基于单片机的低频信号发生器毕业设计论文.docx

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基于单片机的低频信号发生器毕业设计论文

毕业设计说明书（论文）

作者:

学号：

学院:

电子与电气工程学院

专业:

电子信息工程

题目:

基于单片机的低频

信号发生器

毕业设计说明书（论文）中文摘要

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LCD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

毕业设计说明书（论文）外文摘要

TitleMicrocontrollerBasedonthelow-frequency

signalgenerator

Abstract

Thepurposeofthisdesignistheuseofsingle-chipAT89S51DAC0832digitaltoanalogconversionelementdifferentsignalstoproducethedesiredlow-frequencysignalsource,whichusesAT89C51microcontrollerasthecontrolcenterandintheperipheryusingdigital/analogconversioncircuit（DAC0832）,op-ampcircuit（LM358）,keycircuitandLCDLCDcircuits,etc.,canbecontrolledbybuttonsproducesasquarewave,sawtooth,trianglewave,sinewave,adjustthefrequencyofthesize,andwithLCDdisplaythecorrespondingwaveformoutput.ThisarticlebrieflydescribesthebasictheoryofSCMAT89S51,structureprincipleanduseDAC0832digital-,,aswellasavarietyofchipandcircuitdesignrelated,andfocusdescribestheuseofSCMD/Aconvertergeneratesthesignalhardwarecircuitdesignandsoftwareprogramming.Thisarticleisdesignedsystemissimple,goodperformance,cost-effective,canbeusedforvariousneedsofthelow-frequencysignalsourceplace,itcanbeappliedtotherelevantlife.

KeywordsMicrocontroller,signalgenerator,lowfrequency,D/Aconvertercircuit,anoperationalamplifier

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

图2-2-1AT89S51引脚图

管脚说明[5][6]P0端口：

P0口用作通用的输入/输出口，当需要外部总线扩展（在单片机芯片的外部扩展存储器芯片或其他接口芯片）时，P0口用做分时复用的低8位地址，数据总线。

只有P0口可直接读写外部存储器控制。

由于当需要外部总线扩展时是分时输出，所以应该将地址数据锁存在外部通过加上锁存器，用ALE作为信号。

P1端口：

P1口是唯一的单一功能的端口，只能作为一般的数据输入/输出口，专门为用户使用的I/O端口。

P2端口：

P2口用作通用I/O口时，从体系扩大时作高8位地址线用，属于准双向端口。

当外部存储器不延伸时，P2口作为地址总线也是准双向口。

P3口（P3.0~P3.7）：

如下表

表2-2-2P3串口详细表

P3口是双功能口，除具有数据输入/输出功能外，每一口线还具有特殊的第二功能。

RST：

引导内部复位程序或电路引脚。

只需要RST保持高电平一段时间，通常上电RC电路，或专用电源监控芯片，即可完成复位了。

EA∕VPP：

/EA=0时，执行外部存储器；/EA=1时，先执行内部存储器再执行外部存储器。

VCC：

电源电压，接+5V。

2.2.3晶振电路的介绍

晶振电路简介：

AT89S51有一个内部振荡器被用于组成一个高增益反相放大器，该芯片的引脚XTAL1是放大器的输入端，XTAL2放大器的输出端。

该放大器的反馈，石英或陶瓷谐振器元件芯片关共同构成如图3-5所示时钟振荡电路。

在单片机能够正常工作时都需要有相对应的时钟脉冲。

向AT89S51提供时钟脉冲两种方法分别是：

一是外部时钟方式，二是内部时钟方式。

[7][8]本设计采用第二种：

即使用晶振由AT89C51内部电路产生时钟脉冲，其电路图见图2-2-2。

图2-2-3AT89S51的时钟脉冲

X1为晶体振荡器，一般为石英晶体，其系统的需要以及器件可以确定它的频率大小，陶瓷滤波器一般可用于其频率稳定度不高的情况下。

12M是比较常用的晶振，51单片机是12分频的，如果选用12M晶振，并且是单指令周期的语句，刚好是1us，其他语句正好是1us的整数倍。

很容易的机算出每个语句耗用的时间。

正常情况下，用石英晶体振荡器，C1=33pFC2=33pF。

使用陶瓷滤波器时，C1=46pF,C2=46pF。

2.2.4复位电路简介

复位电路，我们是用它使得电路还原到刚开始状态。

如清除计算器按钮的作用一样，当你完成计算