基于單片機(jī)的波形發(fā)生器文獻(xiàn)綜述姜東

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻(xiàn)綜述題 目:基于單片機(jī)的波形發(fā)生器的設(shè)計 英文題目: The Design Of Based-on Single Chip Waveform Generator系 部 : 電氣工程系_ 專 業(yè): 電子科學(xué)與技術(shù)_班 級: 08電科（1）班_ 學(xué) 號: 200831025_ 姓 名: 姜 東 東_指導(dǎo)老師: 陳 素_填表日期：2012-2-18_1、 前言部分 波形發(fā)生器是電子技術(shù)領(lǐng)域中常見的信號源之一，在測量、自動控制、通信、廣播和熱處理等許多技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。波形發(fā)生器有產(chǎn)生三種或多種波形的波形發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路。傳統(tǒng)的常用信號發(fā)生

2、器絕大部分是由模擬電路構(gòu)成的，但這種模擬信號發(fā)生器用于低頻信號輸出往往需要的RC值很大，這樣不但參數(shù)準(zhǔn)確度難以保證，并且體積和功耗都很大，并隨著計算機(jī)在社會領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)函數(shù)信號發(fā)生器日益更新，單片機(jī)能產(chǎn)生高精度 快速變換頻率 輸出波形失真小的優(yōu)先選用技術(shù)。函數(shù)信號發(fā)生是各種測試和實驗過程中不可缺少的工具，在通訊、測量、雷達(dá)、控制、教學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。不論在生產(chǎn) 科研還是教學(xué)上，信號發(fā)生器都是電子工程師信號仿真實驗的最佳工具，并且，單片機(jī)設(shè)計的信號發(fā)生器克服傳統(tǒng)方法的缺點，能輸出更好波形。本課題采用的是以89S52為核心，結(jié)合DAC0808實現(xiàn)程控

3、一般波形的低頻信號輸出，可產(chǎn)生方波、三角波、正弦波、鋸齒和脈沖波等多種波形，波形的周期可用程序改變，具有線路簡單 結(jié)構(gòu)緊湊 性能優(yōu)越等特點，并且它具有功能豐富穩(wěn)定、價格便宜、操作方便特點，具有一定的推廣作用。2、主題部分2.1波形發(fā)生器歷史發(fā)展?fàn)顩r現(xiàn)代波形技術(shù)分析隨著電子技術(shù)，尤其是軍事電子技術(shù)革新帶來的新體制武器裝備的發(fā)展與應(yīng)用，電子信號頻率上限、信號帶寬和調(diào)制帶寬不斷拓展，調(diào)制種類不斷增加，波形任意化程度加劇，頻率分辨力和捷變速度大幅提高。這一信號日益復(fù)雜化的趨勢，對作為電子測試領(lǐng)域兩大根本-信號產(chǎn)生與獲取技術(shù)，提出了新的挑戰(zhàn)。 以高速數(shù)字采樣為核心的時域測試正在成為現(xiàn)代電子測試技術(shù)的主流

4、方向，波形產(chǎn)生與獲取技術(shù)也不例外?，F(xiàn)代波形技術(shù)著眼于高速任意波形發(fā)生器、寬帶高精度數(shù)字化儀、寬帶數(shù)字存儲示波器等高性能測試儀器的技術(shù)實現(xiàn)。2.1.2國內(nèi)波形發(fā)生器的設(shè)計方案比較 方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如8038），8038可同時產(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：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難以達(dá)到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復(fù)雜。方案三：采用單片機(jī)編程的方法來實現(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

5、，而且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實現(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)定和方案二的電路復(fù)雜，頻率覆蓋系數(shù)難以達(dá)標(biāo)等缺點，所以決定采用方案三的設(shè)計方法。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬件的方法來實現(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，且價格便宜，使得硬件的開銷達(dá)到最省。2.1.3 輸出波形頻率的提高在過去，頻率極限常常使任意波形發(fā)生器限于地質(zhì)的、生物的和機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，波形可能是復(fù)雜的，但通常是低的頻率，較新的任意波形發(fā)生器已能提供M Hz

6、頻率的波形， 從而打開了諸如通訊 計算機(jī)和顯示等應(yīng)用領(lǐng)域。提高任意波形發(fā)生器輸出頻率， 需要高速的存儲器和高速的D/A轉(zhuǎn)換器。2.1.4 波形產(chǎn)生 在波形產(chǎn)生方面，由于受DAC轉(zhuǎn)換速度和固有特性限制，采用數(shù)字采樣技術(shù)產(chǎn)生波形的最高頻率和頻譜純度都較低，其應(yīng)用受到一定限制。但由于傳統(tǒng)信號產(chǎn)生方式難以窮盡測試所需的千差萬別的復(fù)雜波形，數(shù)字取樣技術(shù)在任意波形產(chǎn)生中成為不可替代的選擇，其核心是數(shù)字直接頻率合成(DDS)技術(shù)?；贒DS技術(shù)產(chǎn)生任意波形產(chǎn)生技術(shù)具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、頻率切換時保持連續(xù)等優(yōu)點，在通信、雷達(dá)及對抗等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。高性能任意波形發(fā)生器能夠生成或復(fù)現(xiàn)理想的、無失

7、真“現(xiàn)實”信號，產(chǎn)生具有噪聲和抖動、預(yù)加重、多電平、寬帶RF和快速變化等特性的信號，在設(shè)計和測試流程中至關(guān)重要。 為了在保證信號質(zhì)量的前提下降低查找表的規(guī)模，針對正弦信號的產(chǎn)生，各國學(xué)者廣泛研究了各種波形壓縮算法，如Nicholas提出的基于數(shù)字優(yōu)化的方法、CORDIC算法、泰勒級數(shù)近似、雙三角近似等。 2.2波形發(fā)生器當(dāng)前現(xiàn)狀分析2.2.1波形獲取 在波形獲取方面，數(shù)字采樣技術(shù)應(yīng)用極為廣泛，數(shù)字電壓表、數(shù)字存儲示波器(DSO)、數(shù)字化儀、波形分析儀等儀器的技術(shù)實現(xiàn)幾乎完全依賴采樣技術(shù)；而基于數(shù)字中頻技術(shù)的實時頻譜分析儀、無線通信分析儀等測試儀器中，數(shù)字取樣和實時信號處理技術(shù)已成為整個技術(shù)體系

8、中的核心。而且，隨著AD取樣速率和精度的不斷提升，以及DSP理論與技術(shù)的日益成熟，射頻微波測試儀器的實現(xiàn)技術(shù)也正從以傳統(tǒng)掃頻技術(shù)為核心向以數(shù)字取樣和實時處理技術(shù)為核心轉(zhuǎn)變，基于實時采樣的時域測試儀器，如數(shù)字示波器、高精度數(shù)字化儀等正在成為現(xiàn)代電子儀器的主流發(fā)展方向，孕育著電子儀器體系和測量方法的重要變革。 觀察電信號隨時間變化情況的示波器最初完全是模擬式儀器，模擬示波器接受模擬信號的輸入，并以模擬形式顯示信息。這種模擬示波器曾經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字示波器成為了主流。 如今示波器技術(shù)瞬息萬變，示波器的最新應(yīng)用也層出不窮。根據(jù)各個行業(yè)需求有所不同，示波

9、器也有著多種發(fā)展趨勢。2.2.2 多時域測量 在多媒體、網(wǎng)絡(luò)及機(jī)械電子等相關(guān)設(shè)備的開發(fā)中, 被測量的信號不再是簡單重復(fù)的波形, 而且常常包含著連續(xù)的信息。這種信號的實例包括光盤信號、二以及各種其他串行總線信號。多數(shù)情況下, 這些信號均屬于多時域信號。信號具有多種不同周期的成分, 具有多重時間軸。我們的儀器努力為這種多時域信號的測量與分析增加更多有效的功能。2.2.3 便攜性以往，性能高的示波器體積都很龐大，便于攜帶的示波器性能又較低，而用戶只能選擇二者之一。且通常情況下，閃速轉(zhuǎn)換器用于高速A/D轉(zhuǎn)換，但原理上要求比較器也具有同樣多的位數(shù)，這就出現(xiàn)了電路規(guī)模大，功率消耗高的缺點。A/D轉(zhuǎn)換器是決

10、定波形測量儀器的產(chǎn)品規(guī)格的重要因素，開發(fā)低功耗的高速A/D轉(zhuǎn)換器一直是人民多年來的夢想。隨著級聯(lián)式結(jié)構(gòu)的A/D轉(zhuǎn)換器的開發(fā)，夢想終于成真。2.2.4 實用性 而隨著智能化的普及，數(shù)字示波器也需要多種智能功能，比如數(shù)學(xué)函數(shù)，波形放大，滾動，數(shù)據(jù)存儲和加載功能。從這個角度來講，數(shù)字示波器還有很大的發(fā)展空間。對于前述的多時域測量，不僅提供大內(nèi)存的波形捕獲功能，而且允許用戶在不丟失整體和部分波形關(guān)系的情況下滾動顯示數(shù)據(jù)，并使?jié)L動操作和顯示更新的響應(yīng)時間盡可能短。因此，儀器的實用性也是人們始終不懈的追求。2.3波形發(fā)生器趨勢預(yù)測2.3.1 數(shù)據(jù)處理功能 而在追求波形獲取儀器的便攜性的同時，強大的數(shù)據(jù)處理

11、功能也是未來發(fā)展的一大主流趨勢。為實現(xiàn)這一功能，需要使用強大的數(shù)據(jù)處理電路，這也依靠于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步以及在結(jié)構(gòu)方面的繼續(xù)改進(jìn)。 2.3.2 任意波形發(fā)生器 波形發(fā)生器的發(fā)展趨勢是更高取樣率，更高分辨率和更大存儲量，目前實時帶寬超過1GHz的產(chǎn)品比較少，而且分辨率只有8位，不能滿足快速發(fā)展的移動通信和高速網(wǎng)絡(luò)的測量要求。與數(shù)字存儲示波器相比，任意波形發(fā)生器的全面指標(biāo)存在明顯差距，前者的取樣率達(dá)到20GS/s和帶寬6GHz，后者的取樣率是4.8GS/s和帶寬2GHz。任意波形發(fā)生器首先要趕上數(shù)字存儲示波器，然后再往前發(fā)展，因為在電路構(gòu)成方面，任意波形發(fā)生器的核心部件是高速數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，它的工藝潛

12、力還很大，顯然缺少的是市場需求。3、總結(jié)部分本論文設(shè)計是基于單片機(jī)的函數(shù)信號發(fā)生器，主要是以軟件為主，硬件為輔。能實現(xiàn)輸出正弦波 方波 三角波等波形。回顧起此次單片機(jī)的文獻(xiàn)綜述的編寫，我仍感慨頗多，從選題到定稿，從理論到實踐，在好幾個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。通過這次課程設(shè)計之后，一

13、定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。這次畢業(yè)設(shè)計的綜述終于順利完成了，感謝大家。4、參考文獻(xiàn)1 許慶山等編. 電路、信號與系統(tǒng).M 北京：航空工業(yè)出版社，2002，22-56.2 Sullvan G J. Rate-distortion optimization for video compression.J IEEE Signal Processing. Mag., 1998, 15(6): 74-903 Bentley, John P. Priniple of Measurement Systems,P Longman, London and NewYork, 20044 相迎軍,李興城,李傳軍

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