信號發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告-陳慶奇-陳玲-單美麗

1、信號發(fā)生器報(bào)告08 電科陳慶奇 陳玲 單美麗信號發(fā)生器軟件設(shè)計(jì)摘要：信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。目前使用的信號發(fā)生器大部分是函數(shù)信號發(fā)生器，且特殊波形發(fā)生器的價(jià)格昂貴。所以本設(shè)計(jì)使用的是C8051F020單片機(jī)構(gòu)成的發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形和任意波形，波形的頻率可用程序控制改變。在單片機(jī)上加外圍器件距陣式鍵盤，通過鍵盤控制波形頻率的增減以及波形的選擇，并用了LCD顯示頻率大小。在單片機(jī)的輸出端口接DAC0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，再通過運(yùn)放進(jìn)行波形調(diào)整，最后輸出波形接在示波器上顯示。由于單片機(jī)有著特殊結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的性能

2、價(jià)格比，盡可能地把應(yīng)用所需的存儲(chǔ)器,各種功能的I/O 接口集成在一塊芯片內(nèi),因而其性能很高。同時(shí)它把各種功能部件集成在一塊芯片上，因而集成度高、體積小、可靠性高。它還有控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗等特點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：信號發(fā)生器；單片機(jī)；波形調(diào)整Abstract:Signal generator is a common source.It widely used in the fields of electronic circuits, automatic control system and teaching experiment. Cur

3、rently used signal generator is mostly function signal generator, and special waveform generator of expensive. So this design used C8051F020 composed of generator, which can produce triangular, square, sine wave of arbitrary waveform and special waveform.The frequency waveforms can change control pr

4、ocedures. Adding peripheral devices in SCM matrix keyboard, through the keyboard control or frequency waveforms and waveform choice, and with LCD display to the size of the frequency. In the output port after DAC0832 chip on D/A transformation, then through the op-amp are waveform adjustment, finall

5、y the output waveform display in the oscilloscope. Due to the special structure and the chip with excellent performance to price, as possible as the application of the function of memory I/O interface integration in a chip, and its performance is very high. At the same time it took various functiona

6、l unit integrated on a single chip, and integration of high, small size, high reliability. It also has some characteristics of the strongly control function , low voltage and low power consumption. Therefor this design has some characteristics of the simply circuit , compact structure, low price and

7、 superior performance.Keywords: Signal generator, SCM, Waveform adjustment目錄目錄21系統(tǒng)設(shè)計(jì)31.1 設(shè)計(jì)要求31.1.1主要的技術(shù)指標(biāo)31.1.2實(shí)現(xiàn)功能31.2 電路設(shè)計(jì)框圖32 硬件電路設(shè)計(jì)42.1 基本原理42.1硬件設(shè)計(jì)電路圖53 軟件設(shè)計(jì)53.1流程圖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能163.1.1頻/幅增減主程序流程圖63.1.2 初始化程序流程圖63.1.3波形選擇流程圖73.1.4頻率轉(zhuǎn)換流程圖73.2流程圖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能283.2.1鍵盤輸入頻率主程序流程圖84 系統(tǒng)測試84.1測試儀器與設(shè)備84.2信號發(fā)生器性能測試85

8、結(jié)束語11參考文獻(xiàn)12附錄12附錄1電路實(shí)物圖12程序附錄1：131系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)信號發(fā)生器，使它能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波，利用按鍵進(jìn)行調(diào)頻，控制LCD的波形數(shù)據(jù)和頻率的功能。1.1.1主要的技術(shù)指標(biāo)（1） 信號輸出為正弦波、三角波、方波、波形無明顯失真（2） 輸出頻率范圍：1Hz7KHz（3） 輸出頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-3（4） 輸出電壓峰峰值： 3.04±0.04V （5） 可實(shí)現(xiàn)從鍵盤輸入一頻率值從而調(diào)整輸出信號頻率（6） 失真度，用示波器觀察時(shí)無明顯失真1.1.2實(shí)現(xiàn)功能（1）按鍵個(gè)數(shù)規(guī)定：不多于2個(gè) 顯示要求：頻率要在數(shù)碼管上同步顯示。 實(shí)現(xiàn)功能1：

9、、實(shí)現(xiàn)頻率的加調(diào)整，步進(jìn)值為1Hz。 、實(shí)現(xiàn)頻率的減調(diào)整，步進(jìn)值為1Hz。 (2) 使用鍵盤輸入頻率值和電壓幅度值。 鍵盤按鍵分布為：鍵盤值為09，D為確認(rèn)鍵和頻率轉(zhuǎn)換按鍵，A,B,C為波形轉(zhuǎn)換按鍵，一共14個(gè)按鍵。顯示要求：按鍵輸入頻率數(shù)據(jù)要在LCD上同步顯示。 實(shí)現(xiàn)功能2：輸出信號頻率調(diào)整：從鍵盤上輸入一頻率值，如120Hz，按下確認(rèn)鍵，測量輸出端信號頻率為120Hz。1.2 電路設(shè)計(jì)框圖模塊介紹：（1）波形設(shè)定：對任意波形的手動(dòng)設(shè)定（2）D/A轉(zhuǎn)換：使用C8051F020單片機(jī)內(nèi)部的DAC轉(zhuǎn)換功能（3）單片機(jī)部分：最小系統(tǒng)（4）鍵盤：用按鍵來控制輸出波形的種類和數(shù)值的輸入（5）顯示部分：

10、采用LCD顯示波形的頻率2 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 基本原理 信號發(fā)生器系統(tǒng)主要由CPU、D/A轉(zhuǎn)換電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、按鍵和顯示電路、電源等電路組成。工作原理：利用按鍵控制波形轉(zhuǎn)換，當(dāng)按下一個(gè)按鍵就會(huì)分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、三角波、正弦波；利用按鍵進(jìn)行調(diào)頻，調(diào)幅，控制LCD的波形數(shù)據(jù)和頻率，用示波器觀察輸出波形。2.1硬件設(shè)計(jì)電路圖3 軟件設(shè)計(jì) 應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求而設(shè)計(jì)的，能可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)程序流程模塊： (1)主程序流程圖；(2)初始化程序流程圖；(3)波形選擇（正弦波、三角波、方波發(fā)生程序）流程圖；(4)頻率轉(zhuǎn)換流程圖；(5)鍵盤

11、掃描及顯示程序流程圖；3.1流程圖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能13.1.1頻/幅增減主程序流程圖按鍵值#控制頻率的減小按鍵值*控制頻率的增加在LED管上顯示最終頻率結(jié)束按A、B、C選擇波形開始按鍵值#、*實(shí)現(xiàn)調(diào)頻轉(zhuǎn)換3.1.2 初始化程序流程圖 3.1.3波形選擇流程圖3.1.4頻率轉(zhuǎn)換流程圖3.2流程圖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能23.2.1鍵盤輸入頻率主程序流程圖從09中按任意鍵值作為輸入頻率按*和#分別實(shí)現(xiàn)頻率增減在LCD管上顯示頻率結(jié)束按ABC選擇波形開始按鍵值D實(shí)現(xiàn)調(diào)頻轉(zhuǎn)換4 系統(tǒng)測試4.1測試儀器與設(shè)備 數(shù)字萬用表1個(gè)、100MHz雙通道示波器1臺(tái)、直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)、計(jì)算機(jī)1臺(tái)、仿真器1臺(tái)、單片機(jī)系統(tǒng)1個(gè)。4.2

12、信號發(fā)生器性能測試4.2.1技術(shù)指標(biāo)測試測試步驟：將做好的信號發(fā)生器輸出接示波器，利用直流穩(wěn)壓電源供電，連接仿真器，啟動(dòng)51單片機(jī)程序。經(jīng)程序測試，基本上達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)，說明該系統(tǒng)的性能較好。4.2.2對實(shí)現(xiàn)功能1、2的測試及結(jié)果分析 一、測試步驟：將做好的信號發(fā)生器輸出接示波器，利用直流穩(wěn)壓電源供電，連接仿真器，啟動(dòng)51單片機(jī)程序(詳見程序附錄1)通過鍵盤上鍵值的控制實(shí)現(xiàn)波形的轉(zhuǎn)換，頻率的轉(zhuǎn)換以及增減。（1） 運(yùn)行程序，通過按鍵值A(chǔ)、B、C來實(shí)現(xiàn)方波、三角波、正弦波的轉(zhuǎn)換；1.、按下A鍵值，產(chǎn)生方波，用示波器觀察如下圖：2.、按下B鍵值，產(chǎn)生三角波，用示波器觀察如下圖：3.、按下C鍵值，產(chǎn)生

13、正弦波，用示波器觀察如下圖：（2） 運(yùn)行程序，先過按鍵值D來實(shí)現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換，再通過按鍵值為*和#分別來對頻率進(jìn)行增加和減少。1、對頻率實(shí)現(xiàn)步進(jìn)為1Hz遞增/遞減，在數(shù)碼管上顯示，并在示波器上同步顯示波形 二、結(jié)果分析：對頻率實(shí)現(xiàn)步進(jìn)為1Hz遞增/遞減，將LCD上的頻率顯示和示波器上讀出的頻率值進(jìn)行比較，LCD上分別顯示100Hz、101Hz和99Hz對應(yīng)示波器上讀出的頻率分別是100.0Hz和101.0Hz和99.7Hz, 誤差分別是0Hz、0Hz和0.7Hz,經(jīng)過誤差分析和比較，發(fā)現(xiàn)誤差很小，LCD和示波器上顯示的頻率基本一致。4.2.3對實(shí)現(xiàn)功能2測試及結(jié)果分析一、測試步驟：將做好的信號發(fā)

14、生器輸出接示波器，利用直流穩(wěn)壓電源供電，連接仿真器，啟動(dòng)51單片機(jī)程序(詳見程序附錄1。（1） 運(yùn)行程序，通過鍵盤上09鍵值的輸入，經(jīng)確認(rèn)鍵后（按鍵值為D）LCD上顯示頻率；（2） 運(yùn)行程序，通過按鍵值A(chǔ)、B、C來實(shí)現(xiàn)波形的轉(zhuǎn)換；（3） 運(yùn)行程序，先過按鍵值D來實(shí)現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換，再通過按鍵值為*和#分別來對頻率進(jìn)行增加和減少。 二、結(jié)果分析：通過鍵盤上09鍵值的輸入，經(jīng)確認(rèn)鍵后（按鍵值為D）LCD上顯示頻率；從鍵盤輸入450Hz，D鍵確認(rèn)后，LCD的 57位上顯示頻率值為450Hz,，經(jīng)D鍵確認(rèn)后，頻率與示波器上顯示的頻率值相吻合。5結(jié)束語 通過此次實(shí)驗(yàn)對于軟件和硬件方面的調(diào)試能力有所提高。 在

15、軟件編程方面，對于單片機(jī)中的一些芯片的接口的定義和調(diào)用接口的數(shù)據(jù)。根據(jù)單片機(jī)編程需要對硬件的一些指標(biāo)有所了解。這次練習(xí)我們溫故了大一時(shí)學(xué)的C語言，在程序里用到了很多if，for，switch等語句。在軟件的編程調(diào)試時(shí)我們用到了軟仿和硬仿，一開始用軟仿，很快就完成了，但是一旦使用硬仿就出現(xiàn)了問題，所以我們了解了軟仿的不足，之后我們的調(diào)試一直是使用硬仿。解決了這個(gè)問題后我們遇到了一個(gè)令人匪夷所思的問題，就是如果我們使用12分頻，理論的頻率與實(shí)際頻率相符合，但一旦不使用12分頻理論的頻率與實(shí)際頻率就不相符合。經(jīng)過老師和我們的相互努力終于發(fā)現(xiàn)了問題所在即定時(shí)器溢出時(shí)間 > DAC0輸出穩(wěn)定時(shí)間

16、+ 中斷函數(shù)執(zhí)行時(shí)間，針對這個(gè)問題我們對程序大范圍的改變終于有所提高。在調(diào)試時(shí)我們發(fā)現(xiàn)了頻率不是很精確，所以我們對程序做了突破性的改變，就是三個(gè)程序我們都運(yùn)用查表，并且把三個(gè)表放在了一個(gè)二維表里。在調(diào)試時(shí)我們發(fā)現(xiàn)了頻率的可調(diào)范圍有局限性，不能調(diào)到很小，最小就是幾十，所以在老師的建議下，我們采用了DDS。DDS原理就是同一個(gè)數(shù)據(jù)多次輸出，從而擴(kuò)大周期，最終到達(dá)減小頻率的的目的。在硬件方面，對于直流穩(wěn)壓電源示波器的操作能力也有所提高。對于示波器的調(diào)試，我們以前是很欠缺的，這次通過老師的指導(dǎo)和團(tuán)隊(duì)的合作，對于示波器的調(diào)試有了一定的了解，收獲甚大。這短短幾天實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)目前所做的效率顯然高于之前的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，原因很多，一是因?yàn)闆]有其他旁事，這樣會(huì)更專注。二是學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)習(xí)氛圍很濃厚，每天都是12小