汉口学院机械电子工程学院 湖北省 武汉市 430212
摘要：多功能信号发生器是可以产生模拟电压波形的常用信号源，目前使用最广泛的信号发生器是函数信号发生器，应具有价格低、性能好、低频范围稳定性好、操作方便、体积小、功耗低等特点。本文设计的信号发生器以AT89S52单片机为控制核心，外围包括电源模块、数模转换电路( DAC 0832 )、运算放大器电路(LM324 )、键盘模块等。本设计根据要求主要研究了软件编程实现波形和频率的可调。由于使用了LM324运算放大器和稳压器电路，该电路具有更高的稳定性能和更高的性能比，且电路结构简洁清晰，操作简单方便，更容易发现故障，具有典型性。
关键词：多功能信号发生器；单片机；DAC0832；AT89S52
1、绪论
1.1 课题背景、目的及意义
随着信号发生器的需求量增加和电子技术的迅速发展，信号发生器的种类迅速增多，性能也随之提高。70年代微处理器的出现，让信号发生器在向自动化、智能化方向发展的路上更加快速。目前，信号发生器的发展方向是覆盖范围广、低功耗、高精度、多功能、自动化、智能化。
本设计主题的研究和制作，充分说明了低频信号发生系统的整体解决方案，对低频信号发生原理的理解，以及低频信号发生器的工作过程：波形设置， D / A转换，单片机，各模块之间的显示和通讯链接等各部分应熟练地连接和调试，才能正确理解常规芯片的使用，掌握简单信号发生器应用系统的软件和硬件的设计方法，进一步加强我们在信号处理中的实际工作能力。
1.2 设计要求和任务
掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法,并通过实际程序的设计和调试，逐步掌握模块化程序的设计方法和调试技术；了解开发单片机应用系统的全过程。综合运用所学专业知识解决工程问题。
具体设计要求如下：
（1）具有产生正弦波、三角波、方波、矩形波、锯齿波波形的功能。
（2）信号的频率范围为1Hz-1MHz。
（3）信号的输出波形幅度Vp-p可调。
（4）通过键盘输入任意频率数值和选择任意波形。
2、单片机的发展及应用
单片机诞生于20世纪70年代。最初的单片机是把大规模集成电路技术将中央处理单元，数据存储器，程序存储器和其他I / O通信端口集成在单个芯片上，以形成最小的计算机系统。现代微控制器增加了更多的片上外设，使其功能越来越强大，应用领域也越来越广泛。由于这种芯片具有计算机的功能，所以称为单片机。由于单片机的硬件结构和指令系统都是按照工业要求设计的，因此更多的应用在工业检测和控制设备，也称微控制器。
由于其优良的性能，紧凑的尺寸和高性价比，微控制器已被广泛应用于国民经济的各个领域。但是，由于其自身的某些特点，MCU在实际应用中具有自己的独特的应用特点和特定的应用范围。智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个方面：在智能仪器仪表上的应用、在工业控制中的应用、在家用电器中的应用、在计算机网络和通信领域中的应用、在医用设备领域中的应用等等。此外，SCM在工业、金融、科研、教育和国防、航空航天等领域有着非常广泛的应用。
3、信号发生器概述
目前，市场上的信号发生器多种多样，一般按频带分为以下几种：
（1）超高频：频率范围1MHz以上，可达几十兆赫兹。
（2）高频：几百KHZ到几MHZ。
（3）低频：频率范围为几十HZ到几百KHZ。
（4）超低频：频率范围为零点几赫兹到几百赫兹。
（5）超高频信号发生器，产生波形一般用LC振荡电路。
大多数高频，低频和超低频信号发生器使用RC振荡电路，是一种通过改变电容和电阻值来改变频率的电路。
根据以上情况，我们可以使用单片机AT89S52再加上一块DAC0832就可以制作一个简单的信号发生器，其频率由单片机运行的程序控制。我们可以在ROM中编写各种波形的程序，加载到发生器中，根据客户的选择运行不同的程序，并产生客户所期望的波形。在DAC0832输出端加上电压转换电路，完成了频率和幅值可调的多功能信号发生器。
4、系统设计方案
4.1 总体方案设计
系统总体系统框图设计：单片机主系统的硬件电路设计由两部分组成：一是单片机系统扩展部分的设计，包括存储器扩展和接口扩展。内存扩展指的是EPROM，EEPROM和RAM的扩展。接口扩展是指各接口芯片以及其他功能器件的扩展。二是功能模块的设计，如信号检测功能模块、信号控制功能模块、通信功能模块等。本设计主要包括硬件设计和软件设计。其中硬件主系统框图如图1所示。
图1 主系统结构框图
5、硬件总体设计
单片机应用系统的硬件电路设计包括两部分：一是系统扩展，当单片机内部的功能单元（ROM、I/O）无法运行应用系统时，则允许在CH外部扩展。选择适合的内核并设计对应需求的电路很重要。二是系统配置，根据功能需求配置外围设备，如显示设备、D/A转换等。
(1)程序存贮器
89S52配置8K ROM，512B RAM，因此不需要内存扩展。
(2)键盘接口
本设计使用按键较少，采用独立式键盘控制。
(3)D/A转换
本设计D/A转换部分采用DAC0832芯片，由于它自带锁存器，故在使用时不必加74LS373进行数据锁存。
(4)信号变换部分
LM324用于转换信号，该放大器采用14英尺双排塑料封装，内部包含四个完全相同的运算放大器。
参考文献
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论文作者:邵锦葵
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
标签：单片机论文; 信号发生器论文; 波形论文; 低频论文; 系统论文; 电路论文; 频率论文; 《防护工程》2018年第33期论文;