输出4种波形的函数信号发生器

一、设计要求

1、以MCS-51系列单片机为控制器件，用C语言进行程序开发，结合外围电子电路，设计一款函数信号发生器系统；

2、 能够产生正弦波、方波、三角波和锯齿波4种波形；

3、扩展键盘输入电路，用于切换波形类型、设定频率大小和步进值；

4、LCD1602显示电路实时显示当前波形类型、频率值等信息；

5、波形频率值调节范围：10-100Hz；

6、频率步进值调节范围：0.1-10Hz；

二、系统概述

本文基于51单片机设计的函数信号发生器系统，能够产生正弦波、方波、三角波和锯齿波4种波形，且波形频率可调，调节幅度为10~100Hz。

系统由5V供电模块、AT89C51单片机最小系统、DAC0832模数转换电路、LM358放大电路、LCD1602液晶显示电路、按键电路和LED指示灯电路组成。

工作原理为：单片机产生的数字信号，经DAC0832转换为模拟信号，再通过LM358运算电路放大后，输出4种频率可调的波形。

波形的类型和频率值由LCD液晶显示，波形的切换和频率的调节由按键控制。同时，4个不同色彩的LED分别作为不同波形的指示灯。

Proteus仿真电路

Altium原理图

仿真结果分析

打开函数信号发生器仿真文件，双击单片机加载Signal.hex文件（位于C程序文件夹内），运行仿真，结果如下。

LCD1602液晶第一行显示Wave：Sine，第二行显示Freq：10.0Hz。表示当前初始化波形为10Hz的正弦波，同时与正弦波相对应的绿色LED灯点亮。

此外，系统会自动弹出示波器窗口，显示该波形。本系统中，信号输出端接示波器的A通道。

仿真运行时，如果不小心关闭示波器窗口或者未弹出示波器窗口，鼠标右击示波器，在下拉菜单中点击Digtal Oscilloscope即可恢复。

系统中，四个按键用于控制波形类型的切换、频率值的增减以及频率步进值的增减。

点击“切换”键，可实现正弦波、方波、三角波和锯齿波4种波形间的来回切换；

在波形频率显示模式下，“增加”和“减少”键用于增减当前波形的频率大小，系统默认频率步进值为0.1，即按下一次“增加”或“减少”键，频率的改变幅度为0.1Hz。

例如，我们将波形切换至方波，将其频率设定为14.5Hz，结果如下。此时，与方波对应的红色LED灯点亮。

当按下“步进”键后，系统进入步进调节模式，如下图所示。LCD显示Step value：0.1，表示当前步进值为0.1Hz。此时，“增加”和“减少”键，用于改变步进值的大小。

例如，我们设定频率步进值为3Hz，结果如下所示。设定完成后，再次按下“步进”键，系统退出步进调节模式，返回频率显示模式。这时，按下“增加”或“减少”键，频率值的改变幅度就为3Hz。

仿真结果3.2.png

下面，我们设置系统输出频率为50Hz的三角波和80Hz的方波，结果如下。

仿真结果4.1.png

综上所述，函数信号发生器仿真电路运行效果满足设计要求，验证成功。

部分C代码

void keyscan()	      //按键扫描函数
{
	if(s1==0)		//频率加键是否被按下
	{	 
		EA=0;		//关闭中断
		delay(2);		//延时消抖
		if(s1==0)		//再次判断
		{
			while(!s1);		//按键松开
			pinlv+=bujin;		//频率以步进值增加
			if(pinlv>1000)		//频率值最大加到100Hz
			{
				pinlv=100;
			}
			display();
/*频率值最小是10Hz，pinlv的值是100（因为要显示小数点后一位）,150000/100=1500，这个1500就是定时器需要计时的，单位是us，65536-1500得到的是定时器的初值，
先不管初值，先看定时时间，1500us，一个波形的周期是由64个定时组成的，所以，一个波形周期就是64*1500us=96000，也就是96ms，约等
于100ms，也就是10Hz的频率*/
 //。
			m=65536-(150000/pinlv);	 //计算频率
			a=m/256;      //将定时器的初值赋值给变量
			b=m%256;
			EA=1;		//打开中断总开关
		}
	}
	if(s2==0)			 //频率减键是否被按下
	{	 
		
		delay(5);
		if(s2==0)
		{
			EA=0;	
			while(!s2);
			pinlv-=bujin;
			if(pinlv<100)
			{
				pinlv=1000;
			}
			display();
			m=65536-(150000/pinlv);
			a=m/256;
			b=m%256;	
			EA=1;
		}
	}
	if(s3==0)		//波形切换键是否被按下
	{	 
		delay(5);
		if(s3==0)
		{
			EA=0;
			while(!s3);
			boxing++;
			if(boxing>=4)
			{
				boxing=0;
			}
			display();
			EA=1;
		}
	}	
}