基于单片机的信号发生器设计与实现

基于单片机的信号发生器设计与实现摘要信号发生器是许多测试和实验中不可缺少的工具，在信息与通信、雷达信号处理、测量及控制、教学等领域应用十分广泛。随着电子科学与技术的发展，对信号的频谱纯度、频率分辨率、频率的输出范围等提出的要求越来越高，然而用传统的频率合成方法研制的信号发生器在精度、功能等方面均存在较多的缺陷和不足，很大程度上不能够满足要求。本文正是针对这一问题，设计并开发基于直接数字合成，技术的高性能、高精度的DIRECTGIALSYNTHESIDS信号发生器。用单片机控制芯片完成信号的产生及控制，所产生的信号具有频率的S分辨率较高、切换频率时的相位连续、频率的切换速度较快、输出相位的噪声很低等诸多优点。本设计主要有以下几大模块构成单片机及其接口模块、模块、按键DS模块、液晶显示模块、幅度调节模块，能够实现通过键盘输入选择正弦波、方波、三角波三种波形，并通过液晶屏显示其频率值和示意波形等功能。最后，应用单片机和技术研制了一个现实可用的信号发生器，并给出DS了基于单片机和技术的信号发生器的电路原理框图，下的电路图，PROTEL设计过程和软件流程图。测试结果表明本信号发生器达到了预期的设计要求，其性能和各种指标明显好于传统的信号发生器。关键词单片机信号发生器DSBASEDONSCMSIGNALGENERATORDESIGNANDIMPLEMENTATIONABSTRACTSIGNALGENERATORISANINDISPENSABLETOOLINMANYTESTSANDEXPERIMENTS,ANDITHASVERYEXTENSIVEAPPLICATIONININFORMATIONANDCOMMUNICATION,RADARSIGNALPROCESSING,MEASUREMENTANDCONTROL,TEACHING,ANDOTHERAREASASTHEELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYDEVELOPMENT,THESPECTRUMOFTHESIGNALFREQUENCYRESOLUTION,PURITY,THEOUTPUTOFTHEFREQUENCYRANGEOFTHEDEMANDSOFMOREANDMOREHIGH,BUTTOUSETHETRADITIONALFREQUENCYSYNTHESISMETHODDEVELOPEDINPRECISION,FUNCTIONSIGNALGENERATORWHICHHAVEMANYDEFECTSANDTHEINSUFFICIENCY,LARGELYCANTMEETTHEREQUIREMENTSTHISPAPERISTOSOLVESUCHAPROBLEM,DESIGNANDDEVELOPHIGHPERFORMANCE,HIGHPRECISIONOFTHESIGNALGENERATORBASEDONDIRECTDIGITALSYNTHESISTECHNOLOGYWITHSINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLCHIPSSIGNALISPRODUCEDANDCONTROL,THERESULTINGSIGNALHASAHIGHERFREQUENCYRESOLUTION,SWITCHINGFREQUENCYOFTHEPHASEOFTHECONTINUOUS,FREQUENCYSWITCHINGSPEEDANDOUTPUTOFTHENOISEISLOWPHASEMANYADVANTAGESTHISDESIGNBASICALLYHASTHEFOLLOWINGAFEWBIGBLOCKSSCMANDITSINTERFACEMODULE,MODULES,KEYMODULE,LIQUIDCRYSTALDISPLAYMODULE,AMPLITUDEADJUSTMENTMODULE,CANREALIZETHROUGHTHEKEYBOARDINPUTCHOOSESINEWAVE,SQUAREWAVE,TRIANGLEWAVETHREEWAVEFORM,ANDTHROUGHTHELCDSHOWSITSFREQUENCYVALUEANDSIGNALWAVEFORMETCFUNCTIONFINALLY,THEAPPLICATIONOFTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERANDTECHNOLOGYDEVELOPEDAREALITYOFTHEAVAILABLESIGNALGENERATOR,ANDGIVETHETECHNOLOGYBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERANDTHESIGNALGENERATORCIRCUITPRINCIPLEDIAGRAM,THECIRCUITDIAGRAM,DESIGNPROCESSUNDERANDSOFTWAREFLOWCHARTTESTRESULTSSHOWTHATTHESIGNALGENERATORISEXPECTEDTOREACHTHEDESIGNREQUIREMENTSOFTHEPERFORMANCEANDVARIOUSINDEXES,SIGNIFICANTLYBETTERWITHTHETRADITIONALSIGNALGENERATORKEYWORDSSINGLECHIPMICROCOMPUTERDDSSIGNALGENERATOR目录1引言12系统简介221方案论证与选择2211信号发生模块的方案选择2212单片机模块的方案选择2213显示模块的方案选择2214键盘模块的方案选择322单片机介绍323单片机的主要应用领域324AT89S52单片机4241AT89S52单片机性能与特点4242AT89S52单片机引脚说明43DDS技术介绍831直接数字式频率合成技术的原理832DDS输出信号的的频谱特性9321理想情况下DDS输出的频谱特性9322非理想情况下DDS输出的频谱特性1133AD9833芯片简介13331AD9833的功能及特点13332AD9833的引脚及功能15333AD9833的内部寄存器功能154硬件电路的设计1741总体方案的设计1742电源电路的设计17421变压器的选择17422整流电路18423滤波电容的选择19424稳压电路2043单片机电路的设计21431振荡电路的设计21432复位电路的设计2244DDS电路的设计2345按键电路的设计2346幅度调节电路的设计2446显示电路的设计265软件设计2851主程序2852DDSAD9833子程序2953按键程序306电路的焊接和调试3161电路的焊接3162DDS的调试3363放大器AD603的调试347结论35谢辞36参考文献37附录38附录一程序清单38附录二器件清单58附录三硬件电路图59外文资料601引言随着电子科技的迅猛发展，工程上、试验中用到的信号越来越多，对信号的要求越来越严格。无论是信号的分辨率还是信号的精度在实践中都显得尤为重要。信号发生器，用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示1。信号发生器是电子领域、通信领域、以及工程测试领域都不可缺少的一样工具。不论是过去现在还是将来，信号发生器都在这些领域扮演着独特的角色。然而，信号发生器的设计和制作并不是一蹴而就的。设计和制作信号发生的方案有很多种可以用单片机直接产生低频信号、可以利用传统的锁相频率合成方法。通过芯片IC145152芯片产生中频信号、可以利用MAX038芯片产生高频信号等等。这些方案产生的信号频率、精度各不相同，利用其制作的信号发生器的功能和性能均有很大的缺陷和弊端。于是，一种更为简捷、科技含量更高的信号产生方案呼之欲出。近年来采用高速数字电路和高速D/A转换技术的直接数字式频率合成技术DDS正飞速发展起来，此技术具有以前频率合成技术难以达到的优点例如频率转换时间短，频率分辨率高，频率稳定度高，输出信号频率和相位可快速程控切换等，因此可以很容易地对所产生的信号实现全数字式控制。以DDS技术作为核心研制的低频信号发生器可以说是所有研制方案中性价比最高的，这种信号发生器所产生的信号具有很多用其他方案制作的信号发生器无法匹及的优点和功能。DDS信号发生器逐渐覆盖了教学、科研等领域，是众多信号发生器的领头羊2。本文在理论方面对直接数字合成（DIRECTDIGITALSYNTHESIS，DDS）技术作了深入的研究，同时对DDS的实现方案也作了深入的调研，将AD公司的DDS芯片做了全方面的对比，并参阅大量文献与资料，最后，选择以DDSAD9833作为信号产生的核心。并以单片机作为主控芯片，以DDS芯片作为核心芯片，设计了一种信号发生器。2系统简介21方案论证与选择211信号发生模块的方案选择本模块主要有以下三种可行方案第一种方案通过单片机控制D/A转换器，可以输出正弦、三角、方波三种波形。此方案由于利用的是分立元件，输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，且不易调节。方案二使用传统的锁相频率合成方法。通过芯片IC145152，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波，利用积分电路转换为三角波。此方案的电路复杂，干扰因素多，且不容易实现。方案三利用单片机和DDS芯片组成的电路输出波形。DDS是直接数字式频率合成器，能够产生准确的三角波、方波和正弦波三种周期性波形。综合考虑以上三种方案，选择了方案三。212单片机模块的方案选择方案一单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计AT89S52算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机，可以在线编程，而且其价格便宜。方案二C8051F005单片机是一种高度集成的混合信号系统级芯片，它的微控制器内核与8051是兼容的，它的指令集与MCS51也完全兼容。除了具有标准8052的数字外设部件，片内还集成了数据采集系统和控制系统中经常用到的模拟部件和数字外设及其功能部件，并且它的执行速度很快。但是，其价格很贵3。综合考虑上述两种方案，我选择了方案一。213显示模块的方案选择方案一采用LED数码管。LED数码管由8个发光二极管组成，每只数码管轮流显示各自的字符。由于人眼具有视觉暂留的特性，当每只数码管显示的时间间隔小于1/16S时人眼是感觉不到闪烁的，看到的是每只数码管一直发亮。使用数码管显示编程容易，但要显示内容很多，并且不够直观。方案二采用字符型LCD液晶显示器1602。1602是工业字符型液晶，LCD1602可以在LCD显示屏上完整地显示32个英文字符和日文等一些特定字符,适合显示英文文字信息量较小的场合。可以应用在计算器、频率计、时钟等产品上。但它也不能完成图形的显示。方案三采用点阵式LCD液晶显示器12864。12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可以显示84个1616点阵汉字，也可完成图形显示。以上两种方案综合考虑，选择方案三。214键盘模块的方案选择方案一利用矩阵式键盘。矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处。当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。方案二采用编码式键盘。编码式键盘的按键触点接74LS148优先编码器芯片。当键盘上没有闭合时，所有键都断开，一旦当某一个键闭合时，该键对应的编码由74LS148芯片输出到需要的地方。综合考虑上述两种方案，我选择了方案一。22单片机介绍单片微型计算机简称单片微机或单片机，又称微控制器（）。它是在MCU一块半导体芯片上，集成了、接口、定时器/计数CPUROMAIO器、中断系统等功能部件，构成了一台完整的数字电子计算机。由于集成电路技术的发展，单片机功能逐渐增强，由单片机构成的计算机应用系统的功能也日益增强，进一步深化了单片机在工业控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器等领域的突出地位4单片机的应用给各种专业人员，特别是工程技术人员带来了学习和掌握计算机技术的紧迫性，同时也带来了可能性，因为组成计算机应用系统变得容易、“平凡”，增强了人们进入这一领域的信心5。23单片机的主要应用领域1智能仪器仪表；2工业测控；3计算机网络和通讯技术；4日常生活及家电；5办公自动化6。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机7。24AT89S52单片机241AT89S52单片机性能与特点AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上FLASH允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用8。主要性能有1与MCS51单片机产品兼容；28K字节在系统可编程FLASH存储器；31000次擦写周期；4全静态操作0HZ33MHZ；5三级加密程序存储器；632个可编程I/O口线；7三个16位定时器/计数器；8六个中断源；9全双工UART串行通道；10低功耗空闲和掉电模式；11掉电后中断可唤醒；12看门狗定时器；13双数据指针；14掉电标识符9。242AT89S52单片机引脚说明AT89S52单片机封装引脚如图21所示。图21AT89S52单片机封装引脚图AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上FLASH允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能8K字节FLASH，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止10。P0口P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻11。P1口P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻T2/P10T2EX/P11P12P13P14P15P16P17RSTRXD/P30TXD/P31INT0/P32INT1/P33T0/P34WR/P36RD/P37XTAL2XTAL1T1/P35VSSVCCP00/AD0P01/AD1P02/AD2P03/AD3P04/AD4P05/AD5P06/AD6P07/AD7EAALE/PROGPSENP27/A15P26/A14P25/A13P24/A12P23/A11P22/A10P21/A9P20/A81234567891011121314151617181920212223242526272829303111323334353637383940DIP40的原因，将输出电流（IIL）。此外，P10和P11分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P10/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P11/T2EX）。在FLASH编程和校验时，P1口接收低8位地址字节12。引脚号第二功能P10T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P11T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P15MOSI（在系统编程用）P16MISO（在系统编程用）P17SCK（在系统编程用）P2口P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动134个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVXRI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在FLASH编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在FLASH编程和校验时，P3口也接收一些控制信号14。端口引脚第二功能P30RXD串行输入口P31TXD串行输出口P32INTO外中断0P33INT1外中断1P34TO定时/计数器0P35T1定时/计数器1P36WR外部数据存储器写选通P37RD外部数据存储器读选通15此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位16。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效17。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号18。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP19。XTAL1振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2振荡器反相放大器的输出端。3DDS技术介绍31直接数字式频率合成技术的原理DDS模块是这个信号发生器的内核，是信号产生的部件。所以，在介绍本信号发生器前，先在这里较详细的介绍一下直接数字式合成技术。首先介绍一下DDS的基本架构。图31DDS的基本结构图如图31是DDS的基本结构图，从图中可以看出DDS主要是由四个基本部分组成相位累加器、波形ROM、D/A转换器以及低通滤波器。其中相位累加器是四个基本组成部分中最核心的部件。它的结构如图32所示图32相位累加器结构示意图一个N位加法器和一个N位寄存器就组成了相位累加器，相位累加器将上一个时钟的累加结果反馈到回加法器的输入端，以实现累加功能。从而使输出结果每一个时钟周期递增K。相位累加器的字长就是这里的N，这里递增的K叫做频率控制字。波形ROM示意图如图33所示。图33波形示意图ROM每当地址线上的地址相位发生改变时，数据线上便输出相应的量化ROM值幅度化序列。量化分析就是分析数据化分析，通过分析量化值来计算波形相位累加器D/A转换器波形ROM低通滤波器KNC加法器寄存器相位量化序列位N位地址数据波形相位量化序列输出波形序列ROM模块的误差。在这里需要指出的是因为该波形的存储容量是有限ROM的，故导致相位累加器的字长通常不等于地址线的位数。所以这个过程中将会引入相位截断误差。结构图中的转换器部分将波形输出的幅度量化序列转化为对应D/A的电平输出。完成模拟信号到数字信号的转换。但是，输出波形是一个阶梯波形，因此需要经过抗镜像滤波，滤除输出波形中的镜像，最后得到一个平滑的波形。抗镜像滤波器通常就是一个低通滤波器，它要求在输出信号的带宽内的幅频特性必须是较为平坦的，在输出的镜像频率处必须要有足够的抑制。依照的基本结构，不难推导出以下这些结论DS频率控制字唯一地确定一个单频模拟余弦信号，它的频K0COS2STT率为0310CNK2当K1时的最低输出频率，这其实就是的频率分辨率，从上SCDS述结论中不难看出当N增加时输出信号的的频率分辨率将会不断地提高。DS当然，在实际应用中N必然会受到种种因素的制约。不过就目前的技术水平来说，这样可以产生的频率分辨率已经很高了。那么，递增量K的最大取值是多少呢到底能不能取到呢事实上，N2转换器的输出波形就相当于是一个连续平滑波形的采样，采样率就是频率D/A分辨率。这样，根据奈奎斯特采样定律，采样频率必须必须要大于被采样信号频率的两倍。也就是说如果要完全恢复转化器的输出信号的话。输出波形D/A的频率必须得小于。通常来说，由于低通滤波器的设计是不可能达到理想C05结果的，所有的低通滤波器都是有一定的过渡带的，所以输出频率要有一定的余量，通常来说，实际应用中的的输出频率不可以超过。SC0432DDS输出信号的的频谱特性321理想情况下DDS输出的频谱特性我们如果要研究的输出特性，从研究其频谱特性着手是一种比较不错DS的方法。频谱特性可以直观的表征一个信号的频率幅度变化规律。下面，我们首先分析一下在理想情况下，输出信号的频谱特性。不妨DS设相位累加器输出的相位序列为，显然，是一个周期序列，其周期NN为322,NKGCK其中表示和的最大公约数。2,NGCDK2N我们如果不考虑转换的量化误差，那么，由相位序列寻址波形/A得到一个幅度序列，记为，可表示为ROMSN33COS2NK此幅度序列经过转换后变就成了阶梯型波形，该阶梯型波形的包SND/A络为正弦波，我们用ST表示此阶梯波形，则的周期为。STKCT我们知道，所有周期信号都可以用富里叶级数表示，设的富里叶级数ST和的表示式为31JMTSTE4其中12KCT因在一个周期内可以表示为ST35102OSKCNNSTKNT其中12KCT其中为单位阶跃函数1,CCNUTTUT故有10TJMTMCSTED31102COSKCNTJMTNBNKED6111SIN2CCNTJMTJMTCBEDE373222COSNNJKNJNNE8将式（37）和式（38）带入式（36），并利用下面的等式，I210KKJNQEKKQI012、0其它3Q9又因为式（36）可写为MMCSIN12KKMJCE,KIK01I、0其它M310其中K,SINI/KNCXX第M根谱线的频率值为3112CK因为只有当时，对应的谱线幅度不为零，因此有KIK302MCCNII12第M根谱线的幅度值为31311SINSIN22MNKKCCC的转换的输出信号的富里叶级数之和表达式为DS/A3221SIN2CNNKJTTNTCE14根据式312和式313或式314可知，D/A转换器的输出信号中除主频外，还存在分布在，2两边处的，这些非谐波分量的幅值包络0C0为辛格函数，因此，我们为了取出主频，必须在D/A转换的输出端接上一个截止频率为的低通滤波器。C05的三角函数形式的傅里叶级数之和的表示式为ST0SINCOS2NNKKSTFT3101I2CTCIFTI5322非理想情况下DDS输出的频谱特性我们上面讨论的是是理想情况下DDS输出信号的频谱特性，实际上，由于ROM的地址线的宽度A与相位累加器的长度N通常是不相等的，一般情况下有A500MV时，增益（DB）与控制电压VG之间不满足线性关系,当VG526MV时，GMINDBGF4214；VG526MV时，GMAX（DB）GF。46显示电路的设计本显示模块用的核心部件为LCDXY12864G，其电路图如图412所示。图412液晶显示电路图首先介绍点阵LCD的显示原理液晶屏上如何显示一些汉字或图画，这也许是所有LCD12864初学者都最先思考的一个问题。在数字电路中，所有数据都是由0和1保存的，同样LCD也利用了这一方法。在点阵LCD上显示的只有两种颜色，因此可利用0和1来表示这两种颜色。假设空格是由1616个0组成的，在显示1616的字体时，将其中某些点置为1便可在视觉上形成一个汉字，这些二进制数称为代位码。而这些由0和1转换而成的16进制数据便是字模。不同的汉字有不同的字模，相同的汉字不同的字体也有不同的字模。而将字模设为1616像素是因为这样基本可以将汉字显示清楚准确，更高像素则更为清楚准确，但是却更多地占用了LCD的面积。与汉字不同的是，一个字符只需要168的像素便即可。如何将这1616或者168个0、1保存下来是初学者所需要了解的，假设要在LCD12864屏幕上准确正确的显示出汉字，则需要将1616的汉字分为两行，每行由16列组成，这16列每列存在8个点，用2位16进制数（8位二进制数）表示这8个点，16个16进制数可表示1行，32个16进制数则能表示整个汉字。通过LCD12864，则可将这些字模信息还原成汉字或图像。LCD的硬件连接LCD12864的管脚共有20个之多，但是连接的电路并不复杂。但是需要注意的是LCD的电源共有2组，一组是用于驱动LCD显示，另一组用于背光显示。可将这两组连在一起或者背光电源省略。另外有个输入管脚V0需要接入LCD调整电压来调节对比度。通常刚使用液晶时的问题是由此引起的，对比度过高于或过低均会使屏幕无法正常显示。它可接至10K20K电位器的调整端，电位器两端分别接至VDD与VEE。目前市场上某些LCD12864的对比度可由单片机操作其寄存器调节，可根据不同的条件进行选择。其余的端口均连接至单片机。本设计由单片机的P11P13口控制液晶屏。LCD12864的显示使用LCD12864时，需要对其寄存器以及功能器件有所了解。寄存器包括指令寄存器以及数据寄存器。通过对这两个寄存器的操作可改变LCD的显示方式和显示内容。在LCD12864中存在行地址、列地址、以及页地址，而这些地址是由LCD中的地址计数器记录的。假如需要在屏幕上第二行开头空两格显示多个汉字，则先要向指令寄存器写入这几个字的位置，然后将其字模按序存入。前面提到过，一个字由两行数据组成，而这每一行所在的地址则是页地址，LCD12864共有8个页地址。因此屏幕上第二行显示汉字则需要将页地址设置为2（页地址0和1分别为第一行字的所在的上下部分），显示这些汉字的上半部分，然后再设置为3显示下半部分。行地址绝大部分情况下设置为0，它的作用是设置屏幕显示的起始行，实现屏幕的上下滚动功能可循环设置这一地址。也可直接设置行地址来控制字体上下的位置。开头空两格则可设置列地址来完成，可将列地址设置为32。而这一行文字的其余列的列地址并不需要手动设置，LCD中的Y地址计数器可自动加1。对应页地址计数的还有X地址计数器与对应行地址计数的Z地址计数器。XY地址计数器是一个9位计数器，高3位是X地址计数器，低6位为Y地址计数器，是作为DDRAM的地址指针，X地址计数器为DDRAM的页指针，Y地址计数器为DDRAM的Y地址指针。而这里的DDRAM是存储图形显示数据的，用于存储单片机送入的点阵信息。另外同样重要的还有液晶的指令系统与时序。只有了解了指令系统才能正确的设置读与写操作，才能正确的设置行地址、列地址以及页地址。而时序的设置直接决定了显示能否成功。不同的晶振需要不同的延时来保证时序的正确（一般采用24M晶振）。本显示电路可以显示输出信号的频率值和示意波形。5软件设计51主程序51主程序流程图初始化。包括CPU内存单元清零、键盘初始化并开外部中断、液晶初始化及显示本系统开机状态。超出最大范围等待按键初始化液晶显示输入频率AD9833选波形结束NYYN开始按键处理及液晶显示。通过键盘设定或修改输入频率，使用软件扫描的方式获得按键信息，按键去抖动也采用软件编程的方法实现，这样可以节省硬件资源，使电路变得简单；按键被定义为功能键、数字键和控制键，功能键用于选择输出波形方式正弦波、三角波、方波。数字键用于输入频率值及相位，控制键来控制频率和相位的增减。52DDSAD9833子程序图52AD9833子程序AD9833系统工作时，通过8位数据总线D0D7在MCLK上升沿，把28位控制字送入AD9833的数据输入寄存器，重复4次之后，在FSYNC的上升沿，将这28位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器，来更新AD9833输出的频率和相位。注意AD9833写入数据到输出端得到响应，中间有一定的响应时间，每次给频率或相位寄存器加载新的数据，都会有78个MCLK时钟周期的延时之后，输出端的波形才会产生改变。输入的频率转化为频率控制字FSYNC高到底跳变AD9833初始化频率相位控制字写入AD9833FSYNC低到高跳变跳变DDS子程序RET53按键程序我的设计使用的是23键盘，共六个按键。由单片机的P3口控制图53按键子程序如果给P3一个扫描初值的话如0X0F，则没有键按下时为P31P33为1，P34P37为0。如果有键按下，则情况发生变化高电平接入低电平如P33与P37连接的键按下，则P33与P37为0，即接地了。则P3此时为00000111，这时如果用P3如果再得到高四位内容，则可以组成一个数，来定位哪个键了。有键闭合判断键号键释放否执行键号对应程序开始YYNN结束6电路的焊接和调试61电路的焊接本次设计完成了硬件电路的焊接与调试。电路板主要完成的功能是产生所需信号及通过按键选择波形并液晶屏显示。焊接和调试部分分模块进行，当调试各个模块正常后，将各模块连到一起，实现系统整体功能的设计。在焊接电路板前，要准备好电烙铁、05MM和07MM焊锡、万用表、万用板、各种芯以及导线等。焊接的主要注意事项有1在焊接前，首先要画出合理的布线图，画图时尽量减少导线的交叉，以减轻各信号之间的干扰。当某一条导线和过多的导线发生交叉时，可以把他移到万用板得正面焊接。其次，要合理使用不同颜色的导线，通常是红色导线是电源线，黑色导线是底线，这样不仅看起来调理清晰，当电路出现故障检测时，也变得相对容易一些。2焊接时要把烙铁头修整尖一些，防止烙铁头焊接时碰到相邻接点或者烙铁头沾锡过多，造成两个相邻接点短路。在焊接时，还要注意尽量减少焊接时间，一般不超过3S，因为加热时间过长，可能导致元件失效或降低性能。3要使用粗细合理的焊锡，05MM焊锡主要用于焊接贴片电阻、电容和各种贴片芯片。因为贴片器件一般比较小，引脚密集，焊接时很容易将两个引脚连到一起，为了避免这种情况，要使用较细的焊锡。而07MM焊锡主要用于焊接常见的芯片、电阻和导线。4在焊接时，难免会发生虚焊和过度焊接的情况，造成电路的断路和短路。因此，要学会用万用表去检查电路。测试时将万用表拨到欧姆档的最大档，当测得两个引脚间阻值为零时表明这两个引脚焊到了一起；阻值为无穷大时表明这两个引脚是断开的。此外，在焊接前，还要学会用万用表去测试要焊接的元件是否正常或者芯片的极性。硬件实物图如图61所示图61硬件实物图下面是用自动控制原理实验室的示波器测试到的波形，分别如下所示图62示波器显示的正弦波图63示波器显示的三角波图64示波器显示的方波62DDS的调试DDS芯片AD9833是本信号发生器中最重要的芯片之一，信号的来源，这个芯片的工作状态直接影响整个信号发生器的工作状态。如果不小心在在焊接或者调试过程中意外损坏，整个信号发生器将瘫痪。AD9833是贴片封装，非常小。但是功能却很强大，当然价钱也很贵。鉴于此，无论是在焊接还是移动板子的时候都