黄冈职业技术学院（论文）
超高频信号发生器，产生波形一般用LC振荡电路。
高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路，即RC振荡电路，通过改变电容和电阻值，改变频率。
用以上原理设计的信号发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉冲波，其零点不可调，而且价格也比较贵，一般在几百元左右。在实际应用中，超低频波和高频波一般是不用的，一般用中高频，即几十HZ到几MHZ。用单片机AT89C51,加上一片DAC0832,就可以做成一个简单的信号发生器，其频率受单片机运行的程序的控制。我们可以把产生各种波形的程序，写在ROM中，装入本机，按用户的选择，运行不同的程序，产生不同的波形。再在DAC0808输出端加上一些电压变换电路，就完成了一个频率、幅值、零点均可调的多功能信号发生器的设计。这样的机器体积小，价格便宜，耗电少，频率适中。
1.1.2 选题目的及意义
函数发生器是一种经常使用的设备，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，研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景，以满足军事和民用领域对信号源的要求。
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AT89C51和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现正弦波，方波，三角波，锯齿波这四种常见波形的发生，并且可以接收外接键盘输入而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AT89C51单片机，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，锯齿波，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AT89C51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。
1.2 设计任务及要求
本设计采用AT89C51及其外围扩展系统，软件方面主要是应用C语言设计程序。系统以AT89C51单片机为核心，配置相应的外设及接口电路，用C语言开发，组成一个多功能信号发生系统。该系统的软件可运行于Windows XP环境下，硬
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件电路设计具有典型性。同时，本系统中任何一部分电路模块均可移植于实用开发系统的设计中，电路设计具有实用性。
1.2.1 设计的基本要求
（1）功能要求
1.能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等4种周期性波形，并且可通调节变形成其它相关波形。
2.用键盘输入可生成正弦波的基波及各次谐波单独的波形，也可生成基波和各次谐波线形组合的波形。
3.输出波形的频率范围为1MHz～1Hz；可以通过键盘输入粗调频率。 4.输出波形幅度范围为0～5V（峰-峰值），可调整。
5.具有显示输出波形类型、及其粗调频率和幅度的功能。
1.2.2 本文结构安排
全文共分为6章，第1章绪论（介绍设计的研究现状、选题意义及设计的任务与要求）；第2章系统总体的设计原理；第3章系统的硬件设计；第4章系统的软件设计；第5章系统的调试与测试；第6章总结与展望
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2 函数发生器系统设计
2.1 设计方案的比较
函数发生器的设计方案可用多种方案来完成。在设计前对各种方案进行了比较：
方案一：用差分放大电路实现三角波到正弦波以及集成运放组成的电路实现函数发生器。波形变换的原理是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好;三角波的幅度应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。 方案二：用二极管折线近似电路以及集成运放组成的电路实现函数发生器。根据二极管折线近似电路实现三角波——正弦波的变换频率调节部分设计时，可先按三个频率段给定三个电容值：1000pF、0.01mf、0.1μF然后再计算R的大小。
手控与压控部分线路要求更换方便。为满足对方波前后沿时间的要求，以及正弦波最高工作频率（1MHz）的要求，在积分器、比较器、正弦波转换器和输出级中应选用Sr值较大的运放（如LF353）。为保证正弦波有较小的失真度，应正确计算二极管网络的电阻参数，并注意调节输出三角波的幅度和对称度。输入波形中不能含有直流成分。
方案三 ：利用单片机AT89C51和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现正弦波，方波，三角波，锯齿波这四种常见波形的发生，并且可以接收外接键盘输入而在一定范围内改变频率。
可行性分析： 上面三种方案中，方案一与方案二中三角波——正弦波部分原理虽然不一样，但是他们有共通的地方就是都要认为地搭建波形变换的电路图。而方案三利用单片机构成的应用系统有较大的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。
综上所述我们选择了第三种设计方案
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2.2 系统模块设计
该函数发生器有以下几部分组成：（1）控制模块（2）按键及其显示模块（3）D/A转换模块。
2.2.1 控制模块：
方案一：用单片AT89C51作为系统的主控核心。具有体积小，使用灵活的，易于人机对话和良好的数据处理，单指令周期和35M高速运算功能等优点。且单片机功耗低，价格低廉的优点。
方案二：用单片AT89C51作为系统的主控核心。具有价格低廉的优点，但处理速度较慢（1/12M）,AT89C51是它的35倍。
方案三：用FPGA等可编程器件作为控制模块。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，密度高，速度快，稳定性好等许多有点。FPGA在掉电后会丢失数据上电后须进行一次配置，因此FPGA在应用中需要配置电路和一定的程序。并且FPGA作为数字逻辑器件，竞争、冒险是数字逻辑器件较为突出的问题，因此在使用时必须注意毛刺的产生、消除及抗干扰性。
在次系统中，采用单片机作为控制比采用FPGA实现更简便。基于综合性价比，确定选择方案一.
2.2.2 按键及其显示模块：
方案一：采用传统的独立式按键；用传统的LED段选位选的方式进行波形的切换及显示。这种方式占用系统资源较多，并且效率低，程系编写大量而复杂。
方案二：为了提高单片机的资源利用率和运行的效率,按键显示部分我们直接使用zlg7289扩展键盘，键盘与单片机连接。zlg7289芯片与单片机之间通信方便，而且由zlg7289对键盘进行自动扫描，可以去抖动，充分的提高了单片机的工作效率。
在次系统中，我们直接采用zlg7289扩展键盘实现更简便，确定选择方案二。
2.2.3 波形产生模块
方案一：使用锁相环通过分频运算实现频率的步进，这种方案频率稳定度高，但程控比较困难，而且步进范围过大，鉴于锁相环技术比较复杂，没有采用这种方案。
方案二：使用专用函数发生电路，如ICL8038 或MAX038，通过D/A转换调整函数
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发生器控制电压实现频率的控制，这种方案可以使频率连续可调，省却了波形转换电路，但控制电压与频率的变化不是严格的线性关系，如果不加频率负反馈则频率无法稳定准确，加上频率负反馈将使电路大大复杂，稳定度也会下降，而且如果要实现比较大的带宽，就需要不断更换振荡电容，电路复杂程度进一步增加。为避免调试困难，没有采用这种方案。
方案三：使用单片机的定时器设置定时时间，每半个周期对I/O 口取反一次，从而实现频率输出。这种方案虽然在高频频段误差比较大，但是编程简单控制容易，权衡以上利弊，我们选择了方案三。
2.2.4 D/A转换
单片输出的是数字信号，必须通过D/A转换后才能模拟信号。
方案一：采用D/A转换器AD7543。AD7543是一种串行的D/A转换器，与单片机之间的连线少，布线方便，而且又是12位的D/A转换器，精度高。但串行数据传输速度慢,当频率较高时,必须减少每周期输出的点数,这将会导致阶梯现象更加明显,因此,此方案不宜使用。
方案二：采用DAC0832。这是8位的并行D/A转换器，转换速度快。 方案三：采用2片DAC0832。由其中一芯片的输出电压作为另一芯片的参考电压，这样就可以方便的控制最大输出电压。
若采用方案二，在输出电压较低的情况下，比如为1V时，输出的最大电压只有参考电压的1/5，这将会使精度降低，而方案三刚好可以解决这个问题，因此，本系统选择了方案三。 DAC0832芯片介绍
DAC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用DAC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。 DAC0832 具有以下特点： · 8位分辨率； · 双通道A/D转换；
· 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
· 5V电源供电时输入电压在0到5V之间； · 电流建立时间1μS； · 一般功耗仅为15mW；
· 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；
· 商用级芯片温宽为0°C 到 +70°C，工业级芯片温宽为?40°C 到 +85°C；
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