開題報告(簡易多功能信號發(fā)生器)

棗莊學院本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告（20**屆）簡易多功能信號發(fā)生器的電路設計姓名：***學號：20080613****專業(yè)：過程裝備與控制工程班級：2008級本科（*）班學院：機電工程學院指導老師：**20**年2月25日研究的目的與意義信號發(fā)生器作為科學實驗必不可少的裝置，被廣泛地應用到教學、科研等各個領域。高等學校特別是理工科的教學、科研需要大量的儀器設備，例如信號源、示波器等，常用儀器都必須配置多套，但是有些儀器設備價格昂貴，如果按照傳統(tǒng)模式新建或者改造實驗室投資巨大，造成許多學校儀器設備缺乏或過時陳舊，嚴重影響教學科研。如果運用虛擬儀器技術構建系統(tǒng)，代替常規(guī)儀器、儀表，不但可以滿足實驗教學的需要、節(jié)約大量的經(jīng)費、降低實驗室建設的成本，而且能夠提高教學科研的質(zhì)量與效率。目前我國經(jīng)濟開始進入一個新的發(fā)展時期，經(jīng)濟的快速發(fā)展將加快企業(yè)的技術改造步伐，各行業(yè)特別是電子、通信行業(yè)對先進任意波發(fā)生器的需求更加強勁。高檔臺式儀器加工工藝復雜，對制造水平要求高，生產(chǎn)突破有困難，而采用虛擬技術后，就可通過只采購適合自己應用情況的通用儀器硬件，依靠虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，設計出所需的高性能價格比的儀器系統(tǒng)。虛擬儀器是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶自己設計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器是以計算機為基礎，配以相應測試功能的硬件作為信號輸入輸出的接口，利用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺在計算機的屏幕上虛擬出儀器的面板，人們通過鼠標或鍵盤操作虛擬儀器面板上的旋鈕、開關和按鍵，去選用儀器功能，設置各種工作參數(shù)，啟動或停止一臺儀器的工作。它能夠實現(xiàn)普通儀器的全部功能，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等，也能夠實現(xiàn)一些在普通儀器上無法實現(xiàn)的功能。這種方式不但讓用戶享用到通用PC機不斷升級的性能，還可體會到完全自定義的測量系統(tǒng)功能的靈活性，最終構建起滿足特定需求的系統(tǒng)。虛擬儀器是測試技術與計算機深層次結合的產(chǎn)物，其實質(zhì)是利用最新的計算機技術來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器應用軟件是整個系統(tǒng)的關鍵。因此，從某種意義上可以說：軟件就是儀器。與傳統(tǒng)的儀器相比，虛擬儀器更通用、更靈活、更經(jīng)濟，而且更能適應當代科學技術對測量儀器不斷提出的更新、擴展功能和性能的要求。國內(nèi)外的研究狀況波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實驗用信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設計應用中必不可少的儀器設備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。信號發(fā)生器作為一種常見的應用電子儀器設備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一，不用依靠單片機。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復雜和體積大等缺點。在科學研究和生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學，地震模擬機械振動等領域常常要用到低頻信號源。而由硬件電路構成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所需的RC很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是其致命的弱點。一旦工作需求功能有增加，則電路復雜程度會大大增加。波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標準信號和用戶定義信號，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復性和易操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點，不僅可以模擬各種復雜信號，還可對頻率、幅值、相移、波形進行動態(tài)、及時的控制，并能夠與其它儀器進行通訊，組成自動測試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動控制系統(tǒng)、震動激勵、通訊和儀器儀表領域。在70年代前，信號發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標準波形，產(chǎn)生其它波形時，需要采用較復雜的電路和機電結合的方法。這個時期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術，而且模擬器件構成的電路存在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點，并且要產(chǎn)生較為復雜的信號波形，則電路結構非常復雜。同時，主要表現(xiàn)為兩個突出問題，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。在70年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、A/D/和D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴大，產(chǎn)生更加復雜的波形。這時期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實質(zhì)是采用微處理器對DAC的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。90年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價格的函數(shù)發(fā)生器、但是HP公司推出了型號為HP770S的信號模擬裝置系統(tǒng)，它由HP8770A任意波形數(shù)字化和HP1776A波形發(fā)生軟件組成。HP8770A實際上也只能產(chǎn)生8中波形，而且價格昂貴。不久以后，Analogic公司推出了型號為Data-2020的多波形合成器，Lecroy公司生產(chǎn)的型號為9100的任意波形發(fā)生器等。而近幾年來，國際上波形發(fā)生器技術發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）過去由于頻率很低應用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應用于越來越廣的領域。波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得更加方便和容易。波形發(fā)生器通常允許用一系列的點、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲器。同時可以利用一種強有力的數(shù)學方程輸入方式，復雜的波形可以由幾個比較簡單的公式復合成v=f(t)形式的波形方程的數(shù)學表達式產(chǎn)生。目前可以利用可視化編程語言(如VisualBasic,VisualC等等)編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許從計算機顯示屏上輸入任意波形，來實現(xiàn)波形的輸入。波形發(fā)生器由獨立的臺式儀器和適用于個人計算機的插卡以及新近開發(fā)的VXI模塊。由于VXI總線的逐漸成熟和對測量儀器的高要求，在很多領域需要使用VXI系統(tǒng)測量產(chǎn)生復雜的波形，VXI的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性，但由于開發(fā)VXI模塊的周期長，而且需要專門的VXI機箱的配套使用，使得波形發(fā)生器VXI模塊僅限于航空、軍事及國防等大型領域。在民用方面，VXI模塊遠遠不如臺式儀器更為方便。隨著信息技術蓬勃發(fā)展，臺式儀器在走了一段下坡路之后，又重新繁榮起來。不過現(xiàn)在新的臺式儀器的形態(tài)，和幾年前的己有很大的不同。這些新一代臺式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。而且外形尺寸與價格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。設計方案與預期目標該系統(tǒng)采用單片機作為人機接口。單片機讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù)以及控制數(shù)碼管的顯示。用戶通過鍵盤輸入希望得到的信號頻率、幅度、以及波形種類。單片機獲得這些數(shù)據(jù)后計算出控制字寫入FPGA模塊。通過接收單片機發(fā)出的選擇，接口模塊將頻率控制字，波形控制字和幅度控制字分別傳送給相位累加器、波形存儲器和DAC控制模塊。每次系統(tǒng)時鐘到來時，相位累加器就增加一個頻率控制字長度的相位增量，當相位累加器累加滿量時就會產(chǎn)生一次溢出，完成一個周期性的動作。同時累加器輸出作為對波形存儲器尋址的低位地址，而波形控制字直接作為高位地址。波形存儲器輸出相應的地址中存儲的波形數(shù)據(jù)。幅度控制字和波形數(shù)據(jù)輸出傳送給DAC控制模塊，該模塊輸出幅度控制字或者波形數(shù)據(jù)給TLC7528。再經(jīng)過低通濾波處理及功率放大即可得到模擬的波形。所需設備和儀器1）8位LED數(shù)碼管2）ZLG7289鍵盤顯示芯片3）4x4鍵盤輸入4）AT89C51單片機5）波形存儲器ROM6）TLC7528數(shù)模轉換芯片7）RC低通濾波器8）功率放大芯片TDA2030A五、課題進度計劃1、3-5周：熟悉設計任務，查閱相關資料文獻，制定設計方案做出開題報告2、5-7周：審核開題報告和設計方案3、7-11周：設計原理電路，繪制電路圖，并進行仿真調(diào)試4、11-13周；完成論文，交由指導老師審核5、13-15周：修改論文6、15-17周：整理并制作課件，做論文答辯六、參考文獻李萍.AT89S51單片機原理、開發(fā)與應用實例.中國電力出版社,2008李榮正等.PIC單片機原理及應用（第三版）.北京航空航天大學出版社，2006林伸茂.8051單片機徹底研究實習篇.中國電力出版社，2007李建忠.單片機原理及應用.西安電子科技大學出版社，2008徐陽，鐘寶榮.基于單片機的低頻信號發(fā)生器設計.長江大學學報，2008王瑋.51單片機與PC機串行通信接口的設計.硅谷，2009朱清慧.Proteus：電子技術虛擬實驗室.中國水利水電出版社，2010樓然苗,胡佳文,李光飛.單片機實驗與課程設計:Proteus仿真版.浙江大學出版社,2010周潤景,張麗娜,劉映群.PROTEUS入門實用教程.機械工業(yè)出版社，2007袁濤.單片機C高級語言程序設計及其應用.北京航空航天