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1、基于单片机的函数信号发生器设计与仿真,湖南文理学院本科毕业论文,设计意义,本课题主要研究开发一个基于51单片机的实验用简易函数信号发生器，单片机构成的仪器具有高可靠性，高性价比，在智能仪表系统中得到广泛应用，不但成本较低而且精度较高，最重要的是开发简单易于调试，本文设计的信号发生器具有一定社会价值和经济价值。,设计目的,本课题主要研究开发一个基于51单片机的实验用信号发生器，即设计一个可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波的频率可调的简易设备。单片机构成的仪器具有高可靠性，高性价比，在智能仪表仪器中得到广泛应用，因此，基于单片机的函数信号发生器普及是一种趋势。,论文结构,1 本论引言 1.1 单
2、片机概述 1.2 信号发生器分类 1.3 研究内容2 方案的设计与选择 2.1 方案的比较 2.2 设计原理 2.3 设计思想 2.4 设计功能3 硬件设计 3.1 硬件原理框图 3.2 主控电路,3.3 数、模转换电路 3.4按键接口电路 3.5时钟电路 3.6显示电路 4.软件设计 4.1程序流程与仿真 5 结论与答谢 致 谢 参考文献 附录1 电路原理图 附录2 源程序 附录3 器件清单,系统按键设计说明,通过按键“S0”“S3”实现了方波，正弦波，三角波，锯齿波四种波形切换，键“S4”“S7”决定锯齿波的频率，波形标准美观频率稳定可调。并且在数码管上显示出波形的频率。“S0”号键代表方
3、波输出“S1”号键代表正弦波输出“S2”号键代表三角波输出“S3”号键代表锯齿波输出“S4”号键代表10Hz，“S5”号键代表100Hz，“S6”号键代表500Hz，“S7”号键代表1KHz。,设计说明,6个LED显示器输出信号的频率值，选用共阳极LED，用于显示当前波形的频率。显示的模式如下0010HZ,0100HZ,0500HZ,1000HZ。频率范围：10Hz,100Hz,500Hz,1000Hz。输出波形幅度为5V。,主程序的流程图:,在程序开始运行之后首先是对8255进行初始化之后判断信号频率值如符合所需的频率，则重置时间常数，并通过显示器显示出来，不符则返回。在中断结束后，还要来判
4、断波形是否符合如符合则显示其频率不符则返回重新判断。本系统的主程序流程图如右图所示：,波形子程序的流程图:,硬件原理图,80C51单片机为硬件系统的核心，单片机对键盘扫描读入键值确定波形与频率，通过显示电路显示频率值，通过数模转换器放大电路输出波形，通过示波器可以观察波形与频率，复位电路用于系统复位重启。,系统电路原理图,系统原理分析,按下复位键后系统对8255初始化，PA口为输入PB口为输出PC口为输出。PA口用于扫描键盘状态，PB口用于点亮一个数码管显示当前频率值，PC口用于选择数码管。通过扫描键盘将键盘状态通过P0送入单片机，如果扫描得出无按键按下则返回继续扫描直到有频率选择键按下，如果
5、扫描得出频率不符即频率切换则重新置计数初值，更改调用频率选择子程序改变频率，否则不予改变继续往下执行。,系统原理分析,单片机通过P2口发出控制信息，一方面控制8255的PB口PC口来输出当前频率选择值。根据键盘扫描值判断波形选择按键是否按下，没有按下则返回等待，继续扫描直到有波形选择按键按下。有键按下但是不符即波形已经切换，则更改波形选择特征值更改波形调用子程序，根据预先设计好了的表文件控制DAC0832实现模拟到数字转换输出相应波形。,波形以及频率之间的转换,“S0”号键代表方波输出。“S1”号键代表正弦波输出。“S2”号键代表三角波输出。“S3”号键代表锯齿波输出。“S4”号键为10Hz的
6、频率信号。“S5”号键为100Hz的频率信号。“S6”号键为500Hz的频率信号。“S7”号键为1KHz的频率信号。,方波仿真,当“S0”键按下将产生方波，键“S4”“S7”决定方波的频率。“S4”号键为10Hz频率信号，“S5”号键为100Hz频率信号，“S6”号键为500Hz频率信号，“S7”号键为1KHz频率信号。考虑到时间问题各个频率的仿真图在此不予一一列出。,正弦波仿真,当“S1”键按下将产生正弦波，键“S4”“S7”决定正弦波的频率。“S4”号键为10Hz的频率信号，“S5”号键为100Hz的频率信号，“S6”号键为500Hz的频率信号，“S7”号键为1KHz的频率信号。考虑到时间
7、问题各个频率的仿真图在此不予一一列出。,三角波仿真,当“S2”键按下是将产生三角波，键“S4”“S7”决定三角波的频率。“S4”号键为10Hz频率信号，“S5”号键为100Hz频率信号，“S6”号键为500Hz频率信号，“S7”号键为1KHz频率信号。考虑到时间问题各个频率的仿真图在此不予一一列出。,锯齿波仿真,当“S3”键按下是将产生锯齿波，键“S4”“S7”决定锯齿波的频率。“S4”号键为10Hz频率信号，“S5”号键为100Hz频率信号，“S6”号键为500Hz频率信号，“S7”号键为1KHz频率信号。考虑到时间问题各个频率的仿真图在此不予一一列出。,当“S3”键按下是将产生锯齿波，键“
8、S4”“S7”决定锯齿波的频率。“S4”号键为10Hz频率信号，“S5”号键为100Hz频率信号，“S6”号键为500Hz频率信号，“S7”号键为1KHz频率信号。考虑到时间问题各个频率的仿真图在此不予一一列出。,结论,基于单片机的函数信号发生器的设计与仿真已全部完成，所设计的函数信号发生器有一定的实用价值和经济价值。能按预期的效果通过按键“S0”“S3”实现了方波，正弦波，三角波，锯齿波四种波形切换，键“S4”“S7”决定锯齿波的频率，波形标准美观频率稳定可调。并且在数码管上显示出波形的频率。在函数信号发生器系统的4个模块中，最重要的是主控模块，其它还有显示模块，按键模块，信号输出模块。各模
9、块完成后，将它们组合成完整的函数信号发生器系统。在设计过程中还需改进的是在频率的选择上，频率选择只能是10HZ、100HZ、500HZ、1000HZ，理想情况下频率选择应该更加精确。只能显示频率无法显示波形名，幅度不可以调整。本文所用的汇编语言为机器语言，复杂难懂,移植性差，可读性差，但是代码效率高,其本质在于直接控制硬件,因而会受到硬件环境的限制，因此做系统时编程语言的选择尤为重要。,致谢,首先感谢我的指导老师蔡剑华老师。在完成毕业设计的过程中，我在蔡老师悉心指导和严格要求下圆满地完成了毕业设计任务。从课题的论证，设计到最后的论文定稿，都得到了导师细心而富有启发性的指点，导师精深的学术造诣、严谨的治学态度、灵活开放的思路、平等待人的作风都深深地教育了我，在此谨表示我所能表达的最深切的感谢！同时，我要感谢物理与电子科学学院的老师们对我的教育。衷心感谢所有帮助、支持和关心我的老师、同学、朋友！在此，我要向他们表示我深深的谢意和美好的祝福!,
