燕山大学本科生毕业设计（论文）
设备之一，信号发生器的发展历史可以追溯到上世纪40年代。1943年惠普为海军研究实验室开发研制了第一台信号发生器，从而使得人们在测试设备时可以利用可控的信号源进行比较完善和安全的测量和测试。在随后的二十年中，信号发生器一直随着电子技术、计算机技术的发展而发展，成为这些技术发展的一个缩影。
从技术上看，信号发生器经历了由模拟式信号发生器、数字式信号发生器到虚拟信号发生器这三个发展过程。从四十到六十年代，信号发生器都是完全用以电子管工艺为基础的模拟电路搭建的，往往其调节范围受到限制，因而划分为音频、高频、超高频、射频和微波等信号发生器，其信号的精度和可控性都不理想，而且可产生的信号的种类较少，对于较复杂信号的产生，其电路构造都非常复杂，体积庞大，不易移动。上个世纪六七十年代，随着晶体管工艺的出现，大规模和超大规模集成电路的大范围的应用，数字电路在信号发生器中得到广泛的应用，从而大大提高了信号发生器的精度，减少了电路本身产生的噪声，体积也大为缩小。八十年代开始，计算机逐渐在工业生活中占据了重要的位置，信号发生器也开始从纯粹的分立元件搭建改为以微处理器为核心的集成系统，这时候的信号发生器也发生了翻天覆地的变化。比如说，它所能产生信号的种类大大增加；任意波信号可以通过人工设定在同一台信号发生器中产生；频宽也很大的增加了；通用性得到大大的提高；过去的多种类的信号发生器也可以简单地划分为低频和高频两种，低频信号的频宽从0~50MHz，高频则可达到20GHz以上，但它仍存在人机界面不友好，软硬件升级维护困难等缺陷。九十年代以后，虚拟仪器进入了人们的视野。这种完全以计算机软件为核心，辅以相应的硬件设备的测试系统代表了未来测试仪器的发展方向。人们可以在友好的人机见面环境中轻轻松松地进行各种复杂的操作，信号发生器也从一个完全独立的测试设备，进而成为整个虚拟仪器系统中一个必不可少的子模块[1]。
信号发生器中一项关键技术是信号频率的变动控制。早期的信号发生器大都借助电阻电容，电感电容、谐振腔、同轴线等作为振荡回路电路用来产生正弦或其它函数波形，频率的变动由机械驱动可变元件(如电容器或谐振腔)来完成，其缺点是显而易见的，那就是频率不稳，噪声大，频率的改变
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控制不容易，这时根据技术的发展和科学的需要，锁相频率合成器(phase Locked Frequency Synthesize)应运而生。这是一次技术上的飞跃，它基于锁相环路原理，从一个高准确度、高稳定度的参考晶体振荡器中综合出大量离散频率，集成度高，可靠性好且价格低廉，直到现在锁相频率合成仍然是工程应用中最为普遍的技术。随着科学技术的发展，信号发生器的变化日新月异，直接数字频率合成(Direct Digit Frequency Synthesize，DDFS)则是近几年来最新发展的技术，它完全摆脱间接数字合成的乘法/除法电路，直接在基准时钟的准确相位控制下获得合成频率输出，其频率控制模块中的相位累加器由寄存器和加法器组成，相位信息存储在波形存储器内，再经数模转换后输出最低合成频率，随着频率控制输入的增长，输出合成频率亦增加。相位累加器的宽度增加时，输出合成频率的准确度相应增加[2]。DDFS频率变换速度主要取决于累加器和数模转换器的开关时间，显然要比模拟电路快得多，因此广泛采用DDFS技术是必然的发展趋势。
1.3 信号发生器发展趋势及现状
随着电子技术的发展，对信号源频率的稳定度、准确度，以及频谱纯度提出越来越高的要求。高精度的信号源对通信系统、电子对抗以及各种电子测量技术十分重要。直接数字频率合成技术(Direct Digital Frequency Synthesis，即DDFS，一般简称DDS)，是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。和传统的频率合成技术相比它具有频率分辨率高、频率转变速度快、输出相位连续、相位噪声低、可编程和全数字化、便于集成等突出优点，成为现代频率合成技术中的佼佼者，得到越来越广泛的应用，成为众多电子系统中不可缺少的组成部分。
英特西尔公司开发研制并投放市场的压控振荡型精密波形发生器ICL8038可同时产生正弦波、方波及三角波等信号波形，且输出波形的正弦失真度小，三角波及方波线性度相对较高，频率又容易调节，随温度，环境的稳定性好，抗干扰能力较强。是现在应用广泛的芯片之一[3]。
目前我国经济开始进入一个新的发展时期，经济的快速发展将加快企业的技术改造步伐，各行业特别是电子、通信行业对先进任意波发生器的需求
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更加强劲。据最新电子商情报道，从1998年开始，由于国家采取了扩大内需发展经济的决策，扩大了国产任意波信号发生器的市场，销量增长都在30%左右。但我国的任意波信号发生器市场大部分被国外产品所占领，国内产品市场占有率很低。目前，Allritsu、Agilent、Advantest、侧S、TEKTRONIx、Nl几家著名仪器公司都在生产各类任意波形信号发生器，如Agilent公司生产的HP331加A函数/任意波形发生器、Advantest公司生产的33120A函数/任意波形发生器。Asilent的信号发生器一直是业界公认的高水平仪器，而且种类和型号最多，产品功能全、技术含量高。近几年Anritsu、Agilent、Advantest、侧S，Nl等外国公司在我国的销售额逐年大幅度上升，Agilent公司在中国销售的任意波形信号发生器已极大地超过国内产量[4]。
我国的仪器技术水平在发展中国家处于领先地位，且产品价格便宜。境外有的销售商己把目标转向国内的产品，出口到北美、欧洲、东南亚的任意波信号发生器逐年增加，所以扩大外销产品是扩大国产任意波信号发生器市场的一条重要出路。总之，努力开发拥有自主知识产权的先进任意波信号发生器己成为我国仪器行业的当务之急。只有这样，国产任意波信号发生器才能在竞争激烈的国内外仪器市场中占有一席之地。
1.4 课题主要内容和章节安排
本文主要是基于单片机的低频信号发生器的设计。首先对构成信号发生器的主要部分进行设计，掌握它们的基本工作原理。其次对AT89C51、DAC0832、LM324及其它构成信号发生器的器件的工作原理和电路结构进行重点介绍。再次学习单片机的C语言及产生各种波形的原理。介绍本设计中涉及到的相关知识，完成设计。
本文第一章绪论，分为三个小节分别对信号发生器进行了简要的介绍：课题背景、信号发生器的发展历史和发展趋势。
本文第二章介绍了信号发生器的种类，低频信号发生器的方案论证和基于AT89C51信号发生器的设计原理。
本文第三章是本论文的重点，对信号发生器的硬件结构进行介绍，分为两个小节分别对本系统中用到的芯片和单元电路的设计进行了仔细的介绍
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和分析。
本文第四章信号发生器的软件设计，也是本文重点。分为两个小节分别对信号发生器的主程序和子程序流程图进行了介绍。
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第2章 低频信号发生器的设计原理
根据题目要求设计一种基于单片机的低频信号发生器，我先从信号发生器的种类入手，查阅资料对几种由不同单片机组成的信号发生器进行比较，并确定方案．
2.1 信号发生器的种类
信号发生器应用广泛，种类型号众多，性能各异，分类方法也不尽相同，下面介绍几种常见的分类方法。
2.1.1 按输出信号频率范围分类
按照输出信号的频率范围分类，如表2-1。表中频段的划分，不是绝对的。可见，这两类信号发生器频率范围有重叠，而所谓“射频信号发生器”包含了表中视频以上各类信号发生器。例如，在电子仪器的门类划分中，“低频信号发生器”是指1Hz-1MHz频段，波形以正弦波为主，兼有方波及其他波形的信号发生器，“射频信号发生器”则指能产生正弦信号，频率范围部分全部覆盖30kHz-1GHz(允许向外延伸)，并且具有一种或一种以上调制功能的信号发生器[5]。
表2-1 按输出信号频率范围分类 名称 超低频信号发生器 低频信号发生器 视频信号发生器 高频信号发生器 甚高频信号发生器 超高频信号发生器 频率范围 30kHz以下 30～300kHz 300～6MHz 6～30MHz 30～300MHz 300～3000MHz 主要应用领域 电声学，声纳 电报通信 无线电广播 广播，电报 电视，调频广播，导航 雷达，导航，气象 2.1.2 按输出波形分类
信号源有很多种分类方法，其中一种是按输出波形分类，可分为混和信号源和逻辑信号源两种。其中混和信号源主要输出模拟波形；逻辑信号源输
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