基于51单片机的信号发生器设计

1. 硬件设计

（1）电源电路设计

信号发生器的电源电路应该是稳定可靠的，可以选择直流稳压电源或者开关稳压电源。在本设计中，采用的是直流稳压电源，电源电压为5V。

（2）时钟电路设计

本设计采用的是51单片机，需要外接时钟电路。时钟电路的选取应该符合51单片机的规格要求，一般可以选择晶振或者外部时钟信号。本设计采用的是12MHz的晶振。

（3）信号发生器电路设计

信号发生器的核心部分是信号发生电路，其基本原理是通过改变电路中元器件的参数，控制电路输出的波形、频率、幅度等。本设计采用的是基于RC元器件的正弦波发生电路，电路如下图所示：


其中，R1和R2为限流电阻，C1为滤波电容，R3和R4为电阻，C2为电容，U1为运放，输出正弦波信号。

2. 软件设计

（1）时钟设置

51单片机需要通过时钟来计算程序运行的时间，因此需要进行时钟设置。本设计采用的是12MHz的晶振，通过将晶振分频得到所需的时钟频率，代码如下：

void Timer0Init()
{
    //设置定时器0为16位自动重装载模式
    TMOD &= 0xF0;
    TMOD |= 0x01;
    //设置定时器0初值
    TH0 = (65536 - FOSC / 12 / 1000) / 256;
    TL0 = (65536 - FOSC / 12 / 1000) % 256;
    //开启定时器0中断
    ET0 = 1;
    EA = 1;
    //启动定时器0
    TR0 = 1;
}

（2）波形生成

本设计需要生成正弦波信号，通过修改输出电压的大小来改变正弦波的幅度。具体实现可以通过PWM波形生成，代码如下：

//PWM波形输出
void PWMOut(uint16_t duty)
{
    uint16_t temp = (65536 - duty) / 2; //计算占空比对应的TH和TL值
    TH1 = temp / 256;
    TL1 = temp % 256;
}

（3）频率设置

通过修改定时器的计数值来改变波形的频率，代码如下：

void SetFreq(uint16_t freq)
{
    uint32_t temp = (uint32_t)freq * 1000 * 65536 / FOSC; //计算定时器计数值
    TH0 = temp / 256;
    TL0 = temp % 256;
}

（4）幅度设置

通过修改PWM波形的占空比来改变波形的幅度，代码如下：

void SetAmplitude(uint8_t amp)
{
    uint16_t duty = amp * 65536 / 256; //计算PWM波形的占空比
    PWMOut(duty);
}

3. 总结

本设计基于51单片机实现了一个简单的信号发生器，可以生成正弦波信号，并通过修改频率和幅度来控制波形的特性。该设计具有简单易懂、成本低廉等优点，适合用于实验室教学和小型电子项目。