馬琳-基于單片機(jī)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器論文答辯PPT

1、研究目的及意義研究目的及意義課題研究?jī)?nèi)容課題研究?jī)?nèi)容研究方案的設(shè)計(jì)與選擇研究方案的設(shè)計(jì)與選擇硬（軟）件設(shè)計(jì)構(gòu)思硬（軟）件設(shè)計(jì)構(gòu)思總結(jié)總結(jié)12345答辯主要內(nèi)容答辯主要內(nèi)容研究目的及意義研究目的及意義 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、電工學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，電子線路和微機(jī)原理、于物理學(xué)、電工學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，電子線路和微機(jī)原理、接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)，自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)等領(lǐng)域。接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)，自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)等領(lǐng)域。 目前目前, , 市場(chǎng)上常見(jiàn)的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而市場(chǎng)上常見(jiàn)的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而成。成。 利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來(lái)產(chǎn)生利用單片機(jī)采用程

2、序設(shè)計(jì)方法來(lái)產(chǎn)生低頻信號(hào)，其頻率底線很低。具有線路低頻信號(hào)，其頻率底線很低。具有線路相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，頻率相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整，優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級(jí)。功能升級(jí)。課題研究?jī)?nèi)容課題研究?jī)?nèi)容 本文是做基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，將本文是做基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，將采用編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、采用編

3、程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各種波形的頻正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各種波形的頻率和幅度進(jìn)行程序的編寫(xiě)，并將所寫(xiě)程序裝入單片率和幅度進(jìn)行程序的編寫(xiě)，并將所寫(xiě)程序裝入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。在程序運(yùn)行中，當(dāng)接收到來(lái)自機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。在程序運(yùn)行中，當(dāng)接收到來(lái)自外界的命令，需要輸出某種波形時(shí)再調(diào)用相應(yīng)的中外界的命令，需要輸出某種波形時(shí)再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/ /模轉(zhuǎn)模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器處理后，從信號(hào)發(fā)生器的輸出端換器和運(yùn)算放大器處理后，從信號(hào)發(fā)生器的輸出端口輸出?？谳敵觥?研究方案的設(shè)計(jì)

4、與選擇研究方案的設(shè)計(jì)與選擇 方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如80388038），），80388038可同時(shí)產(chǎn)生正弦可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡(jiǎn)單易行，用波、方波等，而且方法簡(jiǎn)單易行，用D/AD/A轉(zhuǎn)換器的輸出來(lái)改變調(diào)制轉(zhuǎn)換器的輸出來(lái)改變調(diào)制電壓，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號(hào)的頻率穩(wěn)定度不高。電壓，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號(hào)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（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（VCOVCO）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)）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，

5、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。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(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法可以通過(guò)編程的方案三：采用單片機(jī)編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法可以通過(guò)編程的方法來(lái)控制信號(hào)波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下方法來(lái)控制信號(hào)波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過(guò)改變程序來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的變換。此外，由于通過(guò)編程方法產(chǎn)生，通過(guò)改變程序來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的變換。此外，由于通過(guò)編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào)，所以信號(hào)的精度可以做的很高。的是數(shù)字信號(hào)，所以信號(hào)的精度可以做的很高。硬件電路的實(shí)現(xiàn)原理與構(gòu)思硬件電路的實(shí)現(xiàn)原理與構(gòu)思 如圖所示如圖所示80C

6、5180C51單片機(jī)為硬件系統(tǒng)的核心，單片機(jī)對(duì)鍵單片機(jī)為硬件系統(tǒng)的核心，單片機(jī)對(duì)鍵盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率，通過(guò)顯示電路顯示頻率盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率，通過(guò)顯示電路顯示頻率值，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器放大電路輸出波形，通過(guò)示波器可以值，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器放大電路輸出波形，通過(guò)示波器可以觀察波形與頻率，復(fù)位電路用于系統(tǒng)復(fù)位重啟。觀察波形與頻率，復(fù)位電路用于系統(tǒng)復(fù)位重啟。顯示電路顯示電路鍵盤電路鍵盤電路單單片片機(jī)機(jī)數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)模轉(zhuǎn)換電路換電路復(fù)位電路復(fù)位電路放大電路放大電路波形輸出波形輸出數(shù)數(shù)/模電路模電路數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路AT89C51單片機(jī)控制兩片單片機(jī)控制兩片DAC0832的原理圖：的原理

7、圖： 輸出輸出AT89C51單片單片機(jī)機(jī)DAC0832DAC0832基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓D/AD/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準(zhǔn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準(zhǔn)電壓來(lái)控制的，所以只要能控制電壓來(lái)控制的，所以只要能控制D/AD/A的基準(zhǔn)電壓便可的基準(zhǔn)電壓便可 以控制輸出幅度，實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)。所以設(shè)計(jì)用兩片以控制輸出幅度，實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)。所以設(shè)計(jì)用兩片DAC0832DAC0832來(lái)輸出信號(hào)，第一片來(lái)輸出信號(hào)，第一片D/AD/A用來(lái)輸出信號(hào)，第用來(lái)輸出信號(hào)，第二片二片D/AD/A用來(lái)控制第一片用來(lái)控制第一片D/AD/A的基準(zhǔn)電壓。的基準(zhǔn)電壓。系統(tǒng)電路原理圖系統(tǒng)電路原理圖系統(tǒng)原理分析系統(tǒng)原

8、理分析按下復(fù)位鍵后系統(tǒng)對(duì)按下復(fù)位鍵后系統(tǒng)對(duì)82558255初始化，初始化， PAPA口用于掃描鍵盤口用于掃描鍵盤狀態(tài)，狀態(tài)，PBPB口用于點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼管顯示當(dāng)前頻率值，口用于點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼管顯示當(dāng)前頻率值，PCPC口用于選擇數(shù)碼管?？谟糜谶x擇數(shù)碼管。通過(guò)掃描鍵盤將鍵盤狀態(tài)通過(guò)通過(guò)掃描鍵盤將鍵盤狀態(tài)通過(guò)P0P0送入單片機(jī)，如果掃送入單片機(jī)，如果掃描得出無(wú)按鍵按下則返回繼續(xù)掃描直到有頻率選擇鍵描得出無(wú)按鍵按下則返回繼續(xù)掃描直到有頻率選擇鍵按下，如果掃描得出頻率不符即頻率切換則重新置計(jì)按下，如果掃描得出頻率不符即頻率切換則重新置計(jì)數(shù)初值，更改調(diào)用頻率選擇子程序改變頻率，否則不數(shù)初值，更改調(diào)用頻率選擇子

9、程序改變頻率，否則不予改變繼續(xù)往下執(zhí)行。予改變繼續(xù)往下執(zhí)行。系統(tǒng)原理分析系統(tǒng)原理分析單片機(jī)通過(guò)P2口發(fā)出控制信息，一方面控制8255的PB口、PC口來(lái)輸出當(dāng)前頻率選擇值。根據(jù)鍵盤掃描值判斷波形選擇按鍵是否按下，沒(méi)有按下則返回等待，繼續(xù)掃描直到有波形選擇按鍵按下。有鍵按下但是不符即波形已經(jīng)切換，則更改波形選擇特征值更改波形調(diào)用子程序，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好了的表文件控制DAC0832實(shí)現(xiàn)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)波形。軟件設(shè)計(jì)的構(gòu)思軟件設(shè)計(jì)的構(gòu)思1 1 幅度控制幅度控制由于由于D/AD/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的最大幅度可以用其基準(zhǔn)電壓來(lái)控制，所以控制第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的最大幅度可以用其基準(zhǔn)電壓來(lái)控制，所以控制第二

10、片片D/AD/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給第一片數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給第一片D/AD/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電壓值就可控制信號(hào)幅度。因數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電壓值就可控制信號(hào)幅度。因此，送入第二片的值是幾個(gè)固定的值。由于此，送入第二片的值是幾個(gè)固定的值。由于DAC0832DAC0832內(nèi)部具有鎖存器，所以只需內(nèi)部具有鎖存器，所以只需向第二片向第二片D/AD/A送值一次，直到下一次改變信號(hào)幅度。送值一次，直到下一次改變信號(hào)幅度。 2 2 頻率控制頻率控制 單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)只有單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)只有0 0、1 1之分，所產(chǎn)生的信號(hào)也都是離散信號(hào)。為了能夠讓之分，所產(chǎn)生的信號(hào)也都是離散信號(hào)。為了能夠讓單片機(jī)輸出所需的數(shù)字信號(hào)，我們采用對(duì)信

11、號(hào)采樣、量化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)單片機(jī)輸出所需的數(shù)字信號(hào)，我們采用對(duì)信號(hào)采樣、量化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)產(chǎn)生所需信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)信號(hào)的四分之一周期采樣產(chǎn)生所需信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)信號(hào)的四分之一周期采樣1919個(gè)幅度值，通過(guò)反復(fù)個(gè)幅度值，通過(guò)反復(fù)查表來(lái)輸出幅度值，而整個(gè)信號(hào)是通過(guò)正查表和逆向查表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采樣的點(diǎn)越查表來(lái)輸出幅度值，而整個(gè)信號(hào)是通過(guò)正查表和逆向查表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采樣的點(diǎn)越密，信號(hào)失真度也就越小。兩次采樣點(diǎn)的輸出時(shí)間間隔是由定時(shí)、計(jì)數(shù)器來(lái)控制密，信號(hào)失真度也就越小。兩次采樣點(diǎn)的輸出時(shí)間間隔是由定時(shí)、計(jì)數(shù)器來(lái)控制，因此，通過(guò)控制不同的計(jì)數(shù)初值就可以控制整個(gè)信號(hào)的頻率。，因此，通過(guò)控制不

12、同的計(jì)數(shù)初值就可以控制整個(gè)信號(hào)的頻率。主程序流程圖主程序流程圖方波仿真方波仿真如圖為方波圖，當(dāng)如圖為方波圖，當(dāng)“S0”S0”鍵按下時(shí)將產(chǎn)生方波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表示鍵按下時(shí)將產(chǎn)生方波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表示 1.33ms1.33ms，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為1.00mv1.00mv。正弦波仿真正弦波仿真如圖為正弦波圖，當(dāng)如圖為正弦波圖，當(dāng)“S1”S1”鍵按下時(shí)將產(chǎn)生正弦波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表示鍵按下時(shí)將產(chǎn)生正弦波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表示 1.33ms1.33ms，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為1.00mv1.00mv。 三角波仿真圖三角波仿真圖

13、如圖為三角波圖，當(dāng)如圖為三角波圖，當(dāng)“S2”S2”鍵按下時(shí)將產(chǎn)生三角波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表鍵按下時(shí)將產(chǎn)生三角波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表 1.33ms1.33ms，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為1.00mv1.00mv?？偨Y(jié)總結(jié)這個(gè)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)中涉及到一個(gè)典型的控制過(guò)程。通這個(gè)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)中涉及到一個(gè)典型的控制過(guò)程。通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)轉(zhuǎn)換器過(guò)單片機(jī)控制數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832等幾個(gè)芯片產(chǎn)生所需要的電等幾個(gè)芯片產(chǎn)生所需要的電流，然后使用運(yùn)算放大器可以將其電流輸出線性地轉(zhuǎn)換成電流，然后使用運(yùn)算放大器可以將其電流輸出線性地轉(zhuǎn)換成電壓輸出，通過(guò)程序的控制，可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的波形。壓輸出，通過(guò)程序的控制，可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的波形。此設(shè)計(jì)方案硬件較為簡(jiǎn)單，主要是由單片機(jī)跟此設(shè)計(jì)方案硬件較為簡(jiǎn)單，主要是由單片機(jī)跟DAC0832DAC0832等等幾個(gè)芯片構(gòu)成，連線也較簡(jiǎn)便。鍵盤電路為獨(dú)立未編碼結(jié)構(gòu)，幾個(gè)芯片構(gòu)成，連線也較簡(jiǎn)便。鍵盤電路為獨(dú)立未編碼結(jié)構(gòu)，一個(gè)鍵控制一個(gè)波形。顯示電路主要是由發(fā)光二極管構(gòu)成，一個(gè)鍵控制一個(gè)波形。顯示電路主要是由發(fā)光二極管構(gòu)成，利用發(fā)光二極管的導(dǎo)通即發(fā)光