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课题研究目的 研究目的：研究信号发生器的设计方法，克服传统方法的缺点，以更好的方法设计出性能稳定可靠、容易实现、性价比高的具有调频、调幅功能的信号发生器（能同时输出四种波形：方波、三角波、正弦波、锯齿波；频率范围与波形精度也有要求）。 第二部分：系统的设计 系统方案的比较与选择 当前几种最为重要的信号发生器的实现方法有： 方案一：用分立元件组成信号发生器 分立器件是相对于集成芯片而言的。它包括：半导体二极管、半导体三极管、电容、电阻、逻辑器件、传感器、敏感器件以及装好的压电晶体类似半导体器件等。 用分立器件组成的信号发生器通常结构简单、成本较低。但是由于元器件的分散性及环境条件的改变等因素，致使波形频率产生偏差．它通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。 方案二：由晶体管、集成运放等通用器件制作，更多的则是用专门的信号发生器IC产生 信号发生器可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的信号发生器IC产生。早期的信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。 由于用通用器件制作的信号发生器同样具有频率不高的缺点，因此，在本次课题设计中，此种方案也不宜采用。 方案三：利用专用直接数字合成DDS芯片的信号发生器 直接数字频率合成技术(directed digital synthesis，简称DDS)，是一种新型的频率合成技术，即频率合成器。它由相位累加器、波形存储器、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和D/A转换器位数。 DDS将要产生的波形数据存人波形存储器，然后在时钟CLK的作用下对输人的频率数据进行积累，并将其部分数据作为地址将波形存储器中的数据读出，对数字信号进行D/A转换成相应的模拟电压信号，最后经低通滤波器得到平滑的合波形信号。为了能实现任意形式的波形，还可以加入相位调制和幅度调制控制信号。 DDS虽然具有频率分辨率高 、频率切换速度快 、输出相位噪声低 、可以产生任意波形 、全数字化实现等优点，克服了方案一、方案二的多数缺点 ，但其成本较高，结构复杂。 方案四：利用单片机编程的方法实现信号发生器 利用单片机编程的方法实现的信号发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试，成本低。 由以上分析可知，利用单片机编程的方法实现的信号发生器不仅具有以上芯片所特有的优点，还克服了传统方法以及DDS（成本太高）的诸多缺点。因此，本课题采用了方案四（利用单片机编程的方法实现函数信号发生器）。 第三部分：硬件电路 电路设计原理： 数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号，因此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要的波形。AT89S51单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各部分部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只要将AT89S51再配置键盘及其接口、显示器及其接口、数模转换及波形输出、指示灯及其接口等四部分，即可构成所需的波形发生器，其信号发生器构成原理框图如下图所示。 工作原理：AT89S51是整个波形发生器的核心部分，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键和LED显示灯电路等。电路采用AT89S51单片机和一片DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器。通过程序的编写和执行，产生各种各样的信号，通过按键来对波形进行选择和切换，每按下按键一次就会分别出现方波、锯齿波、三角波、正弦波，并且有数码管会指示是那种波形序号，通过与数模转换器相连的电位器来对波形信号进行幅度的调节,通过插入延时子程序的方法来改变波形信号的频率。当数字信号经过接口电路到达转换电路，将其转换成模拟信号也就是所需要的输出波形。 第四部分：软件设计 在软件设计中，根据功能分了几个模块编程。模块主要有：主程序模块、方波模块、三角波模块、锯齿波模块、正弦波模块、延时子程序模块等。 显示波形模块是利用DAC0832的8位特点，把波形的数据以8位数据的形式送进CPU中，只要一按键就能显示波形。 软件设计方法：本系统软件采用结构化设计方法，功能模块各自独立，由主程序和产生波形