毕业设计：基于单片机和MAX038的函数信号发生器的设计资料.doc

毕业设计：基于单片机和MAX038的函数信号发生器的设计（完整版）资料(可以直接使用，可编辑 优秀版资料，欢迎下载）4.1 基础知识练习C. 事件代码也可以像方法一样被显式调用29、非屏蔽双绞线 30、域名系统 31、文件传输3）使用SQL命令在表stud2.dbf中插入一条记录：学号为“991201”，选课为“VFP程序设计”，命令是:Insert_。29、非屏蔽双绞线 30、域名系统 31、文件传输set talk onB. 数据库系统中数据的一致性是指数据类型一致9. 若要中止部分语句执行而重新开始下一轮循环的命令是_。B. 返回数值表达式值的整数部分repl 总分 with 语文+数学+英语毕业设计(论文)题 目基于单片机和MAX038的函数信号发生器设计（论文）任务书一、任务设计一款基于单片机和MAX038的函数信号发生器。二、目的1.在学习完单片机和电子测量及相关课程的基础上，进一步加深和巩固所学的知识，培养和提高学生查找资料、整理资料的能力。2.通过硬件设计、软件编写，使学生掌握用单片机组成应用系统的方法，提高硬件设计、制作、焊接，软件编写、调试的能力。3.通过本次设计巩固单片机的接口、定时、中断等基本知识，掌握外围芯片的基本知识。4.熟练掌握用Protel 99 绘制电路图及PCB板的制作。三、要求1. 设计要求完成的基本功能：能精密地产生三角波、方波、正弦波信号三种波形；占空比和频率均可单独调节等功能。2技术参数要求：1）频率范围：0.1Hz20MHz2）各种波形的输出幅度：2V3）波形失真小，正弦波失真度小于0.75%，占空比调节时非线性度低于2%4）工作温度范围低于703设备要求：计算机、MCS51单片机仿真开发系统、常用集成电路芯片、三极管、按键和LED数码管。 4设计说明书要求包括：目录、标题、概述、方案总体设计（硬件、软件、 框图）、单元电路和单元软件程序、电路总图、硬件实物及软件清单、系统调试说明、设计总结及改进意见、参考文献等。5论文字数2万3万字内。6. 论文格式严格按照学校规定的论文格式编排。四、附件1. 系统电路原理图 2. 列出完整元器件清单 3. 印刷电路板图 4. 完整的程序清单五、进度安排 1. 2010年12月20日2011年1月10日 要求理解毕业设计任务书，查阅相关资料；完成开题报告；完成中英文资料翻译；2. 2月16日4月6日 要求根据所查阅的资料，完成论文提纲；理解设计原理，进行程序设计；设计相关电路设计、调试；产品基本实现功能。3. 4月7日4月12日 完成完整的毕业设计初稿；4. 4月13日5月3日 完成完整的毕业设计论文终稿；一校：总体功能与思路；二校：功能细节、格式细节；5. 5月4日5月17日准备毕业设计论文答辩；65月18日5月29日 进行毕业论文答辩。 六、参考书目 1. 黄智伟.电子竞赛培训教M. 电子工业出版社.2何立民.单片机应用技术选编M.北京航空航天出版社. 3江思敏.Protel电路设计教程M.清华大学出版社. 4康华光.电子技术基础（数字部分）M.高等教育出版社.5陈明荧.8051单片机课程设计实训教材M.清华大学出版社. 6吴金戍.8051 单片机实践与应用M.清华大学出版社. 指导教师：李月华 2010年 12月 18日南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目基MAX053和单片机的函数信号发生器设计设计（论文）题目来源自选课题设计（论文）题目类型工程设计起止时间2021.12至2021.6一、 设计（论文）依据及研究意义：。采用MAX038的函数信号发生器的设计， 可生成频率可调的正弦波、方波以及三角波。系统由单片机控制模块、键盘、LCD液晶显示， MAX038波形产生器、DAC输出电路和末级放大电路构成， 调制信号既可由外部的频率档粗调， 也可以通过单片机实现微调。单片机小系统负责用户的交互和系统控制， 键盘用于频率的输入与波形的选择， LCD显示当前所选信号的频率调整情况， 具有界面提示功能， 而末级放大电路则对生成的信号进行适当的放大， 以提高信号的振幅和强度。信号源是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形），然后用其他仪表测量感兴趣的参数。函数发生器是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。信号发生器是一种悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，电路比较简单，但功耗比较大，因此发展速度比较慢。直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器。 自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。 自从70年代为处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。软件控制波形的一个最大缺点就是输出波形的频率低，这主要是由CPU的工作速度决定的，如果想提高频率可以改进软件程序减少其执行周期时间或提高CPU的时钟周期，但这些办法是有限的，根本的办法还是要改进硬件电路。 随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大地促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，数字信号发生器随之发展起来。信号发生器作为电子领域不可缺少的测量工具，它必然将向更高性能，更高精确度，更高智能化方向发展，就像现在数字化信号发生器的崛起一样。但作为一种仪器，我们必然要考虑其所用领域，也就是说要因地制宜，综合考虑性价比，用低成本制作的集成芯片信号发生器短期内还不会被完全取代，还会比较广泛的用于理论实验以及精确度要求不是太高的实验。因此完整的函数信号发生器的设计具有非常重要的实践意义和广阔的应用前景。参考文献：1. 黄晓林.基于MAX038的单片机多波调频信号产生器的设计J， 电子技术， 2004， 第2期.2何立民.单片机应用技术选编M.北京航空航天出版社. 3康华光.电子技术基础（模拟部分）M.高等教育出版社. 4康华光.电子技术基础（数字部分）M.高等教育出版社.5陈明荧.8051单片机课程设计实训教材M.清华大学出版社. 6吴金戍.8051 单片机实践与应用M.清华大学出版社.7黄志伟.全国大学生电子竞赛培训教M. 电子工业出版社.二、 设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）研究内容：（1）单片机控制模块的设计（2）MAX038信号产生模块设计（3）LED显示模块设计（4）占空比调节模块设计（5）DAC模块设计（6）电压放大模块设计总体设计方案：系统由单片机控制模块，MAX038 信号产生模块，LCD 显示模块，占空比调节模块，DAC 模块，电压放大模块组成，系统总体框图如下图1所示。 4*4键盘12864显示MAX038波形发生电路A/D采样电路CD4051频率选择电路AT89C52输出信号放大电路D/A转换电路电路图1 系统总体设计框图单片机小系统由键盘，LCD 显示屏，和单片机AT89C52 构成。负责用户的交互和整个系统的控制， 键盘用于对波形输出的选择和频率输出的调节，LCD 则显示当前输出的波形及频率的调节值。 信号发生器的主振采用MAX038 型高频精密函数信号发生器专用集成块，能够产生准确的高频三角波、方波和正弦波，输出频率可以由内部的2.5V 带隙电压基准及一个外部的电阻和电容器控制，频率范围0.1Hz20MHz。占空比变化范围为1585，频率扫描范围为1350，正弦波失真低于0.75。 信号放大电路采用MAX414芯片， 使输出信号的幅度能达到发挥部分的要求在5V7V 之间。预期目标：能精密地产生三角波、方波、正弦波信号三种波形；占空比和频率均可单独调节等功能三、 设计（论文）的研究重点及难点：研究重点：（1）MAX038芯片的外围电路设计 （2）放大电路的设计研究难点：（1） 频率的范围是0.1HZ 20MHZ。（2） 要求正弦波形的失真度小于0.75%，占空比调节时非线性度低于2%（3） 软件程序的编写四、 设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：第 12，进行单片机及其他所需芯片资料查询；第 34，理解电路设计原理，进行程序设计；第 57周，进行相关电路的设计、调试，并实现基本功能；第 8 周，MAX038和单片机的函数信号发生器设计论文的编写；第 911 周，对论文进行修改并完成终稿；第1213周，准备毕业设计论文答辩；第 14 周，进行毕业设计论文答辩。五、 进行设计（论文）所需条件：设备要求：计算机、MCS51单片机仿真开发系统、常用集成电路芯片、三极管、按键和LCD液晶显示。六、 指导教师意见：签名： 2011年 3 月 6 日摘 要：本设计是基于信号发生芯片MAX038的多功能波形发生器。由MAX038、D/A转换， A/D转换，MAX414运算放大器、LCD12864显示、单片机以及外围电路构成的多波形发生器。利用MAX038产生正弦波、三角波、锯齿波、方波的波形，单片机通过D/A转换对MAX038的控制，从而实现频率和占空比的步进调控，在1Hz20MHz内产生任意正弦波、三角波、锯齿波和方波。 采用MAX414和TLC549构成信号放大采样电路，用液晶模块LCD12864可实现实时显示波形的类型、频率、幅度和占空比等功能；经多次测试，本设计整机具有波形清晰，频率、相位和幅度相对稳定，没有明显的失真，采用键盘输入，LCD显示，操作显示界面简单直观，实现按步进进行调整。关键词：单片机；MAX038；D/A转换；占空比；LCD12864Abstract : The design is based on the signals in the chip-wave generator MAX038。This Multi-wave generator is make up of MAX038， D A conversion， MAX414 operational amplifiers， LCD12864， SCM and the external circuit. MAX038 is used to generate sine wave， triangle wave， sawtooth and square waveform， SCM through D A conversion of the control MAX038， thus realizing the frequency and duty cycle step-control， in the range of 1 Hz 20MHz generate any sine wave， the triangular wave， sawtooth and square wave。MAX414 and TLC549 are make up of signal amplification and sampling， with LCD module LCD12864 can achieve real-time display of the waveform type， frequency， magnitude and the function of duty cycle Etc。 It is proved to be well functioning ， the output of signal is clear ， the frequency， phase and amplitude are comparative stability， there was no obviously distortion， Using keyboard input and LCD output，makes it has a Simple user interface ， realize step-control.Keyword: SCM;AX038;/A converter;uty cycle;CD12864目 录1、系统设计11.1 设计目标11.2总体设计方案2设计思路2方案论证2系统组成52、硬件电路设计62.1 单片机最小系统设计62.2 MAX038波形发生器电路62.3 CD4051模拟开关电路72.4 D/A转换电路82.5 信号输出模块设计82.6 LCD12864显示电路102.7 4*4矩阵键盘输入电路103、系统软件设计及分析113.1 主程序设计113.2 A/D转换程序子程序设计123.3 按键扫描子程序设计134、系统调试及数据处理134.1 电路调试134.2 系统软件调试134.3 数据处理144.4设计结果15致 谢16参考文献16附录一 原理图18附录二 PCB图19附录三 元器件清单20附录四 程序清单21信号发生器又称信号源或振荡器，是最重要的测量仪器之一，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。尤其是在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器，而各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示，能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。它能满足测试系统的多种要求，成为了系统综合测试中不可缺少的组成部分。早期的函数信号发生器集成电路，如L8038，BA205，XR22072209，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有3000KHz，无法产生更高频率的信号，套接方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者相互影响。而目前广泛使用的是一些标准产品，虽然功能齐全，性能制表较高，但是价格较贵，而且许多功能却用不上。本文提出一种采用专用信号发生器芯片MAX038设计的简易信号发生器。MAX038是Maxim公司生产的精密高频单片信号发生器集成电路，内部电路完善。使用该芯片，设计简单，可以生成同一频率信号的各种波形信号，能以最少的外部元件构成多波形高频函数信号发生器，也可以应用于压控振荡器(PLL)、脉宽调制器、锁相器环、频率调制器、频率合成器及FSK信号发生器，是目前较为理想的信号产生集成芯片。因此，相比之下，该仪器具有结构简单，成本低，体积小，便于携带等特点，足以满足一般的实验要求。1、系统设计1.1 设计目标(1)设计要求完成的基本功能：能精密地产生三角波、方波、正弦波信号三种波形且占空比和频率均可单独调节等功能。(2)技术参数要求：1）频率范围：0.1Hz20MHz2）各种波形的输出幅度：2V3）波形失真小，正弦波失真度小于0.75%，占空比调节时非线性度低于2%4）工作温度范围低于704*4键盘电路12864显示电路单片机D/A转换电路电路频段 电容选择 电路波形发生电路AD采样电路输出信号放大电路图1.1 系统硬件构思方框图 1.2总体设计方案1.2.1 设计思路题目要求设计一个基于单片机和MAX038的函数信号发生器， 函数信号发生器的输出为正弦波、方波、三角波。设计中利用MAX038单片函数信号发生器的特性，产生各种波形。输入部分采用运算放大器对微弱信号进行放大使波形易于观察。控制部分用单片机和键盘组成的人机交互控制界面。采样部分采用运算放大器和A/D转换芯片。而显示部分则用带字库的液晶模块LCD12864，LCD12864可以直观显示波形的型类、频率、幅度和占空比等功能。采用按键调控的方法对波形、占空比、频段、频率进行选择和调控，然后得到所需的波形、频段以及所需的占空比和频率，而不是传统的采用可变电阻调节占空比和频率的方法。系统硬件构思方框图如图1.1所示。1.2.2方案论证下面对以上系统硬件构思进行各模块实现功能要求的论证：（1）波形发生电路的设计方案论证与选择方案一，采用分立元件构成非稳态的多谐振振荡器，根据具体需要加入积分电路等构成波形发生器。但这种信号发生器输出频率范围窄，而且电路参数设定较繁琐，输出的波形易受外界环境影响，不稳定，对电路硬件要求很高，不易实现。 方案二，利用单片集成芯片实现函数信号发生器。这种信号发生器能产生多种波形信号且达到较高频率，且易于调试，成本低。 方案三，利用专用直接数字合成DDS芯片实现函数信号发生器。这种信号发生器能产生任意波形并达到很高频率，但成本较高。综合以上三种方案，从性能和制作成本考虑，本设计采用方案二，即采用单片机控制键盘输入通过D/A转换控制单片函数信号发生芯片MAX038产生可调频率、幅度和占空比的波形信号。（2）开关电路的设计方案论证与选择方案一，采用机械式开关，应用最为普遍，价格低廉，操作简单，只需让两段需要导通的导体接触就可以使电路导通，但开关控制过程必须要有机械力的参与才能才能完成控制工作，响应时间决定于拨动的速度。方案二，采用电子模拟开关，模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输人端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输人端电平如何，输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点。其内部电路组成和工作原理如图1.2所示。图1.2 模拟开关的电路组成和工作原理综上所述，本设计技术要求波型选择开关响应速度快，所以采用方案二，使用8选1模拟开关CD4051。（3）D/A转换器的设计方案与论证 方案一，按照输出类型的不同可以分为电压输出型和电流输出型器件。 电压输出型D/A转换器采用内置的输出放大器来实现低阻抗的输出，没有放大部分的延迟，可以做到很高的速度且一般用于高阻抗负载的情况下。电流输出型D/A转换器则用得较少。 方案二，按照接口类型的不同可以分为串行输出和并行输出器件。并行D/A转换器的转换速度快，但占用I/O多。串行D/A转换器输出建立时间相对于并行D/A转换器稍长，但芯片与CPU连接时使用引线少、电路简单，成本低。 方案三，按照数字量的位数可以分为8位、10位、12位、16位等D/A转换器，位数越大分辨率越大但相应的成本也越高。 综上所述，综合三个方案中选择性价比较好的D/A转换器，本设计采用Maxim公司的8位串行电压输出型D/A转换器MAX517。（4）信号采样电路的设计方案 方案一，采用并行A/D转换芯片，并行方式一般在转换后可直接接收，转换时间快但使用芯片的引脚比较多。 方案二，采用串行A/D转换芯片，串行方式所用芯片引脚少，封装小，在PCB板上占用的空间也小，但需要软件处理才能得到所需的数据。 综上所述，结合本设计对数据采样的各项要求和单片机引脚的具体情况，采用TI公司的8位串行A/D转换芯片TLC549。通过单片机AT89S52产生满足时序要求的输入/输出时钟，以及对A/D芯片的片选控制，完成对整个A/D转换过程的控制。TLC549具有8位分辨率模数转换，最大转换时间为17us， 每秒访问和转换最多可达40000次，功耗低，可以满足本设计要求。（5）显示方式的设计方案论证与选择 方案一，采用LED数码管显示。如果需要显示的内容较多，过多增加数码管的个数显然不可行，进行轮流显示则控制复杂，此外，数码管需要较多连线，使电路复杂，功耗比较大。 方案二，采用带字库的液晶模块LCD12864显示。可以显示字符、图片，利用单片机直接驱动液晶显示模块，设计简单，且显示界面宽大美观舒适，耗电小。 综上所述，本设计要显示的内容较多，所以选择方案二，采用LCD12864实时显示波形的型类、频率、占空比和幅度等功能。（6）电源模块的设计方案论证与选择方案一，采用升压型稳压电路。用两片MC34063芯片分别将3V的电池电压进行直流斩波调压，得到+5V的稳压输出。只需使用两节电池，既节省了电池又减小系统体积重量，但该电路供电电流小，供电时间短，无法保证系统长期稳定运作。 方案二，采用环形变压器，与普通变压器相比激磁能量和铁心损耗将减少25%，电效率高达95%以上，漏磁小，电磁辐射小，振动噪声小，无需另加屏蔽层来屏蔽电磁干扰，适合用在高灵敏度和易受高频影响的电子设备上。加上三端固定稳压器获得5V电源，+5V用LM7805输出，-5V用LM7905输出，先在变压器的输出段用一个用整流二极管组成的整流桥整流，再用电容滤掉高频成分，这样就可以获得一个纹波系数小、稳定的电压。综上所述，选择方案二，采用环形变压器三端稳压器电路。1.2.3 系统组成经过以上方案的比较和论证，最终确定的系统组成框图如图1.3所示。4*4键盘输入全部用作功能键，单片机通过CD4051控制频段范围，在选择的频段范围内通过设定的按键步进调节就可以得到需要的信号，频率数值设定在10 20MHz范围内直接送到LCD12864显示。4*4键盘电路12864显示电路MAX038波形发生电路A/D采样电路CD4051频率选择电路AT89C52输出信号放大电路D/A转换电路电路图1.3 系统组成框图2、硬件电路设计2.1 单片机最小系统设计单片机的复位电路由电容串联电阻构成，由电容电压不能突变的性质， 可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平， 并且， 这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位， 所以， 适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。单片机的震荡电路为系统提供基本的时钟信号。单片机最小系统电路如图2.1所示。 图2.1 单片机最小系统电路2.2 MAX038波形发生器电路MAX038的外围电路如图2.2所示，引脚A0、A1接单片机I/O口，引脚COSC接电容选择电路的X引脚，引脚REF是输出正2.5V电压，用作控制占空比的D/A转换器的基准电压输入，IN引脚是频率控制引脚，通过一个25K电阻与D/A转换器输出端相连。若负载是容性较大的负载，则MAX038的输出端与一个50的电阻相连。由于MAX038的输出信号为恒定的2V（P-P）， 且输出电流不高，所以必须依靠输出级的放大电路来提供足够的输出电压和电流，由放大电路和A/D转换芯片组成数据采样系统则可以实现数据采样。所以设计应该满足以下要求：(1) 首先，要求放大电路具有很高的频宽。因为输出信号最大基频为20MHz，起三角波和矩形波的高次谐波成分很高，只有高频宽才能得到不失真 图2.2 MAX038外围电路图的输出波形。(2) 其次，高频大信号放大要求放大电路有足够的输出电压转换速率。(3) 另外，要带动低阻负载，放大电路的电流输出能力也是个重要参数。要在100的负载上输出6V信号，则放大器至少要有60mA的连续电流输出能力。2.3 CD4051模拟开关电路单片机通过控制模拟开关CD4051来选择的电容量，从而确定频率范围。本系统共有8个频段供切换，输出频率范围与的对应关系如下表2.1所示。表2.1 输出频率范围与的对应关系波段电容值频率范围1100F0.1Hz2Hz210F2Hz20Hz31F20Hz200Hz40.1F200Hz2KHz50.01F2KHz20KHz61000pF20kHz200KHz7100pF200kHz2MHz820pF2MHz20MHz图2.3 CD4051模拟开关电路CD4051模拟开关电路如图2.3所示。CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的 CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰峰值达15V的交流信号2.4 D/A转换电路D/A转换电路由2片MAX517及外围电路组成，分别与MAX038的IN引脚和DADJ引脚相连，如图2.4所示，其中与DADJ相连的D/A转换器是双极性输出。为了保证D/A转换器总线在空余方式为高电平，所以接上拉电阻。另MAX517A为调节占空比输出，所以要用双极性接法，运算放大器采用的是MAX414是美信公司的4路输出精密运算放大器。D/A模块转换选用2路用于双极性输出正负电压的转换。2.5 信号输出模块设计输出信号采样电路模块设计由一片MAX414和TLC549构成，分别与单片机P3.5、P3.6和 P3.7脚连接，如图2.5所示，其中MAX414将输出模拟信号 图2.4 D/A转换电路图2.5 输出信号采样电路放大，模拟输入信号（ANALOG IN）经过TLC549内部采样/保持器至8-bit逐次比较式A/D转换器。片选控制端（CS，低有效）和输入/输出时钟端（I/O CLOCK）与独立的内部系统时钟通过内部逻辑控制电路，实现外部接口与内部的数据传输，通过单片机从而实现波形幅度的控制。2.6 LCD12864显示电路显示电路如图2.6所示。图2.6 LCD12864显示电路2.7 4*4矩阵键盘输入电路 输入电路模块采用4*4矩阵键盘输入，如图2.7所示。行列分别与单片机的P1口连接。按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。键盘具体划分如下：第一行主要功能是占空比调节，有微调加1、粗调减5、粗调加5、占空比50%；第二行主要功能是频率的调节，有频段选择，微调加1，粗调加10，微调减1；第三行实现其他功能，有波形选择，幅度刷新。先输入功能键然后按照要求执行程序。其中D2是选择MAX038产生的波形，D1是计算和输出频率，D0是控制波形占空比， 图2.7 4*4矩阵键盘输入电路3、系统软件设计及分析3.1 主程序设计开始程序初始化调用显示子程序检查是否有键按下频率调节波形选择占空比调节选择相应的电容送CD4051波形输出设置A1A2根据公式计算VDADJ送D/A电路NY 图3.1 主程序流程图主程序首先是对程序进行初始化，比如AT89C52的初始化，输出波形、频率占空比的初始化，然后不断的检查是否有有效键按下，并根据不同情况对其处理，其中频率的调节则相对复杂，首先要根据键入的键值确定输出波形的基频，从而确定所对应的值，再求出微调电压，最后把值送到CD4051，选择相应波形并送LED显示。其主程序的流程图如图3.1所示。3.2 A/D转换程序子程序设计进行多通道A/D转换的时候，首先切换到通道1并进行第一次转换，等待转换结束，再次启动转换，等待转换结果，读取ADC结果。然后切换到通道2并进行第一次转换，操作过程与通道1相同，依次再切换到通道3，4等通道，最终完成所有通道的转换。A/D转换程序的流程图如图3.2所示。YN开始采集参数设置启动采集采集结束？获取采集参数显示图形、数据循环采集？结束YN 开始扫描键盘消抖是否有键按下？输出按键值YN退出图3.2 A/D转换程序流程图 图3.3 键盘扫描子程序3.3 按键扫描子程序设计在开始扫描发现有键按下时，先进行消抖，防止由于按键振动导致误判。然后依次判断第一排键和第二排键中哪个键按下，第三排和第四排中哪个键按下，当判断其中某一个键按下，立即输出返回值。按键扫描程序流程图如图3.3所示。检测键盘上有无键按下可采用查询工作方式、定时扫描工作方式和中断。4、系统调试及数据处理4.1 电路调试整个系统硬件的调试过程中，主要做了以下硬件调试：（1）在显示电路中，加上了一个10K的精密可调电阻，这样可以调节液晶模块的亮度。（2）D/A转换电路中，为了保证D/A转换器总线在空余方式为高电平，两个DA转换器都要的数据线和时钟线都接上拉电阻与电源相连，并加一个去耦电容。（3）MAX038的模拟电源和数字电源需要分开，供电时加上电容去耦，同样模拟地和数字地的处理也要慎重，PCB板上要用低阻地平面分别将模拟地和数字地连接，再在某点连接两地。（4）在信号采样电路的的运算放大器的1脚和2脚并接一个330P电容，这样，这样能是输出波形更加正确。4.2 系统软件调试系统软件调试是通过程序调节从而使电路系统更好的工作，以期得到更接近准确的数据，从而使电路工作输出更精确，更接近实际。本设计主要做了以下软件调试：（1）在频率处理时，由于电路本身设计不足和外界的干扰，致使LCD12864显示的频率与用数字示波器观察得到的频率有一定的差别，但通过一组组的数据观察和比较，发现了其中的误差规律，一次次对数据进行记录、统计、分析、总结，进行了一次次的纠正，从而减小了误差。（2）在D/A转换控制占空比的过程中，由于要取得双极性输出，需要用到两个运算放大器，在这过程中会损耗部分电压，这就使得理论计算得到的电压在输入MAX038的DADJ引脚时不准确。因此占空比的输出也会有误差，为了减少误差需要在软件调试中加上所测得的损耗的电压，这样达到输出的占空比误差减小到最低。（3）延时消除键抖动，就是说一旦发现有键按下，就延时25ms以后再测按键的状态。这样就避免按键发生抖动的那一段时间，使CPU能可靠的读按键的状态。键盘扫描中应防止误按按键的情况。这种情况的发生通常是由于键扫描速度和键处理速度较快，当某一个按下的键还未松开时，键扫描程序和键处理程序就执行了。为了防止发生这种情况，在键扫描程序中不仅要检测是否有按键按下，在有键按下的情况，作一次键处理，而且在键处理完毕后，还应检测按下的键是否松开，只有当按下的键松开以后，程序才往下执行。这样每按一个键，只作一个键处理，使两者达到同步，消除按一次按键有多次键值输入的错误情况。4.3 数据处理 硬件电路完成后，对数据进行整理，用数字示波器显示的频率和振幅作为真实值(A0)，波形发生器LCD12864显示的频率和振幅作为测量值(Ax)，对两者进行观察、记录、统计、分析，我们发现，误差总是呈现一定的规律变化。下面对两者显示的各个频段的的数据的比值(a=A0/Ax)、绝对误差(A=A0-Ax)、相对误差(r=A/A0)进行总结：表4.1 频率数据处理总结数据处理总结频段测量频率的范围（单位：Hz）比值（a）相对误差（r）11 211.0152690.015017216 2300.998332-0.0017399 20651.0000584.99E-054470 195000.998769-0.00125583550 2033600.993446-0.00666621140 0.997919-0.00222（1）由表4.1统计可得频率平均相对误差：（0.015017+-0.0017+4.99E-05+-0.00125+-0.00666+-0.00222+0.011921）/7=0.002165 （式4.1）（2）振幅（不加负载时）平均相对误差：0.007342。当负载变化时（负载变化范围：100），输出电压幅度变化在误差允许范围内（3%），证明了波形发生器的稳幅输出功能。波形发生器的频率数据统计时我们采用粗调增加的方式读取数据，每一频段都读取25个数据进行统计。比值（a）和相对误差（r）剔除坏值后再取平均值。对数据统计时，特别在1KHz以下的频率，示波器显示的数据中最后一位或两位一般都不稳定，采取估读的方式来读取数据，这样获得的数据和真是值之间存在一定的误差。通过众多数据统计结果，可以证实波形发生器的误差很小，在设计要求的误差允许范围内，符合设计要求，能比较真实的反映