信號發(fā)生器設計報告-陳慶奇-陳玲-單美麗

1、信號發(fā)生器報告08 電科陳慶奇 陳玲 單美麗信號發(fā)生器軟件設計摘要：信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。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)生器的價格昂貴。所以本設計使用的是C8051F020單片機構成的發(fā)生器，可產生三角波、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。在單片機的輸出端口接DAC0832進行D/A轉換，再通過運放進行波形調整，最后輸出波形接在示波器上顯示。由于單片機有著特殊結構，具有優(yōu)異的性能

2、價格比，盡可能地把應用所需的存儲器,各種功能的I/O 接口集成在一塊芯片內,因而其性能很高。同時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、低電壓、低功耗等特點。因此本設計具有線路簡單、結構緊湊、價格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點。關鍵詞：信號發(fā)生器；單片機；波形調整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)設計31.1 設計要求31.1.1主要的技術指標31.1.2實現(xiàn)功能31.2 電路設計框圖32 硬件電路設計42.1 基本原理42.1硬件設計電路圖53 軟件設計53.1流程圖設計實現(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頻率轉換流程圖73.2流程圖設計實現(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測試儀器與設備84.2信號發(fā)生器性能測試85

8、結束語11參考文獻12附錄12附錄1電路實物圖12程序附錄1：131系統(tǒng)設計1.1 設計要求 設計一個信號發(fā)生器，使它能夠產生正弦波、方波、三角波，利用按鍵進行調頻，控制LCD的波形數(shù)據(jù)和頻率的功能。1.1.1主要的技術指標（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） 可實現(xiàn)從鍵盤輸入一頻率值從而調整輸出信號頻率（6） 失真度，用示波器觀察時無明顯失真1.1.2實現(xiàn)功能（1）按鍵個數(shù)規(guī)定：不多于2個 顯示要求：頻率要在數(shù)碼管上同步顯示。 實現(xiàn)功能1：

9、、實現(xiàn)頻率的加調整，步進值為1Hz。 、實現(xiàn)頻率的減調整，步進值為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為確認鍵和頻率轉換按鍵，A,B,C為波形轉換按鍵，一共14個按鍵。顯示要求：按鍵輸入頻率數(shù)據(jù)要在LCD上同步顯示。 實現(xiàn)功能2：輸出信號頻率調整：從鍵盤上輸入一頻率值，如120Hz，按下確認鍵，測量輸出端信號頻率為120Hz。1.2 電路設計框圖模塊介紹：（1）波形設定：對任意波形的手動設定（2）D/A轉換：使用C8051F020單片機內部的DAC轉換功能（3）單片機部分：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 硬件電路設計2.1 基本原理 信號發(fā)生器系統(tǒng)主要由CPU、D/A轉換電路、電流/電壓轉換電路、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換，當按下一個按鍵就會分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、三角波、正弦波；利用按鍵進行調頻，調幅，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硬件設計電路圖3 軟件設計 應用系統(tǒng)中的應用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求而設計的，能可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。本系統(tǒng)的軟件設計包括以下幾個程序流程模塊： (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)頻率轉換流程圖；(5)鍵盤

11、掃描及顯示程序流程圖；3.1流程圖設計實現(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束按A、B、C選擇波形開始按鍵值#、*實現(xiàn)調頻轉換3.1.2 初始化程序流程圖 3.1.3波形選擇流程圖3.1.4頻率轉換流程圖3.2流程圖設計實現(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#分別實現(xiàn)頻率增減在LCD管上顯示頻率結束按ABC選擇波形開始按鍵值D實現(xiàn)調頻轉換4 系統(tǒng)測試4.1測試儀器與設備 數(shù)字萬用表1個、100MHz雙通道示波器1臺、直流穩(wěn)壓電源1臺、計算機1臺、仿真器1臺、單片機系統(tǒng)1個。4.2

12、信號發(fā)生器性能測試4.2.1技術指標測試測試步驟：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51單片機程序。經(jīng)程序測試，基本上達到了技術指標，說明該系統(tǒng)的性能較好。4.2.2對實現(xiàn)功能1、2的測試及結果分析 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51單片機程序(詳見程序附錄1)通過鍵盤上鍵值的控制實現(xiàn)波形的轉換，頻率的轉換以及增減。（1） 運行程序，通過按鍵值A、B、C來實現(xiàn)方波、三角波、正弦波的轉換；1.、按下A鍵值，產生方波，用示波器觀察如下圖：2.、按下B鍵值，產生三角波，用示波器觀察如下圖：3.、按下C鍵值，產生

13、正弦波，用示波器觀察如下圖：（2） 運行程序，先過按鍵值D來實現(xiàn)頻率的轉換，再通過按鍵值為*和#分別來對頻率進行增加和減少。1、對頻率實現(xiàn)步進為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、結果分析：對頻率實現(xiàn)步進為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行比較，LCD上分別顯示100Hz、101Hz和99Hz對應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對實現(xiàn)功能2測試及結果分析一、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51單片機程序(詳見程序附錄1。（1） 運行程序，通過鍵盤上09鍵值的輸入，經(jīng)確認鍵后（按鍵值為D）LCD上顯示頻率；（2） 運行程序，通過按鍵值A、B、C來實現(xiàn)波形的轉換；（3） 運行程序，先過按鍵值D來實現(xiàn)頻率的轉換，再通過按鍵值為*和#分別來對頻率進行增加和減少。 二、結果分析：通過鍵盤上09鍵值的輸入，經(jīng)確認鍵后（按鍵值為D）LCD上顯示頻率；從鍵盤輸入450Hz，D鍵確認后，LCD的 57位上顯示頻率值為450Hz,，經(jīng)D鍵確認后，頻率與示波器上顯示的頻率值相吻合。5結束語 通過此次實驗對于軟件和硬件方面的調試能力有所提高。 在

15、軟件編程方面，對于單片機中的一些芯片的接口的定義和調用接口的數(shù)據(jù)。根據(jù)單片機編程需要對硬件的一些指標有所了解。這次練習我們溫故了大一時學的C語言，在程序里用到了很多if，for，switch等語句。在軟件的編程調試時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，之后我們的調試一直是使用硬仿。解決了這個問題后我們遇到了一個令人匪夷所思的問題，就是如果我們使用12分頻，理論的頻率與實際頻率相符合，但一旦不使用12分頻理論的頻率與實際頻率就不相符合。經(jīng)過老師和我們的相互努力終于發(fā)現(xiàn)了問題所在即定時器溢出時間 > DAC0輸出穩(wěn)定時間

16、+ 中斷函數(shù)執(zhí)行時間，針對這個問題我們對程序大范圍的改變終于有所提高。在調試時我們發(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，就是三個程序我們都運用查表，并且把三個表放在了一個二維表里。在調試時我們發(fā)現(xiàn)了頻率的可調范圍有局限性，不能調到很小，最小就是幾十，所以在老師的建議下，我們采用了DDS。DDS原理就是同一個數(shù)據(jù)多次輸出，從而擴大周期，最終到達減小頻率的的目的。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。對于示波器的調試，我們以前是很欠缺的，這次通過老師的指導和團隊的合作，對于示波器的調試有了一定的了解，收獲甚大。這短短幾天實驗中發(fā)現(xiàn)目前所做的效率顯然高于之前的每一個實驗，原因很多，一是因為沒有其他旁事，這樣會更專注。二是學習氛圍，學習氛圍很濃厚，每天都是12小