人们开始了数字通信的研究和实践，例如研究脉冲编码调制式通信。它要求发送部分能将所要传送的声音、图像等连续变化的模拟量转换成数字形式发送出去，而信号接收部分要求能把接收到的数字信号还原成声音、图像。于是研制了由电子管组装而成的模数转换器和数模转换器，使这种可靠和经济的数字通信得以实现。随着晶体管工艺的发展和成熟。到50年代后期，转换器中的电子管逐步由晶体管替代，使转换器的体积和重量大大减小。数字计算机的兴起、发展和应用领域的不断扩大，促进了集成电路和转换技术的迅速发展。到60年代中期，构成数模转换器的一些主要功能单元电路，如基准电压源、模拟开关、运算放大器等已制成半导体集成电路。同时薄膜集成电路和厚膜集成电路也有很大发展。
1.3单片机的发展应用及结构
1.3.1 单片机的发展应用
单片机自20世纪70年代问世以来．以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的优点是体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统，并可获得较高的经济效益。正因为如此，在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器等各个方面。 此外，世界各大公司以MCS-51单片机基本内核为核心的各种扩展型、增强型的新型单片机不断推出，在今后若干年内，MCS-51系列及其兼容的各种增强型、扩展型的单片机，仍是我国单片机应用领域的主流机型。单片机技术开发和应用水平已成为一个国家工业水平的标志之一。
一般微处理器和有关元器件分军用和民用两级，民用产品主要用于办公室
及机房环境，工作温度在0～70℃，军用产品要求在恶劣环境条件下稳定工作，工作温度在-65～+125℃；工业级产品的性能介于以上两者之间，在-40～+85℃温度环境可正常工作。工业产品可靠性比民用产品强，而价格较军用品低。在单片机应用中，可以根据实际工作环境，选择工业级芯片，保证系统可靠性。 单片机具有以下特点；
（1）受集成度限制，片内存储容量较小，一般8位单片机的ROM小于4/8K字节，RAM小于256字节，但可在外部扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64K
3
字节。
（2）可靠性好。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般通用CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中不易破坏；许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。
（3）易扩展。片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。
1.3.2 单片机的结构
通常，一个微型计算机系统由微型计算机与外部设备组成，如图1-1所示。而微型计算机则包含有微处理器（通称CPU），存储器（存放程序指令或数据的ROM、RAM等），输入/输出口（I/O）及其他功能部件如定时/计数器、中断系统等。它们通过地址总线、数据总线和控制总线连接起来,通过输入/输出口线与外部设备及外围芯片相连。存储器中配置有指令系统，系统操作软件及用户应用软件。
图1-1微型计算机系统
MCS-51单片机的功能部件：8位微处理器（CPU）；数据存储器（RAM）；程序存储器（ROM）；4个8位并行口I/O（P0口、P1口、P2口、P3口）；1个串行口；2个16位定时器/计数器；中断系统；特殊功能寄存器（SFR）。 1. 功能特性描述
87C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K在系统可编程EPROM
4
存储器。87C51具有以下标准功能：4k字节EPROM，128字节RAM，4个并行I/O口，二个16 位定时器/计数器，一个5向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 2. 87C51的存储器结构
87C51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64KB寻址。
程序存储器：如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于87C51，如果EA接VCC，读写程序先从内部存储器（地址为0000H～0FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：0000H～FFFFH。
数据存储器：87C51 有128字节片内数据存储器。数据存储器的片内和片外的操作指令不同。
1.4 论文的主要内容
本次设计以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，实现多功能信号的产生和输出，从总体上来看设计任务可以分为硬件设计和软件设计，这两者互相结合，不可分离。从时间上来看，硬件设计的绝大部分工作量在最初阶段，到后期往往还要作一些修改。软件设计任务贯穿始终，到中后期基本上都是软件设计任务。
信号发生器的硬件结构主要由87C51、复位电路、时钟电路、数模转换电路DAC0832五部分构成。其中单片机87C51的程序存储器 存放软件程序，程序包括三角波、锯齿波、矩形波的产生程序及对波形的频率输入程序，还有对键盘和DAC0832的控制程序。打开信号发生器后，单片机程序请求用户从键盘上输入波形所对应的键号值及波形所对应的频率值。像1号对应三角波输出，2号对应矩尺波输出、3号对应矩形波输出。例如若想得到1KHZ的正弦波 ，则需按下1号键，等待程序要求输入三角波的频率，再按下1K键。这些波形参数通过键盘由单片机的P1口进入，被存放在87C51的数据存储器内，单片机调用波形程序后，由P0口输出波形进入数模转换器的P1口，数模转换器将信号波由数字形式转换为模拟的形式，由数模转换器输出的波是电流型的，而用来显示波形的示波器是
5
电压型的仪器，所以在数模转换器以后需要添加运算放大器将电流型的信号转换成电压型的信号，同时放大信号，以便于在示波器中观察。
6
第二章 系统总体方案及硬件设计
2.1 方案提出
方案1：
采用87C51单片机和DAC0832芯片，直接连接键盘和显示图2-1。
P0 87C51 P2 P1 P3 LED 显示器 4*4 键盘 D/A转换芯片 图2-1 方案1电路原理图
该种方案主要对87C51单片机的各个I/O口充分利用。 P2.0-P2.3 和P3.0-P3.3是连接4*4的键盘, 在P0口接显示电路,P1口连接DAC0832输出波形。这样总体来说,能对单片机各个接口都利用上,而不在多用其它芯片,从而减小了系统的成本。也对按照系统多功能频率信号发生器的要求所完成。占用空间小,使用芯片少,低功耗。
其缺点就是在考虑以后发展和改进的时候,单片机数据接口都被占用了,那么很难进行改进和进一步发展,在对系统驱动和数据的存储有一定的困难. 方案2:
7