淮阴工学院毕业设计说明书（论文）作者: 学号：学院: 电子与电气工程学院专业: 电子信息工程题目: 基于单片机的低频信号发生器张月红讲师指导者：(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)年月毕业设计说明书（论文）中文摘要毕业设计说明书（论文）外文摘要淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页4目录1 绪论................................................. 错误！未定义书签。
1.1 信号发生器综述..................................... 错误！未定义书签。
1.2信号发生器的发展历史............................... 错误！未定义书签。
2 硬件设计............................................. 错误！未定义书签。
2.1总体设计框图....................................... 错误！未定义书签。
2.2单片机最小系统..................................... 错误！未定义书签。
2.3 数模转换模块....................................... 错误！未定义书签。
2.4运算放大模块....................................... 错误！未定义书签。
2.5 键盘电路设计模块................................... 错误！未定义书签。
2.6显示电路设计模块................................... 错误！未定义书签。
3 软件设计............................................. 错误！未定义书签。
3.1 主程序流程图....................................... 错误！未定义书签。
3.2 子程序流程图....................................... 错误！未定义书签。
4 系统调试............................................. 错误！未定义书签。
4.1软件调试........................................... 错误！未定义书签。
4.2生成hex文件....................................... 错误！未定义书签。
4.3 Protues硬件电路仿真调试........................... 错误！未定义书签。
结论................................................... 错误！未定义书签。
致谢................................................... 错误！未定义书签。
参考文献............................................... 错误！未定义书签。
附录................................................... 错误！未定义书签。
附录A 电路原理图.仿真图............................... 错误！未定义书签。
附录B 程序清单........................................ 错误！未定义书签。
1 绪论1.1 信号发生器综述现在市场上有许多种信号发生器，一般分为以下几种：超高频：频率范围 1MHz 以上，可达几十兆赫兹。
高频：几百千赫兹到几兆赫兹。
低频：频率范围为几十赫兹到几百千赫。
超低频：频率范围在零点几赫兹以下。
超高频信号发生器:产生波形一般用 LC 振荡电路，频率在零点几赫兹以下。
1.2 信号发生器的发展历史在20世纪初随着电子行业的兴起，信号发生器就出现在人们生活中了。
伴随着时间的推移，科学的发展，到了四十年代，人们在这个时期设计的信号发生器的结构复杂，多依靠硬件电路拼接，比较死板，并且消耗的功率比较大，浪费能源。
在1964年第一台有全部晶体管制作的信号发生器诞生了。
随着技术的不断进步，在此之后，信号发生器的市场需求变大，因此信号发生器得到很好的发展机遇，这个时候人们开始使用模拟电子以及集成电路技术[1] [2],虽然这时候信号发生器得到很大的改善，但是仍存在着频率稳定性不够好，材料不够便宜等缺点。
令人兴奋的是在70年代微处理器、模数转换器、数模转换器的发明，增强了使用硬件以及软件使构成的信号发生器的功能，可以制造出比较繁杂的波形。
伴随着电子技术，数字信号技术以及计算机科学技术的飞快发展，模拟信号走下历史舞台，而数字信号登上历史舞台，它克服了模拟信号的诸多缺点,例如改善了信号的精确度以及转换效率。
如今能够通过可视化编程语言编写发生器的操作界面，这样人们可以做到直接用手输入想要的波形，来做到波形的输入。
1.3 信号发生器主要研究内容信号发生器又被叫做函数信号发生器，可测试被测电路所需的生成的设备特定值。
该装置是一个研究，教学，制造业最常见的通用设备，传统的信号发生器是没有信源装置的控制的单一芯片，如可由555振荡电路构成，可产生正弦波信号，矩形信号和三角波信号，但常会引起波形畸变，且难以控制，频率范围小，结构冗杂等缺点。
在实践中以及科学技术研究如工业，农业，通信，生物医学经常需要使用低频信号发生器。
然而从一个硬件电路组装成一个低频信号源，因为它需要使用难以控制准确度的电阻和电容组装而成，这很难保证参数的准确性。
并且由于它体积大，功耗大，泄漏以及许多其他的缺陷，在实际应用过程中的存在将大大增加电路的复杂性，性能通常不令人满意。
低频信号源可选择利用单片机产生设计方案，频率稳定性都能够可以得到很好的改变[3] [4]。
采用软硬件结合的途径，在硬件不变的情况下只需要改变软件，就可以实现频率大小转换，并且具有稳定的频率，不会被其他信号所串扰等优点。
2 硬件设计2.1 总体设计框图图2-1 基于单片机的低频信号发生器系统框图该低频信号发生器的设计系统包含有单片机，数模转换电路，电压转化电路，波形指示模块以及按键模块组成。
其主要目的是通过按键来控制正弦波，方波，锯齿波，三角波的对应显示，以及频率的调整，并且有相应的指示灯进行指示工作。
2.2 单片机最小系统2.2.1 单片机选择方案一：AT89C51只可以同时载入，并且要有VPP烧写高压才可以。
而AT89C51系列在大于4.8V和小于5.4V的时候则可以常工作，否则不能正常工作。
AT89C51的频率规模最高只能够达到24M，超过同样不能正常工作。
方案二：AT89S51则支持ISP在线可编译写入手艺。
串行载入效率更加高、稳定性相对越来越好，载入电压只要4至5V就可以达到要求。
AT89S51标称的1000次，现实中使用次数是1000次至10000次，这更有益初学者不断的练习烧写，降低实验实践的成本。
方案三：AVR单片机最大的优点是可以提前读取命令，在单片机工作时，AVR可以在执行之前一条指令命令的同时提取下一条命令。
AVR单片机中含有32个寄存器，属于多累加器型，所以它的读写速度很快。
中断响应速度快。
AVR单片机具有许多中端口，所以在发出终端指令时能够迅速做出相应。
AVR单片机耗能低。
方案选择：AT89S51兼容AT89C51。
AT89C51在生活生产中已经全部停产,所以价钱方面，现有的AT89C51的批发价是AT89S51一倍。
虽然AVR单片机有许多优点但是AVR价格很高，指令集也过于简单，同时AVR支持的位操作也不多。
所以本设计选择方案二。
2.2.2 单片机介绍AT89S51单片机简介：AT89S51单片机性能优良，他不仅消耗功率少，性能也比较全面。
在单片机的内部构造里面，AT89S51单片机中含有8位CPU和可编程Flash 存储器(8k),这样在面对各种复杂的开发环境时AT89S51单片机就能够更快速更好的应用。
在功能上，AT89S51单片机中包含了许多基础功能，如存储程序、计数/定时、复位、数据的输入输出、开关中断以及串行口，这些与其他的单片机并没有多大的区别。
此外AT89S51单片机在0Hz时有两种节电模式选择：一种是空闲模式，这种模式下除CPU不再工作外其他部分可以继续运行；另一种是掉电保护模式，这种模式下在保存完RAM内容后，单片机内各模块全部停止工作，一直到下个命令或复位后才开始工作。
由于AT89S51芯片被广泛的应用于各种开发实践，所以采用AT89S51进行开发时有很多经验可以借鉴。
AT89S51的端口如下图3-1所示图2-2-1 AT89S51 引脚图管脚说明[5][6]P0端口：P0口用作通用的输入/输出口，当需要外部总线扩展（在单片机芯片的外部扩展存储器芯片或其他接口芯片）时，P0口用做分时复用的低8位地址，数据总线。
只有P0口可直接读写外部存储器控制。
由于当需要外部总线扩展时是分时输出，所以应该将地址数据锁存在外部通过加上锁存器，用ALE作为信号。
P1端口：P1口是唯一的单一功能的端口，只能作为一般的数据输入/输出口，专门为用户使用的I/O端口。
P2端口：P2口用作通用I/O口时，从体系扩大时作高8位地址线用，属于准双向端口。
当外部存储器不延伸时，P2口作为地址总线也是准双向口。
P3口（P3.0~P3.7）：如下表表2-2-2 P3串口详细表P3口是双功能口，除具有数据输入/输出功能外，每一口线还具有特殊的第二功能。
RST：引导内部复位程序或电路引脚。
只需要RST保持高电平一段时间，通常上电RC电路，或专用电源监控芯片，即可完成复位了。
EA∕VPP：/EA=0时，执行外部存储器；/EA=1时，先执行内部存储器再执行外部存储器。
VCC：电源电压，接+5V。
2.2.3 晶振电路的介绍晶振电路简介：AT89S51有一个内部振荡器被用于组成一个高增益反相放大器，该芯片的引脚XTAL1是放大器的输入端，XTAL2放大器的输出端。
该放大器的反馈，石英或陶瓷谐振器元件芯片关共同构成如图3-5所示时钟振荡电路。
在单片机能够正常工作时都需要有相对应的时钟脉冲。
向AT89S51提供时钟脉冲两种方法分别是：一是外部时钟方式，二是内部时钟方式。
[7] [8]本设计采用第二种：即使用晶振由AT89C51内部电路产生时钟脉冲，其电路图见图2-2-2。
图2-2-3 AT89S51的时钟脉冲X1为晶体振荡器，一般为石英晶体，其系统的需要以及器件可以确定它的频率大小，陶瓷滤波器一般可用于其频率稳定度不高的情况下。
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