3.5 键盘接口电路
该模块采用了一般的键盘接口，键盘输出信号。具体为： P3.0、P3.1 波形选择，其中当 P3.0=0，P3.1=0 输出正弦波，当 P3.0=0，P3.1=1 输出锯齿波，当 P3.0=1，P3.1=0 输出方波；当 P3.0=1，P3.1=1 输出三角波。P3.2、 P3.3、P3.4 进行频率调节，P3.2=0，P3.3=0，P3.4=0 时，信号频率为 10Hz，P3.2=1， P3.3=0，P3.4=0 时，信号频率为 20Hz，P3.2=0，P3.3=1，P3.4=0 时，信号频率 为 30Hz，P3.2=1，P3.3=1，P3.4=0 时，信号频率为 40Hz，P3.2=0，P3.3=0，P3.4=1 时，信号频率为 50Hz，P3.2=1，P3.3=0，P3.4=1 时，信号频率为 60Hz，P3.2=0， P3.3=1，P3.4=1 时，信号频率为 70Hz，P3.2=1，P3.3=1，P3.4=1 时，信号频率 为 80Hz。 键盘与单片机的连接如图 3-4 所示。
本次设计的低频信号发生器，以AT89C51 单片机为核心，通过拨码开关输 入控制类型和频率的的选择，采用8位D/A 转换芯片DAC0832输出相应的波形， 同时以数码管实时显示信号相关信息。我们采用C 语言进行编程，可实现方波， 三角波，锯齿波和正弦波四种波形的产生，且波形的频率可调。
经测试该设计方案不仅在理论和实践上都能满足设计要求，而且具有很强的 可行性，线路优化，结构紧凑，性能优越。
（4）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，生成数组。反复输出该数组数据到 DAC0832,就可以在系统输出端 得到想要的三角波。
该波形发生器以AT89C51单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的接 口功能，构成整个波形发生控制的硬件系统。通过C 语言对单片机编程即可产 生相应的正弦波，方波，三角波，锯齿波等波形信号。将所写程序装入单片机的 程序存储器中，在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时 调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大 器处理后，从信号发生器的输出端口输出。并且可以通过数码管显示模块实现可 视化，通过拨码开关进行各种功能的转换和信号频率的控制。该波形发生器系统 的原理图如图2-1所示。
本设计选择了按键复位如图 3-2, 在系统运行时，按一下开关，就在 RST 断 出现一段高电平，使图 3-2 时钟电路图器件复位。此时 ALE、PSEN、P0、P1、 P2、P4 输出高电平，RST 上输入返回低电平以后，变退出复位状态开始工作。
图 3-2 单片机复位电路
本设计所用 D/A 转换电路采用通用的 DAC0832 模数转换芯片,它是一种 8 分辨率的 D/A 转换集成芯片。D/A 转换器由 8 位输入锁存器、8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 转换电路及转换控制电路构成。其主要特性有：
图 3-5 运算放大器与 DAC0832 接口电路图
（2）示波器显示 利用示波器输出获得的信号的波形如图 3-6：
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图 3-6 四种信号波形不同频率对比仿真结果
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（2）ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； （3）CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效； （4）WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。 由 ILE、CS、WR1 的逻辑组合产生 LE1，当 LE1 为高电平时，数据锁存器状态 随输入数据线变换，LE1 的负跳变时将输入数据锁存； （5）XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效； （6）WR2：DAC 寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。 由 WR1、XFER 的逻辑组合产生 LE2，当 LE2 为高电平时，DAC 寄存器的输出 随寄存器的输入而变化，LE2 的负跳变时将数据锁存器的内容打入 DAC 寄存器 并开始 D/A 转换。 （7）IOUT1：电流输出端 1，其值随 DAC 寄存器的内容线性变化； （8）IOUT2：电流输出端 2，其值与 IOUT1 值之和为一常数； （9）Rfb：反馈信号输入线，改变 Rfb 端外接电阻值可调整转换满量程精度； （10）Vcc：电源输入端，Vcc 的范围为+5V～+15V； （11）VREF：基准电压输入线，VREF 的范围为-10V～+10V； （12）AGND：模拟信号地 （13）DGND：数字信号地 DAC0832 的工作原理为：DAC0832 是常用的 8 位电流输出型并行低速数模 转换芯片，当需要转换为电压输出时，可外接运算放大器。集成电路内有两级输 入寄存器使得芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路 的需要(如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等)。 使用 DAC0832 应该注意 DAC0832 通常需外接运算放大器，进行电流/电压 转换，才能得到模拟输出电压。 其与单片机的接口电路如图 3-3 所示。
信号发生器是一种经常使用的设备，若按照传统的设计方法，由纯粹的物理 器件构成，存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不方便、信号失真较 大、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等要求。研 究设计出一种具有频率稳定、准确，波形质量好，便携性好等特点的波形发生器 来满足工业领域对信号源的要求，具有较好的市场前景。
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（2）锯齿波：使用查表法。将三角波的一个周期（360 度）分为 128 个点， 相邻点等差，生成数组。反复输出前 128 个数据到 DAC0832,就可以在系统输出 端得到想要的锯齿波。
（3）方波：使用查表法。将方波的一个周期（360 度）分为 256 个点，相 邻点等差，生成数组，反复输出该数组数据到 DAC0832,就可以在系统输出端得 到想要的方波。
2. 整体方案设计
课设需要各个波形的基本输出，正弦波、锯齿波、方波、三角波，这些波形 的实现的具体步骤：
（1）正弦波：使用查表法。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。
（1）电流稳定时间 1us； （2）可单缓冲、双缓冲或直接数字输入； （3）单一电源供电（+5V～+15V）； （4）低功耗，200mW。 DAC0832 结构： （1）D0～D7：8 位数据输入线，TTL 电平，有效时间应大于 90ns(否则锁 存器的数据会出错)；
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图 3-3 DAC0832 与单片机的接口电路
图 3-4 键盘和单片机的连接电路图
3.6 显示电路
（1）运算放大电路 运算放大器型号为 UA741，它是一种高增益运算放大器，用于军事、工业和商
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业应用。这类单片硅整集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。 运算放大器与 DAC0832 接口电路如图 3-5 所示。
单片机时钟电路如图 3-1 所示
图 2-2 系统的整体方案设计图
C1
10pF
C2
10pF
X1
CRYSTAL
U1
19 XTAL1
18 XTAL2
9 RST
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
AT89C51
1. 设计任务
结合实际情况，基于 AT89C51 单片机设计一个波形发生器系统。该系统、锯齿波、三角波； (2)通过按键实现四种波形的切换； (3)通过按键进行频率选择； 主要硬件设备：AT89C51 单片机、DAC0832 数模转换芯片、UA741 运算放 大器、示波器、PC 机一台
21 22 23 24 25 26 27 28
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
10 11 12 13 14 15 16 17
key1 key2 key3 key4 key5
U2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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时钟脉冲。晶振通常选用 6MHZ、12MHZ、24MHZ。 本设计中时钟电路，我们选择了 12MHZ 的晶振分别接引脚 XTAL1 和
XTAL2，电容 C1，C2 均选择为 10pF，对振荡器的频率有稳定作用，当频率较 大时，正弦波、方波、三角波及锯齿波中每一点的延时时间为几微妙，故延时时 间还要加上指令时间才能获得较大的频率波形。
(3)按键电路的功能是通过拨码开关的不同状态实现四中信号波形的切换及 信号频率的改变。
系统的整体设计方案设计图如图 2-2 所示。 系统的整体电路连接图如图 2-3 所示。
3 系统硬件电路设计
3.1 时钟电路
单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。在 引脚 XTAL1 和 XTAL2 外接晶体振荡器，构成了内部振荡方式。由于单片机内 部有一个高增益的反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡，并产生振动
图 2-1 基于单片机的波形发生器系统原理图
本系统硬件主要 D/A 转换电路、键盘接口电路、显示电路等几部分组成。 各模块的主要功能如下：