基于PROTEUS的函数信号发生器设计

论文总字数：14364字

摘 要

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途，是一种应用于产生标准信号的电子仪器。本文中采用AT89C51单片机为控制核心进行函数信号发生器的设计，外围采用数/模转换电路、数码管显示电路和运算放大电路。该设计中单片机能够实现正弦波、锯齿波、三角波、方波波形的输出，并且通过按键选择输出波形或设置信号频率。本设计简单，性能稳定具有一定的实用性，适用于智能仪表系统和办公自动化等诸多领域。

关键词：单片机，函数信号发生器，频率调节，放大电路

Abstract: Function Generator has a very wide range of uses in the detection circuit experiments and equipment is a standard signal applied to produce electronic equipment. This article using AT89C51 microcontroller core for function signal generator design, using the external D / A converter circuit, the digital display circuit and operational amplifier circuit.The single-chip design enables sine, sawtooth, triangle wave, square wave output, and select the output frequency of the signal waveform or set via buttons. Its design is simple, stable performance has a certain practicality for smart meter systems and office automation and many other areas.

Keywords：singlechip,function signal generator, frequency regulation,mu-circuit

目录

1 前言 5

2 系统概述 5

2.1 单片机概述 5

2.2 信号发生器概述 5

3系统的硬件设计 6

3.1硬件原理框图 6

3.2 AT89C51单片机 7

3.3 时钟电路 7

3.4 复位电路 8

3.5 数/模转换电路 9

3.6 数码管显示电路 10

4 系统的软件设计 11

4.1 软件流程图 11

4.2 中断工作方式 13

5软件仿真与测试分析 13

5.1 Proteus软件介绍 13

5.2 KEIL软件介绍 13

5.3 仿真分析 14

结论 17

参考文献 18

致谢 19

附录1总电路图 20

附录2源程序 21

附录3器件清单 25

1 前言

当今是科技以及仪表设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的发展进步，给人们带来了根本性的转变。现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。当今时代，函数信号发生器作为一种常见的电子设备，可以检测锯齿波、正弦波、方波、三角波这几种波形，频率范围从几个微赫到几十兆赫。由于它的稳定性、可靠性高，适用于电路实验和设备检测，它作为实验用信号源，在电子实验设计中也必不可少。而电子技术的发展给人们带来了质的转变，现代的电子领域中，单片机不断走向成熟，还带动了传统函数发生信号器的更新^[9]。

在此设计中是利用AT89C51单片机构成的波形发生器，可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等多种波形，波形的周期可用程序改变，并可根据需要选择单极性输出或双极性输出，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。在文中给出了源代码，通过仿真测试，其性能指标达到了设计要求。通过单片机小系统负责用户的交互和系统控制，键盘用于频率的输入与波形的选择，LED显示当前所选信号的频率调整情况，而末级放大电路则对生成的信号进行适当的放大，以提高信号的振幅和强度。

2 系统概述

2.1 单片机概述

由于大规模集成电路技术的发展，由中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、定时器/计数器、(I/O)接口、串行通信接口以及其它一些计算机外围电路等均可集成在一块芯片上构成单片微型计算机，简称为单片机。单片机具有体积小、成本低，性能稳定、使用寿命长等特点。其最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中，这是其他计算机和网络都无法做到的^[1,2]。

2.2 信号发生器概述

由于数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号，所以可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需的波形。AT89C51单片机本身是一个完整的微型计算机，它同时具有组成微型计算机的各部分部件，包括中央处理器CPU、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、定时器/计数器、I/O接口电路以及串行通讯接口等，然后将89C51再配置显示器及其接口、键盘及其接口、指示灯及其接口、数模转换及波形输出等四部分，便可构成所需的函数信号发生器，其信号发生器构成的原理框图如图1所示。

图1 信号发生器原理框图

如图1所示89C51单片机是整个信号发生器的核心部分，它经过程序的编写和执行，可以产生各种各样的信号，并且从键盘接收数据，从而可进行各种功能的转换。当数字信号从接口电路到达转换电路时，便可将其转换成模拟信号即是所需要的输出波形^[5]。

3 系统的硬件设计

3.1 硬件原理框图

利用AT89C51单片机采用程序设计方法产生锯齿波、三角波、正弦波、方波四种波形，再通过D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来。通过按键来控制四种波形的类型选择、频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。硬件设计的总体框图如图2所示。

图2 系统框图

如图2所示89C51单片机是硬件系统的核心，单片机首先对按键电路读入键值确定波形与频率，复位电路用于系统复位重启，再通过数模转换器放大电路输出波形，由数码管显示电路显示出频率值，便可通过示波器可以观察波形与频率。

3.2 AT89C51单片机

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