耗能低。
方案选择：AT89S51兼容AT89C51。AT89C51在生活生产中已经全部停产,所以价钱方面，现有的AT89C51的批发价是AT89S51一倍。虽然AVR单片机有许多优点但是AVR价格很高，指令集也过于简单，同时AVR支持的位操作也不多。所以本设计选择方案二。
2.2.2 单片机介绍
AT89S51单片机简介：AT89S51单片机性能优良，他不仅消耗功率少，性能也比较全面。在单片机的内部构造里面，AT89S51单片机中含有8位CPU和可编程Flash存储器(8k),这样在面对各种复杂的开发环境时AT89S51单片机就能够更快速更好的应用。在功能上，AT89S51单片机中包含了许多基础功能，如存储程序、计数/定时、复位、数据的输入输出、开关中断以及串行口，这些与其他的单片机并没有多大的区别。此外AT89S51单片机在0Hz时有两种节电模式选择：一种是空闲模式，这种模式下除CPU不再工作外其他部分可以继续运行；另一种是掉电保护模式，这种模式下在保存完RAM内容后，单片机内各模块全部停止工作，一直到下个命令或复位后才开始工作。由于AT89S51芯片被广泛的应用于各种开发实践，所以采用AT89S51进行开发时有很多经验可以借鉴。
AT89S51的端口如下图3-1所示
1 绪论 1
1.1 信号发生器综述 1
1.2信号发生器的发展历史 1
2 硬件设计 2
2.1总体设计框图 2
2.2单片机最小系统 2
2.3 数模转换模块 7
2.4运算放大模块 8
2.5 键盘电路设计模块 9
2.6显示电路设计模块 9
3 软件设计 11
3.1 主程序流程图 11
3.2 子程序流程图 12
4 系统调试 17
4.1软件调试 17
4.2生成hex文件 17
4.3 Protues硬件电路仿真调试 18
结论 21
致谢 23
参考文献 24
附录 25
附录A 电路原理图.仿真图 25
附录B 程序清单 27
1 绪论
1.1 信号发生器综述
现在市场上有许多种信号发生器，一般分为以下几种：
超高频：频率范围 1MHz 以上，可达几十兆赫兹。
高频：几百千赫兹到几兆赫兹。
低频：频率范围为几十赫兹到几百千赫。
超低频：频率范围在零点几赫兹以下。
超高频信号发生器:产 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
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1 绪论
1.1 信号发生器综述
现在市场上有许多种信号发生器，一般分为以下几种：
超高频：频率范围 1MHz 以上，可达几十兆赫兹。
高频：几百千赫兹到几兆赫兹。
低频：频率范围为几十赫兹到几百千赫。
超低频：频率范围在零点几赫兹以下。
超高频信号发生器:产生波形一般用 LC 振荡电路，频率在零点几赫兹以下。
1.2 信号发生器的发展历史
在20世纪初随着电子行业的兴起，信号发生器就出现在人们生活中了。伴随着时间的推移，科学的发展，到了四十年代，人们在这个时期设计的信号发生器的结构复杂，多依靠硬件电路拼接，比较死板，并且消耗的功率比较大，浪费能源。在1964年第一台有全部晶体管制作的信号发生器诞生了。随着技术的不断进步，在此之后，信号发生器的市场需求变大，因此信号发生器得到很好的发展机遇，这个时候人们开始使用模拟电子以及集成电路技术[1] [2],虽然这时候信号发生器得到很大的改善，但是仍存在着频率稳定性不够好，材料不够便宜等缺点。
令人兴奋的是在70年代微处理器、模数转换器、数模转换器的发明，增强了使用硬件以及软件使构成的信号发生器的功能，可以制造出比较繁杂的波形。。伴随着电子技术，数字信号技术以及计算机科学技术的飞快发展，模拟信号走下历史舞台，而数字信号登上历史舞台，它克服了模拟信号的诸多缺点,例如改善了信号的精确度以及转换效率。如今能够通过可视化编程语言编写发生器的操作界面，这样人们可以做到直接用手输入想要的波形，来做到波形的输入。
1.3 信号发生器主要研究内容
信号发生器又被叫做函数信号发生器，可测试被测电路所需的生成的设备特定值。该装置是一个研究，教学，制造业最常见的通用设备，传统的信号发生器是没有信源装置的控制的单一芯片，如 可由555振荡电路构成，可产生正弦波信号，矩形信号和三角波信号，但常会引起波形畸变，且难以控制，频率范围小，结构冗杂等缺点。在实践中以及科学技术研究如工业，农业，通信，生物医学经常需要使用低频信号发生器。然而从一个硬件电路组装成一个低频信号源，因为它需要使用难以控制准确度的电阻和电容组装而成，这很难保证参数的准确性。并且由于它体积大，功耗大，泄漏以及许多其他的缺陷，在实际应用过程中的存在将大大增加电路的复杂性，性能通常不令人满意。
低频信号源可选择利用单片机产生设计方案，频率稳定性都能够可以得到很好的改变[3] [4]。采用软硬件结合的途径，在硬件不变的情况下只需要改变软件，就可以实现频率大小转换，并且具有稳定的频率，不会被其他信号所串扰等优点。
2 硬件设计
2.1 总体设计框图
图2-1 基于单片机的低频信号发生器系统框图
该低频信号发生器的设计系统包含有单片机，数模转换电路，电压转化电路，波形指示模块以及按键模块组成。其主要目的是通过按键来控制正弦波，方波，锯齿波，三角波的对应显示，以及频率的调整，并且有相应的指示灯进行指示工作。
2.2 单片机最小系统
2.2.1 单片机选择
方案一：AT89C51只可以同时载入，并且要有VPP烧写高压才可以。而AT89C51系列在大于4.8V和小于5.4V的时候则可以常工作，否则不能正常工作。AT89C51的频率规模最高只能够达到24M，超过同样不能正常工作。
方案二：AT89S51则支持ISP在线可编译写入手艺。串行载入效率更加高、稳定性相对越来越好，载入电压只要4至5V就可以达到要求。AT89S51标称的1000次，现实中使用次数是1000次至10000次，这更有益初学者不断的练习烧写，降低实验实践的成本。
方案三：AVR单片机最大的优点是可以提前读取命令，在单片机工作时，AVR可以在执行之前一条指令命令的同时提取下一条命令。AVR单片机中含有32个寄存器，属于多累加器型，所以它的读写速度很快。中断响应速度快。AVR单片机具有许多中端口，所以在发出终端指令时能够迅速做出相应。AVR单片机耗能低。
方案选择：AT89S51兼容AT89C51。AT89C51在生活生产中已经全部停产,所以价钱方面，现有的AT89C51的批发价是AT89S51一倍。虽然AVR单片机有许多优点但是AVR价格很高，指令集也过于简单，同时AVR支持的位操作也不多。所以本设计选择方案二。
2.2.2 单片机介绍
AT89S51单片机简介：AT89S51单片机性能优良，他不仅消耗功率少，性能也比较全面。在单片机的内部构造里面，AT89S51单片机中含有8位CPU和可编程Flash存储器(8k),这样在面对各种复杂的开发环境时AT89S51单片机就能够更快速更好的应用。在功能上，AT89S51单片机中包含了许多基础功能，如存储程序、计数/定时、复位、数据的输入输出、开关中断以及串行口，这些与其他的单片机并没有多大的区别。此外AT89S51单片机在0Hz时有两种节电模式选择：一种是空闲模式，这种模式下除CPU不再工作外其他部分可以继续运行；另一种是掉电保护模式，这种模式下在保存完RAM内容后，单片机内各模块全部停止工作，一直到下个命令或复位后才开始工作。由于AT89S51芯片被广泛的应用于各种开发实践，所以采用AT89S51进行开发时有很多经验可以借鉴。
AT89S51的端口如下图3-1所示
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