簡易信號發(fā)生器設(shè)計(jì).ppt

簡易信號發(fā)生器設(shè)計(jì),學(xué) 生: 王永鋒 指導(dǎo)老師: 金印彬 院 系:電氣與信息工程系 專 業(yè):測控技術(shù)與儀器,西安交通大學(xué)城市學(xué)院,研究目的及意義 課題研究內(nèi)容 研究方案的設(shè)計(jì)與選擇 硬（軟）件設(shè)計(jì)構(gòu)思 總結(jié),1,2,3,4,5,答辯主要內(nèi)容,研究目的及意義,函數(shù)信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、電工學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，電子線路和微機(jī)原理、接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)，自動化測控系統(tǒng)等領(lǐng)域。 目前, 市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而成。,利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來產(chǎn)生信號，其頻率底線很低。具有線路相對簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級。,課題研究內(nèi)容,本文是做基于單片機(jī)的信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)，將采用編程的方法來實(shí)現(xiàn)三角波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對各種波形的頻率和幅度進(jìn)行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機(jī)的程序存儲器中。在程序運(yùn)行中，當(dāng)接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時(shí)再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出。,設(shè)計(jì)要求及達(dá)標(biāo)項(xiàng)目 1) 數(shù)據(jù)要求(已完成) 信號發(fā)生器的頻率范圍：1Hz1KHz 信號發(fā)生器的幅度范圍：100mV5V 2)技術(shù)要求（已完成） 能夠輸出正弦波，三角波和方波，并且輸出信號的頻率和幅度可調(diào) 3)工作要求（已完成） 采用proteus軟件設(shè)計(jì)基于MCS-51系列單片機(jī)的簡易信號發(fā)生器 采用相關(guān)語言編寫應(yīng)用程序并調(diào)試 對系統(tǒng)進(jìn)行測試和結(jié)果分析,研究方案的設(shè)計(jì)與選擇,方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如8038），8038可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用D/A轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制電壓，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號的頻率穩(wěn)定度不高。 方案二：采用單片機(jī)編程的方法來實(shí)現(xiàn)。該方法可以通過編程的方法來控制信號波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實(shí)現(xiàn)頻率的變換。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號，所以信號的精度可以做的很高。 鑒于方案一的信號頻率不夠穩(wěn)定，所以決定采用方案二的設(shè)計(jì)方法。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬件的方法來實(shí)現(xiàn)，使得信號頻率的穩(wěn)定性和精度的準(zhǔn)確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價(jià)格便宜，使得硬件的開銷達(dá)到最省。,硬件電路的實(shí)現(xiàn)原理與構(gòu)思,如圖所示89C51單片機(jī)為硬件系統(tǒng)的核心，單片機(jī)對鍵盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率和幅度，通過顯示電路顯示波形類型、頻率和幅度值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器經(jīng)放大電路輸出波形，通過示波器可以觀察波形、頻率和幅度，復(fù)位電路用于系統(tǒng)復(fù)位重啟。,顯示電路,鍵盤電路,單 片 機(jī),數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路,復(fù)位電路,放大電路,波形輸出,數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路,AT89C51單片機(jī)控制一片DAC0832經(jīng)放大器放大后的原理圖：,AT89C51單片機(jī),LM 358,D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準(zhǔn)電壓來控制的，所以只要能控制D/A的基準(zhǔn)電壓便可 以控制輸出幅度，實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)。所以設(shè)計(jì)DAC0832來輸出電流信號，經(jīng)放大器變換為電壓信號,DAC 0832,系統(tǒng)電路原理圖,系統(tǒng)原理分析,按下復(fù)位鍵后對系統(tǒng)初始化， P1口用于鍵盤輸入，P2口用于輸出顯示當(dāng)前波形、頻率和幅度值，P3口用于控制DAC0832 通過掃描鍵盤將鍵盤狀態(tài)通過P1送入單片機(jī)，如果掃描得出無按鍵按下則返回繼續(xù)掃描直到有按鍵鍵按下，如果掃描出相應(yīng)按鍵按下，則實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)改變。如 按下頻率加則波形頻率以步長5Hz增加。,系統(tǒng)原理分析,單片機(jī)通過P3口發(fā)出控制信息，控制DAC0832輸出 根據(jù)鍵盤掃描值判斷波形選擇按鍵是否按下，沒有按下則返回等待，繼續(xù)掃描直到有波形選擇按鍵按下。 有鍵按下，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好了的表文件控制DAC0832實(shí)現(xiàn)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)波形。,軟件設(shè)計(jì)的構(gòu)思,1 幅度控制 單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)只有0、1之分，所產(chǎn)生的信號也都是離散信號。為了能夠讓單片機(jī)輸出所需的數(shù)字信號，我們采用對信號采樣、量化的方法來實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)產(chǎn)生所需信號。在本設(shè)計(jì)中，通過反復(fù)查表來輸出幅度值，而整個(gè)信號是通過正查表和逆向查表來實(shí)現(xiàn)的。采樣的點(diǎn)越密，信號失真度也就越小。,2 頻率控制 兩次采樣點(diǎn)的輸出時(shí)間間隔是由定時(shí)、計(jì)數(shù)器來控制，因此，通過控制不同的計(jì)數(shù)初值就可以控制整個(gè)信號的頻率。,方波仿真,如圖為方波圖，當(dāng)顯示“SQU” 時(shí)將產(chǎn)生方波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表示 10ms，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為1v。,正弦波仿真,如圖為正弦波圖，當(dāng)顯示“SIN” 時(shí)將產(chǎn)生正弦波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表示 55ms，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為1v。,三角波仿真圖,如圖為三角波圖，當(dāng)顯示“STR”時(shí)將產(chǎn)生三角波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表 16.83ms，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為1 v。,方波實(shí)物結(jié)果,如圖為方波圖，當(dāng)顯示“SQU” 時(shí)將產(chǎn)生方波。幅度為5v,頻率為36Hz,正弦波實(shí)物結(jié)果,如圖為正弦波，當(dāng)顯示“SIN” 時(shí)將產(chǎn)生正弦波。幅度為5v,頻率為11Hz,三角波實(shí)物結(jié)果,如圖為三角波，當(dāng)顯示“TRI” 時(shí)將產(chǎn)生三角波。幅度為5v,頻率為101Hz,總結(jié),這個(gè)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)中涉及到一個(gè)典型的控制過程。通過單片機(jī)控制數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC0832芯片產(chǎn)生所需要的電流，然后使用運(yùn)算放大器可以將其電流輸出線性地轉(zhuǎn)換成電壓輸出，通過程序的控制，可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的波形。,此設(shè)計(jì)方案硬件雖然較為簡單，主要是由單片機(jī)跟DAC0832 等幾個(gè)芯片構(gòu)成，連線也較簡便。鍵盤電路為獨(dú)立未編碼結(jié)構(gòu)。顯示電路為液晶顯示，原理是利用液晶的物理特性，通過電