MCS-51單片機信號發(fā)生器開題報告
1.引言
信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、生產(chǎn)實踐和教學(xué)實驗等領(lǐng)域．目前常見的信號發(fā)生器有三種。第一種是由分立元件（或集成電路）構(gòu)成,采用振蕩電路實現(xiàn)。第二種是采用專用波形集成芯片（如ICL8038），通過改變外圍參數(shù)實現(xiàn)．第三種是采用微處理器、FPGA、DDS 芯片等，用現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)．由分立元件構(gòu)成的信號發(fā)生器由于元器件的分散性及環(huán)境條件的改變等因素，致使波形頻率產(chǎn)生偏差．由現(xiàn)代電子技術(shù)實現(xiàn)的波形發(fā)器主要有“單片機+ 低速D/A 轉(zhuǎn)換”和“FPGA+高級D/A 轉(zhuǎn)換或采用DDS 數(shù)字合成”兩種，前者用于低頻，價位低，后者主要用于高頻或高精度場。51單片機是單片機中最為典型和最有代表性的一種。單片機是在20 世紀(jì)70 年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是由中央處理器（CPU）芯片、ROM 芯片、RAM 芯片和I/O 接口以及其他外圍電路等通過印刷電路板上總線連接成一體的完整的計算機系統(tǒng)。具有成本低、體積小、性能穩(wěn)定等特點。信號發(fā)生器是一種在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中都有著廣泛應(yīng)用的一種信號源。傳統(tǒng)的正弦信號源根據(jù)實際需要一般價格昂貴，低頻輸出時性能不好且不便于自動調(diào)節(jié)， 工程實用性較差。現(xiàn)利用單片機的優(yōu)越特性制作一種體積小，使用方便的低頻信號發(fā)生器。以AT89C51
單片機為核心結(jié)合低速D/A，通過設(shè)計與編程實現(xiàn)了鋸齒波、方波、正弦波的產(chǎn)生及其自由切換以及實現(xiàn)頻率、相位的可調(diào)與多相波的同時輸出。當(dāng)今時代是一個新技術(shù)層出不窮的時代，在電子領(lǐng)域尤其是自動化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，正以前所未有的速度被單片機智能化控制所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點，可以說智能化控制與自動控制的核心就是單片機。本設(shè)計是 以STC89C52RC芯片的電路為基礎(chǔ)，外部加上輸入設(shè)備和顯示設(shè)備，以此來實現(xiàn)信號發(fā)生器的硬件電路，通過軟件程序來控制單片機實現(xiàn)波形的輸出。對于不同型號的單片機只需要相應(yīng)的改變一下地址即可。該軟、硬件系統(tǒng)具有很好的通用性，很高的實際使用價值，為廣大的單片機愛好者提供了很好的借鑒。目前任意波形發(fā)生器的基礎(chǔ)就是直接數(shù)字合成技術(shù)，用存儲器做查詢表通過數(shù)字形式存入的波形，由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生所需要的任意波形。近幾年來，國際上任意波形發(fā)生器技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1).過去由于頻率很低應(yīng)用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高使得任意波形發(fā)生器能應(yīng)用于越來越廣的領(lǐng)域。任意波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使任意波形的輸入變得更加方便和容易。任意波形發(fā)生器通常允許用一系列的點、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲器。同時可以利用一種非常強有力的數(shù)學(xué)方程輸入方式，復(fù)雜的波形可以由幾個比較簡單的公式復(fù)合成v＝f(t)形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生。各種計算機語言的飛速發(fā)展也推動了任意波形發(fā)生器軟件技術(shù)的發(fā)展。目前可以利用可視化編程語言(如Visual Basic,Visual等等)編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許徒手從計算機顯示屏上輸入任意波形，來實現(xiàn)波形的輸入。
(2).與VXI資源結(jié)合。目前，任意波形發(fā)生器由獨立的臺式儀器和適用于個人計算機的.插卡以及新近開發(fā)的VXI模塊。由于VXI總線的逐漸成熟和對測量儀器的高要求，在很多領(lǐng)域需要使用VXI系統(tǒng)測量和產(chǎn)生復(fù)雜的波形，VXI的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性，但由于開發(fā)VXI模塊的周期長，而且需要專門的VXI機箱的配套使用，使得任意波形發(fā)生器VXI模塊僅限于航空、軍事及國防等大型領(lǐng)域。在民用方面VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺式儀器更為方便。
(3).隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺式儀器在走了一段下坡路之后，有在繁榮起來。不過現(xiàn)在的新的臺式儀器的形態(tài)，和幾年前的已有很大的不同。這些新一代臺式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。而且外形尺寸與價格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。硬件設(shè)計與原理以STC89C52RC單片機為核心，起著控制作用。系統(tǒng)包括D/A轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路、時鐘電路、按鍵電路。設(shè)計思路分為五個模塊：復(fù)位電路、晶振電路模塊、STC89C52RC、D/A轉(zhuǎn)換電路、按鍵電路這五個模塊。
2、基于單片機的信號發(fā)生器的設(shè)計方案
系統(tǒng)整體設(shè)計方案如下，首先，單片機對矩陣鍵盤進行掃描，當(dāng)偵測到某個按鍵按下后，則進入該按鍵對應(yīng)的子程序; 在按鍵子程序中，將電壓信號設(shè)計成隨時間周期變化的數(shù)字量序列，并將這些數(shù)字量序列發(fā)送給P< 芯片; P< 芯片采用 P<M"=$!，工作在直通方式，從而直接將單片機發(fā)送過來的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成隨時間周期性變化的模擬電壓信號"再將該模擬電壓信號輸送到通用示波器的一個輸入端，并使示波器工作在波形觀測模式下"此時該信號將被加載到示波器內(nèi)的垂直偏轉(zhuǎn)板上，再調(diào)整示波器的掃描信號頻率，使之與單片機所產(chǎn)生的電壓信號頻率匹配，則熒光屏上可觀察到該信號的曲線圖形"。
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