摘 要本课题是基于AT89C51单片机完成一个简易低频信号发生器的设计。采用C语言编程，将程序写入单片机，由单片机生成波形编码，形成正弦波，方波，三角波和锯齿波，然后通过D/A转换电路实现数据的转换控制，并使用LCD1602液晶显示波形、频率和步进值。通过按键实现波形切换，还可以对波形的频率、幅值和步进值进行调整。频率为10Hz～1000Hz，精度为0.1Hz，幅值为0V～5V，步进值可在0.1Hz～10Hz之间调节。设计的信号发生器有成本低，编程灵活，可以根据要求扩充功能，显示效果好等优点。
Key words: MCU; PROTEUS; Signal generator; D/A converter目录
1. 引言 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.2 本论文主要研究内容 1
2. 系统方案的设计与选择 3
2.1 设计方案的比较 3
2.2 系统总体设计方案 3
3. 系统硬件设计 4
3.1硬件选择 4
3.1.1 主控芯片选择 4
3.1.2 D/A转换电路硬件选择 6
3.1.3 LM358的工作原理 6
3.1.4 显示电路选择 7
3.1.5 按键电路的选择 8
3.2 总设计电路图 9
4. 系统软件设计 10
4.1 信号频率数据采集 10
4.2 波形产生流程图 11
4.2.1正弦波 11
4.2.2方波 12
4.2.3三角波 13
4.2.4锯齿波 14
5. 系统仿真与结果分析 15
5.1 Keil C51软件简介 15
5.2 Proteus软件简介 15
5.3 系统仿真及实际测试结果 16
5.3.1 正弦波测试 17
5.3.2 方波测试 18
5.3.3 三角波测试 19
5.3.4 锯齿波测试 20
5.3.5 测试结果分析 21
5.3.6 总设计仿真图 21
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参考文献 23
致谢 24
1. 引言
1.1 研究的目的与意义
当今社会科技正在逐渐改变我们的生活,电子技术和仪器仪表设备发展特别迅速,而且越来越智能化,一代又一代电子产品的问世正在彻底改变我们的生活。对这些电子产品的测量设备和测量方法也提出了相应的要求。信号发生器已经成为非常重要的一类测量仪器，所以对于信号发生器的研究具有十分现实的意义。事实上，信号发生器被用作激励源可根据用户的不同要求发出各种测试信号，提供给被测电路，以满足用户的测量需求。作为通用信号源，信号发生器被广泛用于电子电路和自动化控制系统。与此同时，对于信号发生器的频率稳定性，频率范围和频谱纯度等要求越来越严格,所以现在国内外都纷纷研究设计先进的信号发生器。信号发生器在各高校中的应用极为广泛,如果能设计一种低成本，高精度的信号发生器在高校中推广并使用将具有十分重要的意义。采用性价比较高的AT89C51单片机作为主控芯片的信号发生器将由简单且廉价的元件组成，可以产生精度和纯度都较高的三角波，锯齿波，正弦波和方波，四个波形可以自由切换，频率和幅度都可以调整。由于单片机体积小，集成度高，可靠性好，所以用单片机作为简易信号发生器的主控芯片其成本低，精度高，控制性好，易于携带，可做成便携仪器。目前在各高校开展的实验中用到的信号发生器大都是低频函数信号发生器,如果能在高校的实验室领域应用本文设计的仪器取代那些价格昂贵、功能强大的信号发生器将具有十分重要的现实意义。
1.2 本论文主要研究内容
本文是做以单片机为主控芯片的信号发生器的设计,采用编程的方法实现产生锯齿波，正弦波，三角波，方波，幅值和频率皆可调。波形的频率范围为10Hz1000Hz，精度为0.1Hz，幅度范围为0V5V，步进值可在0.1Hz10Hz的范围内进行调整。运算放大电路选用频带宽度为1MHZ的LM358芯片，由于LM358转换时间比较快，相对于电压点与点之间的时间，可忽略不计，主要是DAC产生电压点与点之间的时间。设置定时器的时间为15us～1500us之间，就可以将频率控制在10Hz～1000Hz之间。共采集64个点，当定时时长设为1500us时，一个周期T的总时长为1500us*64，f=1/T=1/96000us≈10HZ；当定时时长设为15us时，T=15us*64，f=1/T=1/960us≈1000HZ。用102微调电位器控制信号电压从0V到5V的调节。步进值是通过利用定时器的初始值可变来调节的，例如TH0=（65526m）/256，这里的m可以改变，所以时间间隔可以改变，频率也就跟着改变。用C语言对四种波形的幅度和频率进行编写，然后将写好的程序放到单片机的程序存储器中。在运行程序时，如果接收到来自外界的命令需要对某个波形进行输出，要调用相应的中断服务子程序和相应的波形发生程序，经过D/A转换器和运算放大器处理，再由LCD1602液晶显示电路显示输出的波形和频率。
（1）理论基础的分析
AT89C51是本设计的核心部分,要熟悉每个引脚的功能和特点,熟悉程序的编写和执行,通过产生的数字信号再转换成模拟信号的方法产生所需要的波形。用按键对波形信号进行控制,达到对波形的转换和频率的调节。
（2）硬件设计分析
该系统的硬件设计部分包括单片机最小系统，D/A转换电路，放大电路，按键电路，复位电路等。
（3）软件设计分析
系统软件设计主要包含主程序，正弦波程序，方波程序，三角波程序，锯齿波程序以及延时子程序。
（4）系统调试与仿真
仿真是由Proteus软件调试。
2. 系统方案的设计与选择
2.1 设计方案的比较
方案一:用555定时器制作信号发生器。通过该方法设计的外围电路比较复杂。多谐振电路的输出是一个方波，可直接用作一个方波发生器。这种方法的缺点是产生的信号频率不太稳定,很难达到所要的精度,而且程序比较复杂,不利于实现。
方案二:采用单片机编程的方法生成信号发生器,对用到的波形进行程序的编写，并写入单片机的程序存储器中。在程序运行时，如果接收到外部命令需要将某个波形输出，先调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经过D/A转换器和运算放大器处理，再由LCD1602液晶显示电路显示输出的波形和频率。这种方法集成度高,体积小,灵活高效，有很强的可靠性和控制功能。

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