基于單片機(jī)正弦波信號發(fā)生器

1、 目錄目錄1一、設(shè)計要求2二、設(shè)計方案與論證2三、設(shè)計原理及電路圖（設(shè)計原理及流程圖）3四、元器件清單6五、元器件識別與檢測6六、硬件制作與調(diào)試（軟件編程與調(diào)試 10七、設(shè)計心得 14八、參考文獻(xiàn) 15一、 設(shè)計要求本文介紹一種由直接數(shù)字頻率合成芯片ad9835設(shè)計的正弦信號發(fā)生器，該芯片支持高達(dá)50mhz的時鐘頻率，可以產(chǎn)生最高達(dá)25mhz 的正弦波形。通過單片機(jī)控制完全可以滿足設(shè)計所要求的正弦波信號的生成。本次設(shè)計的基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計就是一個單片機(jī)控制系統(tǒng)，對信號發(fā)生芯片進(jìn)行的控制。通過單片機(jī)對信號發(fā)生芯片經(jīng)行精密控制，實現(xiàn)對波形的頻率和幅度的控制。這些控制可以通過鍵盤設(shè)定，這就要

2、求對選擇的信號發(fā)生芯片，選用的單片機(jī)有初步的了解，并對整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有個合理的分配。二、 設(shè)計方案與論證方案一：直接利用單單片機(jī)編程產(chǎn)生正弦波優(yōu)點(diǎn)：簡化了產(chǎn)生正弦波的硬件和軟件，電路結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)：編程復(fù)雜，波形失真較大，不能達(dá)到要求輸出的高頻信號。方案二：利用單片機(jī)控制直接數(shù)字頻率合成芯片dds產(chǎn)生的正弦波，通過單片機(jī)，鍵盤led數(shù)碼顯示管顯示實現(xiàn)波形的數(shù)字控制。優(yōu)點(diǎn)：控制簡單，波形效果好，頻率帶寬。缺點(diǎn)：硬件電路復(fù)雜。為了滿足設(shè)計要求，取得較好的效果，顯然方案二更為合理。三、 設(shè)計原理及電路圖3.1 dds的基本原理 dds的基本原理是:在高速存儲器中放入正弦函數(shù)相位數(shù)據(jù)表格，經(jīng)過查表操作

3、將讀出的數(shù)據(jù)送到高速dac產(chǎn)生正弦波。可編程dds系統(tǒng)原理如圖所示：圖1 dds的基本原理圖圖2 總體設(shè)計原理圖3.2 ad9835芯片主要技術(shù)指標(biāo)如下：頻率范圍： 0.1hz-10mhz頻率分辨率：0.1hz頻率穩(wěn)定度：1*107輸出幅度：0-10v可調(diào)ad9835的相位累加器為32位，取其高十二位為讀取余弦波形存儲器的地址。每一次，時鐘使相位累加器的輸出也即余弦rom尋址地址遞增頻率設(shè)定數(shù)據(jù)k,對應(yīng)的波形相位變化為p=2n *k/232因此，改變相位累加器設(shè)定值k，就可以改變相位值p，從而改變合成信號頻率f。計算公式：f=k*fmc/232。式中fmc=50mhz，用高穩(wěn)定度晶體振蕩器獲得

4、。1k231。最低頻率為fmin= fmc/232,根據(jù)采樣定律，重建信號頻率最高可達(dá)fmc/2，飯通常取最高頻率為fmax= fmc/3。ad9835封裝圖如下： 圖33.3信號發(fā)生電路圖43.4 顯示電路顯示電路選用led數(shù)碼管作為顯示器件，且采用動態(tài)顯示方式。 圖5 led顯示電路四、 元器件清單 元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注r118w碳膜電阻3601r218w碳膜電阻3.9k1c1、c2電容器100uf2c3、c4電容器0.1 uf2c5、c6電容器0.01uf2ad9835芯片1crystal晶振25mhz1at89ls51芯片1五、 元器件識別與檢測路設(shè)計與實現(xiàn)過程中難免要對一些電

5、子器件進(jìn)行識別及檢測。尤其是電阻、電容、電感及二極管和三極管在電子電路是非常常見的，所以對這些元器件進(jìn)行細(xì)致的識別和檢測具有重大意義！1、 電阻器 普通電阻一般用四色環(huán)來表示電阻器的阻值和誤差，靠近電阻器端頭的為第一條色環(huán)，其余依次為第二、第三、第四條色環(huán)。第一條色環(huán)表示第一位數(shù)，第二條色環(huán)表示第二條數(shù)。先熟記第一、二環(huán)每種顏色所代表的數(shù)?？蛇@樣記憶： 棕=1 ，紅=2， 橙=3， 黃=4， 綠=5， 藍(lán)=6， 紫=7， 灰=8， 白=9， 黑=0。第三條色環(huán)表示倍乘，即表式有效數(shù)字后應(yīng)加0的個數(shù)。 棕=1 ，紅=2， 橙=3， 黃=4， 綠=5， 藍(lán)=6， 紫=7， 灰=8， 白=9， 黑=

6、0，金表示有效數(shù)字后乘以0.1，銀表示有效數(shù)字后乘以0.01。第四條色環(huán)表示誤差范圍。金:5%、銀：10%、無色：20%精密電阻器一般用五條色環(huán)表示，器前三色環(huán)表示有效數(shù)字，第四色環(huán)表示倍乘，最后一色環(huán)表示誤差，表示誤差的色環(huán)除金、銀、無色之外還有棕（1%）、紅（2%）、綠（0.5）、藍(lán)（0.25%)、紫（0.1%）。對于電阻值的大小可以通過電壓表的歐姆當(dāng)進(jìn)行測量。由上便可分辨并檢測我們常見的色環(huán)電阻。2、 電容器 在各種電子設(shè)備中，調(diào)諧、耦合、濾波、去耦、隔斷直流電、旁路交流電等，都需要用到電容器。電容容量的基本單位是“法拉”（ f ）,1法拉的 1/1000000 （百萬分之一）是1微法（

7、 f ）,1微法的 1/1000000 是 1pf （ 1微微法,或1皮法 ）。它們之間的關(guān)系是百萬（或稱 10 的 6 次方）進(jìn)位關(guān)系。我們常用的電容有： 電介電容：多數(shù)在 1 f 以上,直接用數(shù)字表示。如： 4.7 f 、 100 f 、 220 f 等等。這種電容的兩極有正負(fù)之分,長腳是正極。 瓷片電容：多數(shù)在 1 f 以下,直接用數(shù)字表示。如： 10 、 22 、 0.047 、 0.1 等等,這里要注意的是單位。凡用整數(shù)表示的,單位默認(rèn) pf ;凡用小數(shù)表示的,單位默認(rèn) f 。如以上例子中,分別是 10p 、 22p 、 0.047 f 、 220 f 等。電容的標(biāo)志方法：（1） 直

8、標(biāo)法：用字母和數(shù)字把型號、規(guī)格直接標(biāo)在外殼上。（2） 文字符號法：用數(shù)字、文字符號有規(guī)律的組合來表示容量。文字符號表示其電容量的單位：p、n、u、m、f等。和電阻的表示方法相同。標(biāo)稱允許偏差也和電阻的表示方法相同。小于10pf的電容，其允許偏差用字母代替：b0.1pf，c0.2pf，d0.5pf，f1pf。（3） 色標(biāo)法：和電阻的表示方法相同，單位一般為pf。小型電解電容器的耐壓也有用色標(biāo)法的，位置靠近正極引出線的根部，所表示的意義如下表所示：顏色 黑 棕 紅 橙 黃 綠 藍(lán) 紫 灰耐壓 4v 6.3v 10v 16v 25v 32v 40v 50v 63v 在對電容器的測量中可以通過電壓表的

9、測電容當(dāng)對其量值進(jìn)行測量。3、電感器電感器的種類：電感器的種類很多，而且分類方法也不一樣。通常按電感器的形式分有固定電感器、可變電感器、微調(diào)電感器。按磁體的性質(zhì)分，有空心線圈、磁芯線圈。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分有單層線圈、多層線圈、蜂房線圈等。各種電感線圈都具有不同的特點(diǎn)和用途。但它們都是用漆包線、紗包線、鍍銀裸銅線，繞在絕緣骨架上、鐵芯或磁芯上構(gòu)成，而且每圈與每圈之間要彼此絕緣。為適應(yīng)各種用途的需要，電感線圈做成各式各樣的形狀。電感器的主要參數(shù)：（1）電感量，電感量的單位為亨利，簡稱亨，用h表示，毫亨用mh表示；微亨用h表示。（1h=103mh=106h）電感量的大小與線圈的圈數(shù)、線圈的直徑、線圈內(nèi)部是

10、否有鐵芯或磁芯、線圈的繞制方式有關(guān)系，圈數(shù)越多，電感量越大；線圈內(nèi)有鐵芯、磁芯的要比同樣的空心線圈的電感量大得多。（2）品質(zhì)因數(shù)(q值)，品質(zhì)因數(shù)是電感線圈的一個主要參數(shù)，它反映了線圈質(zhì)量的高低。通常也稱為q值。q值與構(gòu)成線圈的導(dǎo)線粗細(xì)、繞法、單股線還是多股線有關(guān)。如果線圈的損耗小，q值就高。反之，損耗大，則q值就小。（3）分布電容，由于線圈每兩圈(或每兩層)導(dǎo)線可以看成是電容器的兩塊金屬片，導(dǎo)線之間的絕緣材料相當(dāng)于絕緣介質(zhì)，即相當(dāng)于一個很小的電容，這一電容稱為線圈的分布電容。由于分布電容的存在，將使線圈的品質(zhì)因數(shù)q值下降，為此將導(dǎo)線用多股線或線圈繞成蜂房式。對天線線圈則采用間繞法，以減少分布

11、電容。在電感線圈的測量中，用萬用表的歐姆檔r10或r1檔，測量電感器的阻值，若為無窮大，表明電感器斷路；若電阻很小，表明電感器正常。4、二極管根據(jù)二極管正向電阻小，反向電阻大的特點(diǎn)可判別二極管的極性。關(guān)鍵是搞清所用萬用表兩表筆對應(yīng)的電池電壓極性是什么。若使用的是指針式萬用表，則黑表筆(插入表上的“”孔中)接的是表內(nèi)電池的正極，紅表筆(插入“”孔中)是負(fù)極。若使用的是數(shù)字萬用表則相反，紅表筆(插入v.孔)是正極，黑表筆(插入c0m孔)是負(fù)極。但其數(shù)字萬用表的電阻檔不能用來測量二極管，而要用二極管檔。（1） 用指針式萬用表測試二極管的方法有：普通二極管的測試。用萬用表的紅表筆接二極管的陰極，黑表筆

12、接二極管的陽極，測得是正向電阻，將紅黑表筆對調(diào)，測得是反向電阻。對于鍺小功率二極管，正向電阻一般在1001000之間；對于硅管，一般在幾百到幾千之間。反向電阻，無論是硅管還是鍺管，一般都在幾百千歐姆以上，且硅管比鍺管大。由于二極管是非線性元件，用不同倍率的歐姆檔或不同靈敏度的萬用表測量時，所得到的數(shù)據(jù)是不同的，但正、反向電阻相差幾百倍的規(guī)律不變。測量時，要根據(jù)二極管的功率大小和種類，選擇不同倍率的歐姆檔。小功率二極管一般用r100或r1k檔，中、大功率二極管一般用r1或r10檔。發(fā)光二極管的測試。發(fā)光二極管可用萬用表r10k檔測量其正、反向電阻，當(dāng)正向電阻小于50k，反向電阻大于200k時均為

13、正常，如正、反向電阻均為無窮大，說明此管已損壞。普通二極管的極性判別。用萬用表的電阻檔，r1k或r100檔測二極管的電阻值。如果阻值較小，表明為正向電阻，此時黑表筆所接觸的一端為二極管的陽極，紅表筆所接觸的為二極管的陰極。如所測的阻值很大，表明為反向電阻值，此時黑表筆所接觸的一端為二極管的陰極，紅表筆所接觸的為二極管的陽極。（2） 用數(shù)字式萬用表測量二極管有：極性判別。將數(shù)字萬用表置于二極管檔紅表筆插入“v.”插孔，黑表筆插入“com”插孔，這時紅表筆接內(nèi)電源正極，黑表筆接內(nèi)電源負(fù)極。將兩支表筆分別接觸二極管的兩個電極，如果顯示溢出符號“1”，說明二極管處于截止?fàn)顟B(tài)；如果顯示在1v以下，說明二

14、極管處于正向?qū)顟B(tài)，此時紅表筆所接的是管子的正極，黑表筆所接的是管子的負(fù)極。好壞的判別。將數(shù)字萬用表置于二極管檔，紅表筆插入“v.”插孔，黑表筆插入“com”插孔。當(dāng)紅表筆接二極管的正極，黑表筆接二極管的負(fù)極時，顯示值在1v以下；當(dāng)紅表筆接二極管的負(fù)極，黑表筆接二極管的時正極，顯示溢出符號“1”說明被測二極管正常。若兩次測量均顯示溢出，表明二極管內(nèi)部斷路。若兩次測量均顯示“000”，表明二極管已擊穿短路。5、三極管晶體三極管是應(yīng)用最廣的電子器件之一，由于它有兩種載流子參與導(dǎo)電，所以又稱為雙極型三極管。它有兩個pn結(jié)，按pn結(jié)的不同構(gòu)成，可分為npn和pnp兩大類型。如按結(jié)構(gòu)劃分，有點(diǎn)接觸型和

15、面接觸型；按材料分有硅管和鍺管；按工作頻率分有高頻管和低頻管；按功率分有大功率管、中功率管、小功率管。由于三極管種類多，參數(shù)特性不一，因此在使用時務(wù)必分清，不能馬虎。三級管的判別與檢測。（1）型號及外觀的一般識別：國產(chǎn)三極管型號命名通常有五個部分，第一部分是“3”，代表三極管，第二部分通常是a、b、c、d等字母，表示材料和特性，由此便可知此管是硅管還是鍺管，是pnp型還是npn型，從外形上看，金屬圓形封裝的管子，其管帽較長的幾乎都是鍺管，在鍺管中，又幾乎是pnp管居多；其管帽較短的幾乎都是硅管，且npn管居多。（2）用萬用表檢測出三極管的型號和管腳。雙極型三極管的測試及性能判斷時，要準(zhǔn)確地了解

16、三極管的參數(shù)，需用專門的測量儀器進(jìn)行測試，如jt-1晶體管特性圖示儀。當(dāng)不具備這樣的條件時，用萬用表也可以粗略判斷晶體管性能的好壞。判別三極管的管腳位置，可用萬用表的歐姆檔測其阻值加以判別。在三極管極間電阻的測量中，通過測量三極管極間電阻的大小，可判斷管子質(zhì)量的好壞，也可看出三極管內(nèi)部是否有短路、斷路等損壞情況。在測量三極管極間電阻時，要注意量程的選擇，否則將產(chǎn)生誤判或損壞三極管。測小功率管時，應(yīng)當(dāng)用r1k或r100k檔，不能用r1或r10k檔，因為前者電流較大，后者電壓較高，都可能造成三極管的損壞。但在測量大功率鍺管時，則要用r1或r10檔。因它的正、反向電阻較小，用其它檔位容易發(fā)生誤判。對

17、于質(zhì)量良好的中、小功率三極管，基極與集電極、基極與發(fā)射極正向電阻一般為幾百歐姆到幾千歐姆，其余的極間電阻都很高，約為幾百千歐姆。硅材料的三極管要比鍺材料的三極管的極間電阻高。當(dāng)測得正向電阻近似于無窮大時，表明管子內(nèi)部斷路。測得反向電阻很小或為零時，說明管子已擊穿或短路。 三極管穿透電流的測量。對于pnp管，紅筆接集電極，黑表筆接發(fā)射極，用r1k檔測得阻值應(yīng)在50以上。此值越大，說明管子的穿透電流越小，管子的性能優(yōu)良，若阻值小于25k，說明管子的穿透電流大，工作不穩(wěn)定并有很大噪聲，不宜選用。對于npn管，應(yīng)將表筆對調(diào)測試其電阻值，阻值應(yīng)比pnp管大很多，一般應(yīng)在幾百千歐姆左右。由此，我們便可對三

18、極管的主要參數(shù)進(jìn)行測量了。六、 硬件制作與調(diào)試（軟件編程與調(diào)試）軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。proteus軟件可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實時采用諸如led/lcd、鍵盤、rs232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進(jìn)行交互仿真。proteus支持的微處理芯片包括8051系列、avr系列、pic系列、hc11系列及z80等等。proteus可以完成單片機(jī)系統(tǒng)原理圖電路繪制、pcb設(shè)計，更為顯著點(diǎn)的特點(diǎn)是可以與u visions3 ide工具軟件結(jié)合進(jìn)行編程仿真調(diào)試。本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是proteus軟件，而程序方面，采用的是c語言，用keil軟件將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)函數(shù)如下：七設(shè)計心得基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表使用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、外接元件少。在實際應(yīng)用工作應(yīng)能好，測量電壓準(zhǔn)確，精度高。系統(tǒng)功能、指標(biāo)達(dá)到了課題的預(yù)期要求、系統(tǒng)在硬件設(shè)計上充分考慮了可擴(kuò)展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設(shè)計主要實現(xiàn)了簡易數(shù)字電壓表測量一路電壓的功能，詳細(xì)說明了從原理圖的設(shè)計、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。通過本次設(shè)計，我對單片機(jī)這門課有了進(jìn)一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方