摘要
这个系统是基于AT89C51单片机的波形信号发生器。使用AT89C51单片机作为控制核心，该系统由数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（OP07）、按键电路和6位数码管等组成。通过按键可控制方波、三角波、正弦波的产生，并且用数码管显示其对应的频率和波形的类型。这个设计方法简单、性能良好，这个系统可在多种需要低频信号的场所使用，它具有良好的实用性。 关键词：AT89C51 数模转换电路 数码管 信号发生器
目 录
1 总体方案设计 ........................................................................................................... 2
1.1 方案论证.......................................................................................................... 1 1.2 系统描述.......................................................................................................... 2 2 单元模块设计 ........................................................................................................... 2
2.1 AT89C51功能介绍 .......................................................................................... 3 2.2 时钟电路.......................................................................................................... 4 2.3 复位电路.......................................................................................................... 4 2.4 键盘控制电路.................................................................................................. 4 2.5 LED显示电路 .................................................................................................. 5
2.5.1 数码管功能介绍 ................................................................................... 5 2.5.2 LED动态显示原理及电路 .................................................................... 6 2.6 D/A转换及放大电路 ....................................................................................... 7
2.6.1 DAC0832功能介绍 ............................................................................... 7 2.6.2 D/A转换电路 ......................................................................................... 8
3 系统调试 ................................................................................................................... 9
3.1 软件调试.......................................................................................................... 9
3.1.1 三角波产生 ........................................................................................... 9 3.1.2 方波产生 ............................................................................................. 10 3.1.3 正弦波产生 ......................................................................................... 11 3.1.4 键盘控制 ............................................................................................. 12 3.1.5 LED显示 .............................................................................................. 12 3.2 硬件调试........................................................................................................ 13 4 系统功能介绍 ......................................................................................................... 14 5 设计总结 ................................................................................................................. 15 参考文献 ..................................................................................................................... 16 附录 ............................................................................................................................. 17
1 总体方案设计
本次设计的任务是设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。示意图如下：
基本要求如下：
（1）具有产生正弦波、方波周期性波形的功能；
（2）输出波形的频率范围为100Hz～20kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz；
（3）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整； （4）具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。
1.1 方案论证
方案一：采用单片函数发生器可产生正弦波、方波等，操作简单易行，用 D/A 转换器的输出来改变调节电压，可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。
方案二：利用芯片组成的电路输出波形，MAX038是MAXIM公司生产的一个只需要很少外部元件的精密高频波形产生器，它能产生准确的高频正弦波、三角波、方波。输出频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别地控制。所需的输出波形可由在A0和A1输入端设置适当的代码来选择，且具有输出频率范围宽、波形稳定、失真小、使用方便等特点。
方案三：采用Atmel公司的AT89C51单片机编程方法实现，该方案可以通过编程的方法控制信号波形的频率和幅度，而在硬件电路不便的情况下，通过程序实现
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频率的变化和输出波形的选择，并同时在显示器显示相应的结果。
方案一输出信号频率不够稳定；方案二成本高，程序复杂度高；方案三软硬件结合，硬件成本低，软件起点低，用汇编语言即可完成，优化型相对比较好，容易实现，且满足设计要求。综合考虑，我们采用了方案三，用AT89C51单片机设计多功能信号发生器，能够满足信号的频率稳定性和精度的准确性。
1.2 系统描述
本方案以AT89C51为控制核心，主要模块包括复位电路、时钟信号发生电路、键盘控制电路、D/A转化及LED显示电路，其原理框图如下：
图1 系统原理框图
2 单元模块设计
2.1 AT89C51功能介绍
AT89C51引脚图如下：
U119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD39383736353433322122232425262728101112131415161718XTAL29RST293031PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51 图2 AT89C51引脚图
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1.主电源引脚Vcc和GND GND:接地。 Vcc:主电源+5V。
2.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1、XTAL2为内部振荡器电路(反相放大器)的输入端和输出端，外接晶振电路。
3.控制引脚RST、ALE、PSEN、EA
RST:复位引脚输入高电平使89C51复位，返回低电平退出复位。 ALE:访问片外存储器时，ALE做锁存扩展地址低位字节的控制信号。 PSEN:外部程序存储器的读选通信号,低电平有效。
EA:程序存储器选择信号，当该端口输入高电平时，CPU执行片内程序存储器程序，当输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。 4.输入/输出引脚
P0—P3是4个寄存器，是单片机与外界联系的4个8位双向并行I/O口，其中P3口还具有第二功能。
2.2 时钟电路
单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器，构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益的反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡，并产生振动时钟脉冲。晶振通常选用 6MHZ、12MHZ、24MHZ。
本设计中时钟电路图如下图所示，我们选择24MHZ晶振分别接引脚XTAL1和XTAL2，电容 C1、C2均选择为30pF，对振荡器的频率有稳定作用。
C1U130pF19XTAL1X124MHz18C230pFXTAL2 图3 时钟电路 3 9