1.2 波形发生器的发展现状及应用 波形发生器是一种能够产生大量标准信号和用户自定义信号，并保证高精度、高稳定性、重复性和操作简便的电子仪器。 该函数波形发生器具有连续相变和频率稳定的优点。 它不仅可以模拟各种复杂信号，还可以动态、及时地控制频率、幅度、相移和波形，并可以与其他仪器交互。 通信构成自动测试系统，因此广泛应用于自动控制系统、激振、通信、仪器仪表等领域。 20 世纪 70 年代之前，信号发生器主要有两种类型：正弦波和脉冲波，而函数发生器则介于两者之间。 类别之间可以提供正弦波、余弦波、方波、三角波、正弦波等几种常用的标准波形。 当产生其他波形时，需要使用更复杂的电路和机电组合方法。 这一时期的波形发生器大多采用模拟电子技术，由模拟器件组成的电路存在体积大、价格高、功耗高等缺点。 另外，要产生更复杂的信号波形，电路结构也非常复杂。 同时存在两个主要问题：一是通过调节电位器来调节输出频率，因此很难将频率调节到固定值； 二是脉冲占空比无法调节。 20世纪70年代以后，随着微处理器、处理器、A/D/和D/A的出现，可以利用硬件和软件来扩展波形发生器的功能，产生更复杂的波形。 这一时期的波形发生器大多是基于软件的。 本质上，可以通过使用微处理器对DAC进行编程来获得各种简单的波形。
20世纪90年代末，出现了几款真正高性能、高价位的函数发生器，但HP推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，由HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。 HP8770A实际上只能产生8个波形，而且价格昂贵。 不久之后，Analogic公司又推出了Data-2020型多波形合成器、力科公司生产的9100型任意波形发生器等。进入21世纪，随着集成电路技术的飞速发展，出现了许多具有工作功能的DDS芯片。频率超过GHz也促进了函数波形发生器的发展。 2003年，安捷伦的产品33220A能够产生17种波形，最高频率为20M。 2005年，产品N6030A能够产生高达500MHz的频率。 频率方面，采样频率可以达到1.25GHz。 从上述产品可以看出，函数波形发生器发展迅速。 近年来，国际上波形发生器技术的发展主要体现在以下几个方面：（1）过去由于频率很低，应用范围比较窄，输出波形频率的提高使得波形发电机的应用领域越来越广泛。 波形发生器软件的发展使得波形数据的输入更加方便、容易。 波形发生器通常允许波形数据作为一系列点、线和固定功能段存储在存储器中。 同时可以使用强大的数学方程输入法。 通过将几个相对简单的公式组合成v=f(t)形式的波形方程的数学表达式，可以生成复杂的波形。
这推动了函数波形发生器向任意波形发生器的发展。 各种计算机语言的快速发展也推动了任意波形发生器软件技术的发展。 目前，可视化编程语言（例如VisualBasic，Visual（2）和组合VXI资源。目前，波形发生器由独立的桌面仪器，适合个人计算机的插件卡和新开发的VXI模块组成。由于随着VXI总线的逐渐成熟以及对测量仪器的高要求，VXI系统需要应用于很多领域，在测量复杂波形时，VXI的系统资源提供了明显的优势，但由于VXI模块开发周期长，需要专用的VXI机箱，波形发生器VXI模块仅限于航空、军事、国防等大型领域。在民用方面，VXI模块远不如桌面仪器方便。（3）随着蓬勃发展信息技术的发展，台式仪器在经历了一段时间的走下坡路之后又重新繁荣起来，但现在新的台式仪器的形态与几年前有很大的不同。 这些新一代桌面仪器具有多种特性，可以执行多种功能。 而且，与以往的同类产品相比，尺寸和价格都降低了一半。 早在1978年，美国Wavetek公司和日本东亚波工业公司宣布的最高采样频率为5MHz，可形成256点（存储长度）波形数据，垂直分辨率为8bit。 主要用于振动、医疗、材料等领域的第一代高频波形。 性能信号源，经过近30年的发展，随着电子元器件、电路、生产设备的高速化、高集成化，波形发生器的性能得到迅速提高。 操作变得越来越容易，输出波形也越来越强大。
波形运算方法的质量是由波形发生器控制软件的质量来保证的。 添加的编辑功能越多，波形形成的可操作性越好。 2、设计要求 2.1 设计内容 设计一个波形发生器，可以产生三角波、方波、正弦波。 使用按键选择波形输出（A按键输出三角波，B按键输出方波，C按键输出正弦波），调节电位器可以改变输出波形的频率。 它还采用四位 LED 显示屏。 第一位显示当前输出的波形，后三位显示频率值，即A/D转换后得到的数字值。 2.2 设计目的 1. 了解波形发生器和键盘扫描的基本方法 2. 掌握软硬件的配合与交互 3. 硬件设计 3.1 设计方案 3.1.1 系统总体框图：系统框图采用 51 单片机来实现控制8255的输入和输出。键盘输入和七段数码管显示由8255控制。按A键选择三角波代码A，按B键选择方波。 代码为B。按C 选择正弦波代码为C。使用软件程序确定它是哪种波形。 波形由DAC0832产生。 通过ADC0809将模拟量转换为数字量。 数字量可以作为软件中的参数。 电位器调节模拟量，改变数字量来改变波形频率。 通过一系列算法可以计算出波形的频率并显示在数码管上。 3.28255芯片 8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片。 它具有 3 个 8 位并行 I/O 端口。 它是一个可编程并行接口芯片（40引脚），具有3个通道和3种工作模式。 各端口的功能均可通过软件选择，使用灵活，通用性强。
当将微控制器连接到各种外设时，8255可以用作中间接口电路。 1）与CPU的连接部分。 根据定义，8255可以并行传输8位数据，因此它的数据线是8条D0~D7。 由于8255有A、B、C三个通道，只需两根地址线就可以对A、B、C端口和控制寄存器进行寻址，所以地址线是两根A0~A1。 另外CPU需要对8255进行读、写和片选操作，所以控制线就是片选、复位、读写信号。 各信号的引脚号如下： (1) 数据总线DB：编号为D0~D7，用于8255 与CPU 之间传输8 位数据。 (2) 地址总线AB：编号为A0~A1，用于选择A、B、C 口和控制寄存器。 (3)控制总线CB：片选信号、复位信号RST、写信号、读信号。 当CPU要对8255进行读或写操作时，首先要向8255发送片选信号来选择8255芯片，然后向8255发送读信号或写信号来读取或写入数据。 2）与外设的接口部分根据定义，8255 有 3 个通道 A、B、C 与外设连接，每个通道有 8 根线与外设连接，所以 8255 可以使用 24 根线与外设连接。 如果进行开关控制，8255可以同时控制24个开关。 各通道引脚号如下： (1) Port A：编号为PA0~PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。 (2) B口：编号为PB0~PB7，用于8255对外输出。 假设输入和输出为8位并行数据。 (3) C口：编号为PC0~PC7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。 当8255工作在响应I/O模式时，端口C用于响应信号通信。
8255将三个通道分为两组，即PA0~PA7和PC4~PC7构成A组，PB0~PB7和PC0~PC3构成B组。如图7.5所示，对应的控制器也分为A组控制器和 B 组控制器。 各组控制器的功能如下： （1）A组控制器：控制A端口和上端口C的输入和输出。 (2) B 组控制器：控制 B 口和下 C 口的输入和输出。 HYPERLINK"" "_blank"INCLUDEPICTURE "" 8255 引脚特性 (1) 并行输入/输出 LSI 芯片，多功能 I/O设备，可用作CPU总线和外设之间的接口。 (2) 具有24个可编程I/O端口，即3组8位I/O端口，分别为PA端口、PB端口和PC端口。 它们可分为两组 12 位 I/O 端口。 A 组包括端口 A 和端口 C（高 4 位，PC4~PC7），B 组包括端口 B 和 C（低 4 位，PC0~PC3）。 。 A组可设置三种模式：基本I/O口、STROBE I/O闪存控制、双向I/O； B 组只能设置为基本 I/O 或 Flash 控制 I/O。 模式，而这些工作模式完全由控制寄存器的控制字决定。
引脚功能 RESET：复位输入线。 当输入端为高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）被清零，所有I/O端口被设置为输入模式。 CS：片选信号线。 当该输入脚为低电平时，即/CS=0时，表示该芯片被选中，允许8255与CPU进行通信； 当/CS=1时，8255不能向CPU传输数据。 WR：写信号。 当该输入引脚为低电平跳变沿时，即/WR产生低电平脉冲且/CS=0时，允许CPU向8255写入数据或控制字。D0~D7：三态双向数据总线， 8255与CPU之间数据传输的通道。 CPU执行输入输出指令时，实现8位数据的读/写操作。 控制字和状态信息也通过数据总线传输。 模式0——基本输入输出模式； 模式1—选通输入/输出模式； 模式2–双向选通输入/输出模式； PA0~PA7：A口输入输出线，8位数据输出锁存器/缓冲器，8位数据输入锁存器。 在三种模式中的任何一种模式下工作； PB0~PB7：B端口输入输出线，8位I/O锁存器，8位输入输出缓冲器。 不能工作在模式2； PC0~PC7：C口输入输出线，8位数据输出锁存/缓冲器，8位数据输入缓冲器。 通过设置工作模式，C口可分为两个4位口。 每个4位端口包含一个4位锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可用作控制信号输出或状态信号。 输入端口。 '无法在模式 1 或 2 下工作。
