一种简单、实用的函数信号发生器的设计与

1、中国科技论文在线一种简单、实用的函数信号发生器的设计与实现薛冰，胡堃，樊贝，陈长龙作者简介：薛冰，（1988-），男，硕士研究生，主要研究方向：电机与电器通信联系人：胡堃，（1978-），男，讲师，主要研究方向：电机与电器. E-mail: 632970678（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏 徐州 221008）5摘要：本设计采用AT89C51单片机和一片DAC0832数模转换芯片作为数字式函数信号发生器的核心器件。该函数信号发生器是通过按键来控制所产生的波形，可以产生方波，锯齿波，三角波，正弦波四种波形，同时用LCD1602液晶屏显示对应的波形名称，频率范围在92217Hz。通过按键输

2、入，可实现频率和幅值的调节，波形准确并且平滑。本系统设计简单，性能优良，控制系统可靠，成本低廉，性价比高，具有一定的实用价值。 10关键词：AT89C51；函数信号发生器；波形；实用价值 中图分类号：TM932A simple and practical design and implementation offunction15XUE Bing, HU Kun, FAN Bei, CHEN Changlong(School of Information and Electrical Engneering, CUMT, JiangSu XuZhou 221008Abstract: Design

3、ed with AT89C51 microcontroller and a DAC0832 analog-to-digital conversion chips which are the digital function signal generator core device. This function signal generator is controlled by button to produce square wave ,sawtooth wave, triangle wave and sine wave. Four 20names of the wave forms can

4、be displayed with LCD1602 and frequency range is from 92 Hz to 217Hz. The frequency and amplitude can be regulated by keystroke and waveforms are accurate and smooth. The system is simple in design, excellent in performance, reliable on control system, low in cost and high in performance-cost ratio

5、that has certain practical value. Keywords: AT89C51; function signal generator; wave forms; practical value250 引言在我们的日常生活中，以及一些科学试验研究中，方波，正弦波，三角波等都是经常使用的波形，在试验中具有不可忽视的作用。而函数信号发生器就是能够产生方波，正弦波，三角波等波形的仪器1。信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，可以完全由硬件电30路搭接而成，如采用555振荡电路产生正弦波、三角波和方波便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范

6、围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源，而由硬件电路构成的低频信号源其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC 很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，35损耗大更是其致命的弱点。一旦功能需要增加，则电路复杂程度会大大增加2。本文设计的这款函数信号发生器是基于AT89C51单片机设计的，它是一种能够产生方波，正弦波，三角波和梯形波的高精度且频率可调节的信号发生器。在通信，试验研究，医疗器件，工业生产等领域，都需要各种各样的信号发生器，本设计将会给科研技术人员在科学研究，设备

7、检测，电路试验等活动中带来很大便利。401 系统总体设计 图1 系统模块图 Fig. 1 System module chart45控制器-AT89C51单片机 D/A转换模块-DAC0832芯片 显示模块-1602液晶显示屏 运算放大器-LM324本设计的主要控制核心是AT89C51单片机，由按键输入来控制和选择波形，以及频率50的升高和降低，占空比的调节，由一个液晶显示屏来显示所产生的波形，单片机和A/D转换芯片的输入电源有一个5V 的稳压电源提供，由单片机采用编程方法产生波形，通过D/A转换模块DAC0832芯片，再经过滤波放大之后输出所需的波形。2 硬件电路设计2.1 单片机最小系统

8、55V CC 图2 单片机最小系统 Fig. 2 Single Chip minimum system6089C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单，可靠3。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就可以了，如图2所示。因集成度的限制，最小应用系统只能够作一些小型的控制单元。它的应用特点4：（1）有可供用户使用的大量I/O口线。 65（2）内部存储器容量有限。 （3）应用系统开发具有特殊性。2.2 波形输出电路设计由单片机采用编程方法产生波形，通过按键来选择波形以及对频率和幅值的调节，输出所需的波形，其电路图如图3所示。70中

9、国科技论文在线 图3 波形输出电路Fig. 3 Waveforms output circuit2.3 液晶显示电路设计75通过液晶1602显示输出的波形，频率，其电路如图4所示。 图4 液晶显示电路Fig.4 Liquid crystal display circuit801602的八位数据端接单片机的P1口，其他三个使能端RS,RW,RE 分别接单片机的P3.2P3.4通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类和频率。中国科技论文在线2.4 键盘输入电路设计 图5 按键输入电路 85Fig.5 Key input circuit按键1是波形切换按键，可以正弦波，方波，锯齿波，三角波，几个波形之间

10、的切换。 按键2是频率改变按键，可以升高频率。按键3也是频率改变按键，可以降低频率。 90按键4是幅值改变按键，可以升高幅值。 按键5也是幅值改变按键，可以降低幅值。3 软件设计本设计选用的是单片机来作为函数信号发生器的核心控制芯片，选用单片机，是因为单片机的技术发展比较成熟，开发过程可以利用的资源和工具都是相当的丰富，其中最大的优95点是单片机的价格便宜，成本低5。程序调试软件采用的是“伟福”，是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，界面整洁，易于操作。在调试程序中，软件仿真的功能也很强6。3.1 主程序流程图本软件设计过程中主要采用的是按键来输入波形的选择如图6所示：中国科技论文在线 1

11、00 图 6 主程序流程图 Fig.6 The main program flow chart 按键 1 是波形选择按键， 然后通过查询判断按下次数来选择输出波形， 按下 1 次输出正 105 弦波，按下 2 次输出三角波，按下 3 次输出方波，按下 4 次输出锯齿波。按键 2 是频率升高 按键，当查询到按键 2 按下时，就升高频率，当判断按键 2 没有被按下时，就继续查询下个 按键，按键 3 是频率降低按键，当判断按键 3 是按下，则频率降低，按键 4 和按键 5 都是改 变幅值的按键，当按下按键 4 时，幅值升高，按键 5 被按下时，幅值降低。 -6- 中国科技论文在线 4 做出的产品实物

12、图 110 Fig.7 图 7 函数信号发生器产品实物图 function signal generator Product figure 5 波形验证 115 产生各种波形电压输出范围及频率如下： 正弦波：VP-P min=2.8V VP-P max=3.4V 锯齿波：VP-P min=2.2V VP-P max=4.6V 120 三角波：VP-P min=2.4V VP-P max=5.0V 方波： VP-P min=2.8V VP-P max=3.4V 125 的波形7，所产生的波形 确并且平滑。 正弦波图像： T=9.2ms T=4.6ms T=6.2ms T=10.8ms f=108

13、.69565Hz f=217.3913Hz f=161.28032Hz f=92.592593Hz 通过按键控制可产生正弦波、锯齿波、三角波、方波，同时用 LCD 液晶显示指示对应 范围为 2.2 5 V,频率范围为 92.592593Hz 217.3913Hz,波形准 -7- 中国科技论文在线 130 正弦波图形(A 图 8 正弦波 Fig.8 Sine wave 正弦波液晶显示(B 锯齿波图像： 135 锯齿波图形(A 图 9 锯齿波 Fig.9 Sawtooth wave 锯齿波液晶显示(B 140 三角波图像： 三角波图形(A 三角波液晶显示(B 图 10 三角波 Fig.10 Triangle wave 145 方波图像： -8- 中国科技论文在线 方波图形(A 方波液晶显示(B 图 11 方波 Fig.11 Square wave 150 6 结论 本文设计的函数信号发生器属于多波形输出显示的函数信号发生器， 与我们日常使用的 155 用模拟电路构成的信号发生器（体积大，可靠性查，精度低等缺点）相比，具有结构简单， 价格低廉，性能优良，体积小，功耗低，稳定性好，频率幅度可控制，操作控制灵活等优点， 在现代科技发展的今天，具有很强的实用价值和很广的市场应用前景。 参考文献 (References 160 1 2 3 4 5 6 宋宗芳. 智能函数信号发生器