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单片机原理与应用
综合实验报告

题目：波形发生器的设计

专业班级：__电信_____

姓名：_________

学号：_________

时间：

指导教师：____张涛__________

波形发生器的设计

摘要

本设计是基于AT89C51单片机的波形发生器。采用AT89C51单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换
电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键和8位数码管等。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波等，同
时用数码管指示其对应的频率。其设计简单、性能优好，可用于多种需要低频信号的场所，具有一定的实用性。
各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较为常见的信号。在科学研究
及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便
的信号源是十分必要的。
本设计是利用AT89C51单片机和数模转换器件DAC0832产生所需不同信号的低频信号源，其信号幅度和频率
都是可以按要求控制的。文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，AT89C51的基础理论，以
及与设计电路有关的各种芯片。文中着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件
编程。信号频率幅度也按要求可调。

关键词：AT89C51DAC0832LM3248位数码管显示

1、引言

波形发生器也称函数发生器，作为实验信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可
少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，
多为锯齿波，正弦波，方波，三角波等波形。
信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采
用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路经之一，不用依靠单片机。但是
这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产
实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬
件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大
电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是致命的弱点。一旦
工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。
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。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各
种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、
幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。
波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复
性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可
以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪
器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领
域。
在70年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能
够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采
用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，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。同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，
因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。
在70年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和D/A，硬件和软件使波形发生器
的功能扩大，产生更加复杂的波形。这时期的波形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。
90年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为HP770S
的信号模拟装置系统，它由HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。HP8770A
实际上也只能产生8中波形，而且价格昂贵。不久以后，Analogic公司推出了型号为Data-2020
的多波形合成器，Lecroy公司生产的型号为9100的任意波形发生器等。
到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过GHz的DDS芯
片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003年，Agilent的产品33220A能够产生17种
波形，最高频率可达到20M，2005