6.4.2主程序 ............................................................................................................................. 19
7 系统测试与误差分析 ......................................... 20
7.1 测量仪器及测试说明 ....................................................................................................... 20 7.2 仿真测试 ........................................................................................................................... 20 7.2.1仿真电路设计 ................................................................................................................. 20 7.2.2仿真测试 ......................................................................................................................... 20 7.2.3仿真结果总结 ................................................................................................................. 25 7.3 实物测试 ........................................................................................................................... 26 7.3.1测试连接框图 ................................................................................................................. 26 7.3.2测试数据 ......................................................................................................................... 26 7.3.3测试结果总结 ................................................................................................................. 29 7.4误差分析 ............................................................................................................................ 29
8 问题及解决方法 ............................................. 29 9 总结 ....................................................... 32 谢 辞 ........................................................ 34 参考文献 ...................................................... 35 附 录 ........................................................ 36
附录1 基于单片机的波形发生器原理图 ............................................................................. 36 附录2 基于单片机的波形发生器PCB图 ........................................................................... 36
桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第1页 共36页
引言
随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器中了增多，性能提高。尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。函数信号发生器就是一种经常使用的信号设备，由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不够方便、信号失真较大、波形种类过于单一、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等的要求。
本次设计的主要目标是学习和运用单片机的C语言和汇编语言，利用单片机AT89S52和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现正弦波、方波、三角波，这三种常见波形的发生，并且可以通过按键在一定范围内改变频率。在无标准函数发生仪器时，本设计可以作为简单的函数发生器使用。本次设计准备在成本较低廉的前提下完成，主要是用AT89S52单片机和DAC0832，性能指数都不是很高，所以对此信号源的基本要求是能发生几种常见的波形：正弦波、方波、三角波，并且能够在一定的范围内改变频率。
通过该课题的设计掌握以AT89S52为核心的单片机系统的软硬件开发过程和基本信号的产生原理、测量及误差分析方法同时掌握函数发生器系统的设计流程，培养我们综合运用所学的基本知识、基本理论和基本技能的能力。学习解决一般工程技术和有关专业问题的能力，学习工程设计和科学研究的基本方法，完成对所学知识的综合训练。
桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第2页 共36页
1 设计课题概况
1.1 课题背景及重要意义 1.1.1 课题的背景
在电子测量仪器家族中，波形发生器即函数信号发生器是一种非常重要的仪器，因此它是电子系统中十分重要部件，是一种能够决定电子测试系统性能的重要关键设备。
在七十年代前，波形发生器主要有两大种类：正弦信号发生器和脉冲信号发生器。正弦信号发生器只是提供正弦波信号，通常用的技术是一自由振荡器，工作频率就是输出频率，频率的范围有限，大多从几Hz到约1MHz。脉冲波发生器可产生高质量的方波和脉冲串，其频率范围一般低至1Hz，高至1GHz，它被用在数字系统中模拟或取代数字信号，如时钟，数据等。
在七十年代后，微处理器的出现，运用信号处理器，A/D、D/A和软件让函数产生器的功能扩大，能产生更复杂的波形。例如衰减震荡波，随机脉冲波，指数形脉冲等等。那时的信号处理器都是专门用于信号处理的微处理器，不过时钟频率只有1~2MHZ，A/D和D/A一般在8位左右，内部存储器大约2K，所以能够产生的正弦波的等效频宽一般不会超过1MHZ，想要获得比较平滑和失真度低的波形，其重复频率不能超过10KHZ，当时用模拟的方式产生特殊波形，重复频率可以达到1—10MHZ，且波形完整性好，用数字电路的函数发生器尚且处于并发阶段，正式产品还不多。
八十年代情况有很大变化，伴随着现代信息事业的飞速发展，测试对象开始不断丰富，现代通信系统以及电子系统对测试系统提出了更高的要求，进而对信号发生器也提出了越来越高的要求，需要通过模拟工作现场的情况来对产品进行测试。然而工作现场的信号通常是多种多样的，传统模拟信号的发生器很显然是不能满足需要的，这时就非常需要一种能够产生用户自定义的波形的仪器。
近年来，一种较新的电子测量仪器——任意的波形发生器出现了，它可以视为函数发生器的一款换代产品。任意波形发生器功能远比函数发生器强，在前文讨论的难于产生的或不能产生的波形，都可以用任意波形发生器。自然它也可以用来产生前面讨论的波形，但实际应用中还利用发生器来模拟更加复杂的信号，甚至信号中的缺陷，都可利用控制来模拟，此外，任意波形发生器还可产生瞬变的信号如阻尼正弦波等，它对存在的公众的波形都可以模拟，只要可以用数字形式存储，并送进波形存储器的波形都能把他们模拟出来。 1.1.2 课题的意义
波形发生器是一种比较常用的信号源，在自动控制的系统设计、调试以及电子实验过程中，常常会遇到需要不同频率的正弦波、方波、三角波等信号作为信号源。目前我
桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第3页 共36页
国生产的波形发生器大多是利用分立元件组成的，再根据具体的需要加入积分电路等构成正弦、矩形波、三角等波形发生器。这种波形发生器输出频率范围较窄且电路设计参数设定相对繁琐，其频率的大小测量往往需要利用硬件电路的切换来实现不同频率范围值的测量，电路设计复杂、操作不便，而体积大，可靠性、准确性都相对较差，不能满足科研、生产的要求。伴随大规模集成电路及弹片机的迅速发展，提供了仪器的更新换代可能性。目前利用单片机组成的信号发生器进行一系列实地测试和调试，结果表明，完全可以代替以往的模拟电路。
在以上的基础上，怎样利用单片机进行控制，那么仪器的准确度和功能将有一个飞跃，就成为多功能智能波形发生器，此仪器电路结构简单，虽然性能指标及功能赶不上标准信号发生器，但满足通常的实验要求是没有问题的，并且它的成本低、体积小，更加容易被大家接受，而且还可作为电子产品维修员的重要随身设备之一。利用单片机的运算和存储功能，可以编制一些以提高准确度，增强功能的软件，对波形发生器的准确度提高、体积的缩小以及功能的加强有着重大的影响。 1.2 课题设计的目的
（1）利用所学单片机机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。
（2）我们这次的课程设计是以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波等）且频率、幅度可变的波形发生器。
（3）掌握各个接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的单片机应用系统功能器件。
（4）在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的练习大家也都是分散的对各个章节的内容进行练习。因此，缺乏一种系统的设计锻炼。在课程所学结束以后，这样的课程设计十分有助于学生的知识系统的总结到一起。
（5）通过这几个波形进行组合形成了一个波形发生器，使得我对系统的整个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以锻炼大家单片机知识的应用。 1.3 本论文所做的工作
本论文主要进行了以下工作：
（1）通过查阅相关资料，学习信号发生器的工作原理及了解其应用场合。 （2）复习单片机原理及其系统设计，掌握其接口扩展包括：显示键盘等 （3）掌握单片机仿真软件keil4和Proteus的使用
（4）组建基于单片机的信号发生器系统，画出总体结构框图
（5）采用C语言编写应用程序，输出不同波形，幅度可以调节并且在示波器上显示
桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第4页 共36页
（6）最后完成对系统测试结果的统计和分析 （7）撰写论文。
2 设计的主要内容及性能要求
2.1设计主要内容
该设计电路适用于通信工程专业所涉及到的有关实验，还可用于科研、技术开发等工作。
在整个系统设计中，电流到电压的转化是系统需要解决的核心问题，因为DAC0832输出的是2路电流信号，而对应的单片机输入信号是电压信号。波形发生器电路包含3个部分的设计：
（1）是如何通过单片机和外围信号发生芯片的组合完成波形发生功能的。 （2）是如何设计外围电路和单片机的接口电路的。 （3）是如何编写控制单片机进行波形发生的单片机程序。 因此，系统可分为3个功能模块：
（1）单片机系统：控制外围的AT89S52器件，完成功能函数信号的输出。 （2）外围电路：实现外围的芯片和单片机之间的接口电路。
（3）C52程序：编写单片机控制的接口程序，实现单片机的函数信号输出功能。 2.2 基本内容和性能要求
（1）设计一款能够产生3种波形的波形发生器； （2）设计波形选择按钮；
（3）通过显示屏显示波形的类型； （4）频率范围在1Hz到3000Hz； （4）其他功能（创新部分）。 2.3 创新部分
（1）波形频率调节增减调节（通过按键）； （2）波形幅值调节（通过精密可调电位器）； （3）停止按键的。
3 方案论证与比较
3.1 参考方案及分析
方案1：用纯硬件方法设计波形发生器，波形发生器的设计主要采用运算放大器及分立元件来实现。实现的波形相对比较单一，主要为正弦波、方波和三角波。其工作原理也相对简单：首先是产生正弦波，接着通过波形变换(正弦波经比较器产生方波，方波通过积分器变为三角波)实现方波及三角波。在各种波形后增加一级放大电路，可以