基于单片机的新一代零误差多功能函数信号发生测试仪器.doc

摘 要 2 前 言 2 第一章、整体设计思路 3 第二章、硬件设计： 4 2.1 信号发生部分： 4 2.2 频率计数器部分： 7 2.2.1 AT89S51介绍 7 2.3 利用AT89S51计数 8 2.4 放大整形 9 2.5 LED显示 9 第三章、C语言程序设计概述 10 3.1 程序设计基本过程概要 10 3.1.1 判定信息输出 10 3.1.2 正确设置变量 11 3.1.3 建立数学模型 11 3.1.4 决定处理方式 11 3.1.5 选择计算方法 12 3.2 算法设计——程序设计的核心 13 3.3 程序编码——程序设计的关键 14 3.4 分析调试——程序设计的保蹿 15 3.5 运行维护——程序设计的后援 15 3.6 结构化程序设计方法概要 16 3.7 计算机程序和算法简介 17 3.8 Turbo C语言简介 18 3.9 计算机结构的五个主要单元 18 第四章、软件设计 20 第五章、完整源程序： 20 第六章、性能指标和使用说明： 25 6.1 性能指标 25 6.2 使用说明 25 6.2.1 信号发生器的使用： 25 6.2.2 频率计的使用： 25 参考文献 26 致?? 谢 27 新一代零误差、多功能函数信号 发生测试仪器 摘 要 本系统能够产生正弦波、方波、三角波。同时还可以作为频率计测频率，保证测试中不存在误差。函数信号的产生由MAX038和外围电路完成，能产生1Hz—20MHz的波形。波形选择由单片机完成。输出或输入频率经74HC390分频后，由单片机完成自动频率检测显示。文中用Protel99SE绘制了完整的电路图，并给出了完整的C语言源程序。 关键词：波形产生器、频率计、单片机、MAX038、74HC390、AT89S51。 前 言 在现代电子学的各个领域，常常需要高精度且频率可方便调节的信号发生器。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。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。函数信号发生器的实现方法通常有以下几种： （1）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。 （2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，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。 （3）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。 （4）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。 综合分析以上四种实现方法的性价比，我们决定采用单片集成芯片MAX038来设计函数发生器。频率越高、产生波形种类越多的发生器性能越好，但器件成本和技术要求也大大提高，因此在满足工作要求的前提下，性价比高的发生器是我们的首选。 第一章、整体设计思路 本函数信号发生器是主要是由MAX038芯片产生我们希望输出的正弦波、方波、三角波。它是本制作的核心，当然随带的频率计用于显示输出频率，它是由单片机AT89S51控制的，由于用单片机所能测的频率范围有限，直接所计数的频率最大只能达到500KHz，为了能够测得更高的频率，所以加上分频器进行分频后再加到AT89S51的外部中断入口。考虑到小信号时，所以必须加放大，然后整形才能达到分频器的输入要求。至于显示部分就用74LS164移位寄存器来驱动数码管显示。整体原理框架图如下： 图1 第二章、硬件设计： 2.1. 信号发生部分： 接通电源控制在输出状态，此时波形产生电路工作，它产生我们所选择的波形并输出到外部电路，另一部分则送入计数器。波形发生器的这部分电路是由MAX038及其外围电路完成的。MAX038是一个精密高频波形产生器。它能产生频率高达20MHz的正弦波、三角波、方波等脉冲信号，其压控振荡器的频率分粗调和细调两层控制。另外MAX038还包括占空比调整电路、波形同步电路、相位检测电路、波形切换开关和电压基准源等电路，所需外部元件少，使用很方便。这部分电路框图如下图2： 波形产生原理框图（图2