摘要：此设计用单片机AT89C51作为最小系统，利用D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，再经过滤波放大，由示波器显示出方波，三角波，锯齿波和正弦波，同时由LED显示器显示其各自的类型以及频率。该信号发生器体积小、成本低、功能强，符合设计要求。
关键词：信号发生器，单片机，D/A1.绪论
1.1 信号发生器的发展
信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于自动控制和科学实验等领域。它是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。
自六十年代以来，信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器、扫频信号发生器、合成信号发生器、程控信号发生器等新种类。各类信号发生器的主要性能指标也都有了大幅度的提高，同时在简化机械结构、小型化、多功能等各方面也有了显著的进展。
1.2 单片机简介
单片机是一种集成在电路芯片，具有数据处理能力的中央处理器CPU 随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机具有集成度高、系统结构简单、使用方便、实现模块化等特点，应用于仪器仪表、家用电器、医用设备等领域。从此，单片机开始迅速发展，应用范围也在不断扩大。
2.设计方案
2.1 工作原理
当按键按下时，通过程序判断哪个键按下，选好按键后，利用D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，再经过滤波放大，由示波器显示出所需的波形，此时LED显示器也会显示其各自的类型以及频率。复位电路则是用于单片机的复位，使单片机接口初始化。图2.1电路原理框图
2.2 实现功能
（1）本方案所使用的8位LED显示器，采用共阴极接法，输入段选码低电平有效，显示输出信号的类型和频率。
（2）本方案通过P1.0和P1.1口控制信号的输入类型。当P1.0=0，P1.1=0输出正弦波；当P1.0=0，P1.1=1 输出三角波；当P1.0=1，P1.1=0输出锯齿波。
（3）输出信号幅度：0～5V。
（4）信号频率范围要求：1—1KHZ。
3.硬件电路设计与分析
好的硬件电路既能简化繁琐的程序，又能提高实验的成功率，是设计实验不可或缺的重要部分，必须高度重视。
3.1主控电路
本电路主要采用AT89C51型单片机，它具有如下特点：（1）有可供用户使用的大量I/O口线。（2）内部存储器容量有限。（3）应用系统开发具有特殊性。用89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可。其中，在设计时钟电路时，我采用了12MHZ和晶振分别接引脚XTAL1 和XTAL2，电容C1，C2 均选择为30pF。由于频率较大时，三角波、正弦波、方波等波中每一点延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间即可得到指定频率的波形。在设计复位电路时，复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，作用是用来抑制噪声。在每个机器周期的S5P2，其输出电平由复位电路采用一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。
3.2键盘接口电路
本设计采用一般的键盘接口，键盘输出信号。具体为：P1.0、P1.1波形选择，其中当P1.0=0，P1.1=0 输出正弦波，当P1.0=0，P1.1=1 输出三角波，当P1.0=1，P1.1=0输出锯齿波；当P1.0=1，P1.1=1 输出方波。P1.2、P1.3、P1.4 频率由个位，十位，百位调节；P1.5频率加减控制；P1.6跳出循环。
3.3 DAC0832芯片与单片机硬件接口设计
由于用示波器显示波形，所以需要一个数/模转换器，将单片机输出的数字量转换成模拟量。此设计采用DAC0832转换器。由于此芯片是电流输出，为了变成电压输出，我们在其后加上一个运算放大器OP07。
3.4 LED显示电路
该设计采用LED共阴极数码管显示电路。当某个驱动电路输出端为低电平时，相应的那位点亮，从而显示出波形的种类和信号的频率，在按键时显示出相关信息。添加74LHC573锁存器是为了增加显示的准确性。
4.软件设计流程
4.1 程序流程图4.2信号频率采集
本设计通过P1.0和P1.1口来选择波形的类型，然后改变这个频率的个位，十位，百位，进而改变这个频率，接着开启中断，改变D/A转换器，输出波形。
4.3系统仿真波形
矩形波锯齿波正弦波三角波4.4测量仪器
示波器
稳压电流电源
万用表
总结
通过这次单片机培训，我学到了很多书本上没有的知识，尤其在实践方面得到了很好的锻炼。从电路原理图的绘制，到电路元器件的焊接、电路的调试，程序的编写，调试下载，一步步，收益匪浅。在设计过程中，为了达到硬件电路简单，程序可读性高的效果，可以说中间遇到了很多险阻，也花费了大量时间，不过最终还是顺利完成要求。同时在这次设计过程中，老师也帮助了我很多，所以在此感谢老师的细心教导。我会把这次经历当做是一次很好的磨练，我相信以后我会比现在做得更好。（作者单位：沈阳师范大学）
参考文献
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