波形发生器设计报告
摘要
波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。目前使用的信号发生器大部分是函数信号发生器，且特殊波形发生器的价格昂贵。所以本设计使用的是DAC0832、ICL8038构成的发生器，可产生方波、正弦波等多种特殊波形和任意波形，波形的频率可用程序控制改变。在单片机上加外围器件独立式键盘，通过键盘控制波形频率的增减、波形幅度的大小以及波形的选择，并用了LCD显示频率大小、波形的种类。在单片机的输出端口接DAC0832进行D/A转换，通过运放进行波形调整，再通过ICL8038函数发生器，最后输出波形。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。
本设计制作的波形发生器是基于STC89C54RD+单片机可调频发生器，可以输出多种不同频率方波、正弦波，输出的波形的频率、幅度均可调，且操作方便。
关键词：波形发生器；DAC0832；IC8038；单片机
一、方案论证 (4)
设计要求 (4)
方案论证 (4)
二、硬件系统的设计 (5)
整体框架图 (5)
电源模块设计 (5)
电源原理 (5)
芯片介绍 (6)
输入模块设计 (7)
按键控制模块 (7)
时钟复位电路 (7)
输出模块设计 (10)
LCD显示模块原理 (10)
LCD1602芯片介绍 (10)
DA转换模块设计 (11)
DA转换模块原理 (11)
DAC0832芯片介绍 (12)
ICL8038函数信号发生模块设计 (13)
ICL8038函数信号发生模块原理 (13)
ICL8038芯片介绍 (14)
三、软件设计 (16)
输入模块编程 (16)
输出模块编程 (17)
DA转化模块编程 (17)
四、仿真与调试 (19)
硬件调试 (19)
电气调试 (19)
波形调试 (19)
波形频率范围调试 (20)
波形幅度范围调试 (20)
失真度调试 (20)
软件调试 (21)
五、心得体会 (22)
附录一： (23)
一、方案论证
设计要求
1）信号发生器能产生正弦波、方波；
2）输出的频率在100HZ-100KHZ的范围内可调；
3）在1000欧负载的条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0-5V的范围可调；
4）输出信号的波形无明显失真；
5）可实时显示输出信、幅度、频率和频率步进值；
方案论证
信号发生器的实现方法通常有以下几种：
方案一：用分立元件组成的函数发生器，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：可以由晶体管、运放IC等通用数字元器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器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。
方案三：利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器，能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。
方案四：采用STC89C54RD+单片机和DAC0832芯片、ICL8038芯片，直接连接键盘和显示。该种方案主要对STC89C54RD+单片机的各个I/O口充分利用。 P3口是连接键盘，P0口接LCD
显示电路，P1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，而不再多用其它芯片，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，方案四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四。
二、硬件系统的设计
整体框架图
设计框架如图1所示：
图1 设计框架
由按键控制MCU 控制输出不同的数字量，经过DA 转换模块和ICL8038输出不同波形，由LCD 显示是波形的种类和频率、幅度的大小。
电源模块设计
2.2.1 电源原理 降压
整流 滤波 稳压 输出
图2 电源框架图
该电路通过变压器将220v 的交流电变成21v 的交流电，通过桥式整流变成直流电。经滤波稳压后获得稳定的直流电，实际电路如图3所示：
图3 实际电路
本系统中单片机系统要用到5V电源，函数信号发生器要用到15V电源，所以设计电源电路要考虑电源可以通过LM317稳压芯片对电压进行调整。可输出15V直流电压，因为STC89C54RD+工作电压是5V，所以又经过7805稳压芯片获得5V稳定直流电给MCU进行供电。
2.2.2 芯片介绍
LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串联集成稳压器。LM317 的输出电压范围是至37V，负载电流最大为。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好，图4是LM317的引脚图：
图4 LM317的引脚图
7805是一种三端正电源稳压电路。它固定输出5V电压，能提供最大输出的电流，有过载和过短保护，图5是7805的引脚图：
图5 7805的引脚图
