波形发生器设计
一．摘要
本文以AT89C51单片机为核心，采用C语言的编程方法，外加DAC0832数模转换模块与集成运放模块，构成了函数波形发生器。可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等多种波形，波形的频率可用程序改变，并可根据需要选择输出波形。其中运用软硬件结合的方法实现设计功能，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。
关键词：51单片机；DAC；函数波形发生器
二．设计要求
1.产生正弦波、方波、三角波；
2.幅度可以设定；
3.出频率能达到1MHZ。
4. 发挥部分（自选）
三．设计目的
1、巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决实际课题设计的能力。
2、培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的能力，提高组成系统、编程、调试的动脑动手能力。
3、通过对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉运用单片机系统开发、软硬件设计的方法内容及步骤。
4，掌握各个接口芯片(如0832等)的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的单片机应用系统功能器件。
四．设计方案
波形发生器的实现方法通常有以下几种：
方案一：采用模拟电路搭建函数信号发生器，它可以同时产生方波、三角波、正弦波。但是这种模块产生的不能产生任意的波形（例如梯形波），并且频率调节很不方便。
方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。。
方案三：采用AT89S52单片机和DAC0832芯片，直接连接键盘和显示。该种方案主要对AT89S52单片机的各个I/O口充分利用。P1口是连接键盘, P2口接显示电路，P0口连接DAC0832输出波形。这样总体来说，能对单片机各个接口都利用上，而不在多用其它芯片，从而减小了系统的成本。也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成。占用空间小，使用芯片少，低功耗。
综合考虑，方案三各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，而且这些芯片及器件均为通用器件，在市场上较常见，价格也低廉，样品制作成功的可能性比较大，所以本设计采用方案三。
五．设计思路
1.基本功能
1.1.波形的产生
（1）正弦波：通过手动的方法计算出输出各点的电压值，然后
在编写程序时以数组的方式给出。当需要时，只要按照顺序进行输出即可。这种方法比在软件中计算速度快且曲线的形状修改灵活。在本设计中将一个周期（360度）分为256个点，则每两个点之间的间隔为1.4度，然后计算出每个点电压对应的数字量，形成数组。只要反复输出这组数据到DAC0832,就可以在系统输出端得到想要的正弦波。
（2）方波：按照设定的周期值将输出的电压改变即可。
（3）三角波：使用查表法。将三角波的一个周期（360度）分为256个点，相邻点等差。反复输出前256个数据到DAC0832,就可以在系统输出端得到想要的锯齿波。
1.2．波形的变换
通过P1口和轻触开关S1-S4相连接来切换波形输出（如按S1键输出正弦波，按S2键产生方波，按S3键产生锯齿波，按S4键产生三角波）。用P0口控制数码管静态显示波形代号。用P2口向DAC0832发送数据，经DAC0832转换后，再把信号放大，最后接到示波器上显示。
2. 幅值的改变
波形的幅值调节，使用硬件方法实现，在DAC0832的VREF口接一滑动变阻器，通过改变DA转换的参考电压来实现波形幅值的改变。
3.频率的改变
频率的改变用软件实现，这里通过增加一个变量V来达到目的。以正弦波为例，给定正弦波的数组表，把对应的数值送给DAC0832，
加以处理，就能输出正弦波。增加变量以后，其形式变为”DAC0832 =sintab[i+v]”,改变v的值，输出一次正弦波数组表的时间就会改变，根据周期与频率的关系，相应的频率也会改变。例如v=0时，需送256次才能把数组表中数据全部送给DAC0832;v=4时，送64次就可达到目的。由于每送一次数据的时间是一定的，次数不同，时间也会不同，频率也会改变。、
4. 附加功能
4.1 对应输出波形状态的显示
采用软硬件结合的方法，在P2口接一个7段数码管，当P1口对应得按键按下，在P2口输出一个数值，从而显示相应的数字。根据数字我们知道正在显示波形的状态，如数码管显示1时，输出的是正弦波；显示2时，输出的是方波。
4.2 .锯齿波的产生
借助于一个变量i，让i从0开始自加1，达到0xff时置为0x00,。并实时把对应的i值送到DAC0832经D/A转换，就可以在系统输出端得到想要的锯齿波。
4.3 方波占空比的调节
对于方波这里增加了一个占空比可调的功能，具体做法与频率的调节十分相似。这里在v的基础上，又增加了两个变量up,down,通过改变up,down的值，从而达到改变方波占空比的目的。
六．硬件电路
1.硬件框图
2. 主要模块
2.1．按键模块
图二按键模块
如图一，按键模块由八个按钮与AT89C51的P1口连接而成。按钮的公共端接低电平，当某一按钮按下时，对应的接口就会收到一个低电平信号，然后发生相应的动作。各个按钮的作用是S1产生正弦波信号，S2产生方波信号，S3产生锯齿波信号，S4产生三角波信号，S5调节使频率正大，S6调节使频率减小，S7使方波占空比增大，S8使方波占空比减小。
2.2数模转换模块
图三数模转换模块
如图二，数模转换模块的核心是DAC0832，DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A
