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。

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。

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;		}	}	}