一 、 引言
波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差、控制难、可调范围小、电路复杂和体积大等缺点，且波形种类有限。
在科学研究和生产实践中，如工业过程控制、生物医学、地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源，而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大。大电阻、大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证，体积大、漏电、损耗显著更是其致命的弱点，一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并已经走入家庭。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。
一块单片机芯片就是一台计算机，由于单片机的这种特殊的结构形式，在某些应用领域中，它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的一些工作。使其具有很多显著的优点和特点，单片机的特点归纳起来有以下几个方面： 1) 具有优异的性能价格比：单片机尽可能地把应用所需的存储器,各种功能的
I/O 接口集成在一块芯片内,因而其性能很高,而价格却相对较低廉。 2) 集成度高、体积小、可靠性高：单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，
因而集成度高，均为大规模或超大规模集成电路。内部又采用总线结构，减少了芯片之间的连线，这大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。同时，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。
3) 控制功能强：单片机体积虽小，但“五脏俱全” ，它非常适用于专门的控
制用途，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令，I/O口的逻辑操作指令以及位操作指令，其逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 4) 低压、低功效：目前，许多单片机已可在2.2V电压下运行,有的已能在1.2V
或0.9V下工作，功耗降至μA级,一粒钮扣电池就可长期使用。 利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其下限频率很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。
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二、 系统方案的设计与选择
2.1 系统方案的比较
方案一：采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片。ICL8038是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。
方案二：采用分立元件实现非稳态的多谐振振荡器，然后根据需要加入积分电路等构成正弦、矩形、三角等波形发生器。这种信号发生器输出频率范围窄，而且电路参数设定较繁琐，其频率大小的测量往往需要通过硬件电路的切换来实现，操作不方便。
方案三：采用单片机和DAC0832数模转换器生成波形，由于是软件滤波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。它的特点是价格低、性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。
经比较，方案三既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比较高，所以采用该方案。
2.2 显示电路的选择
方案一：采用LED数码管。LED数码管由8个发光二极管组成，每只数码管轮流显示各自的字符。由于人眼具有视觉暂留特性，当每只数码管显示的时间间隔小于1/16s时人眼就感觉不到闪动，看到的是每只数码管常亮。使用数码管显示编程较易，但要显示内容多，而且数码管不能显示字母。
方案二：采用LCD液晶显示器1602。其功率小，效果明显，显示编程容易控制，可以显示字母。
以上两种方案综合考虑，选择方案二。
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三、 电路主要元器件与软件介绍
3.1 AT89S52单片机
3.1.1 AT89S52简介
AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flsah存储器。
3.1.2 AT89S52 主要特性
1) 拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash。
2) 晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）。 3) 内部程序存储器（ROM）为 8KB。 4) 内部数据存储器（RAM）为 256字节。 5) 32 个可编程I/O 口线。 6) 8 个中断向量源。
7) 三个 16 位定时器/计数器。 8) 三级加密程序存储器。 9) 全双工UART串行通道。
3.1.3 AT89S52各引脚功能介绍
VCC：AT89S52电源正端输入，接+5V。 VSS：电源地端。 XTAL1：
单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2：
系统时钟的反相放大器输出端，一般 在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只 石英振荡晶体，系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统
更稳定，避免噪声干扰而死机。 图3-1 AT89S52各引脚 RESET：
AT89S52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置
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的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。 EA/Vpp：
“EA”为英文“External Access”的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。 ALE/PROG：
ALE是英文\的缩写，表示地址锁存器启用信号。 PSEN：
此为\Program Store Enable\的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。 PORT0（P0.0～P0.7）：
端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。
端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。
PORT1（P1.0～P1.7）：
端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。
PORT3（P3.0～P3.7）：
端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。
3.2 DAC0832
3.2.1 DAC0832简介
DAC0832是美国资料公司研制的8位双缓冲器D/A转换器。芯片内带有资料锁存器，可与数据总线直接相连。电路有极好的温度跟随性，使用了COMS电流开关和控制逻辑而获得低功耗、低输出的泄漏电流误差。芯片采用R-2RT型电阻网络，对参考电流进行分流完成D/A转换。转换结果以一组差动电流IOUT1
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和IOUT2输出。
DAC0832主要性能参数有： 辨率8位； 转换时间1μs； 参考电压±10V； 单电源+5V~+15v； 功耗20mW。
3.2.2 DAC0832的结构
图3-2 DAC0832的内部结构
DAC0832的内部结构如图3-2所示。DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE；第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号为传输控制信号XFER。因为有两级锁存器，DAC0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，这样能有效地提高转换速度。此外，两级锁存器还可以在多个D/A转换器同时工作时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。
图3-1中LE为高电平、CS和WR1为低电平时，LE1为高电平，输入寄存器的输出跟随输入而变化；此后，当WR1由低变高时，LE1为低电平，资料被锁存到输入寄存器中，这时的输入寄存器的输出端不再跟随输入资料的变化而变化。对第二级锁存器来说，XFER和WR2同时为低电平时，LE2为高电平，DAC寄存器的输出跟随其输入而变化；此后，当WR2由低变高时，LE2变为低电平，将输入寄存器的资料锁存到DAC寄存器中。
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