簡易信號發(fā)生器設(shè)計

1、西安交通大學(xué)城市學(xué)院西安交通大學(xué)城市學(xué)院研究目的及意義研究目的及意義課題研究內(nèi)容課題研究內(nèi)容研究方案的設(shè)計與選擇研究方案的設(shè)計與選擇硬（軟）件設(shè)計構(gòu)思硬（軟）件設(shè)計構(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)信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用函數(shù)信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、電工學(xué)教學(xué)實驗，電子線路和微機原理、于物理學(xué)、電工學(xué)教學(xué)實驗，電子線路和微機原理、接口技術(shù)實驗，自動化測控系統(tǒng)等領(lǐng)域。接口技術(shù)實驗，自動化測控系統(tǒng)等領(lǐng)域。 目前目前, , 市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而成。成。 利用單片

2、機采用程序設(shè)計方法來產(chǎn)利用單片機采用程序設(shè)計方法來產(chǎn)生信號，其頻率底線很低。具有線路生信號，其頻率底線很低。具有線路相對簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，頻相對簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等優(yōu)點，并且能夠?qū)Σㄐ芜M行細微泛等優(yōu)點，并且能夠?qū)Σㄐ芜M行細微調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序求。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級。，即可完成功能升級。課題研究內(nèi)容課題研究內(nèi)容 本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設(shè)計，將本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設(shè)計，將采用編程的方法來實

3、現(xiàn)三角波、矩形波、正弦波的采用編程的方法來實現(xiàn)三角波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計的要求，對各種波形的頻率和幅度發(fā)生。根據(jù)設(shè)計的要求，對各種波形的頻率和幅度進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機的程序進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機的程序存儲器中。在程序運行中，當(dāng)接收到來自外界的命存儲器中。在程序運行中，當(dāng)接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子令，需要輸出某種波形時再調(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)程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器和運模轉(zhuǎn)換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出。算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出。

4、 設(shè)計要求及達標(biāo)項目設(shè)計要求及達標(biāo)項目1) 1) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)要求要求( (已完成已完成) )信號發(fā)生器的頻率范圍：信號發(fā)生器的頻率范圍：1Hz1KHz1Hz1KHz信號發(fā)生器的幅度范圍：信號發(fā)生器的幅度范圍：100mV5V100mV5V2) 2)技術(shù)要求技術(shù)要求（已完成）（已完成）能夠輸出正弦波，三角波和方波，并且輸出信號的能夠輸出正弦波，三角波和方波，并且輸出信號的頻率和幅度可調(diào)頻率和幅度可調(diào)3) 3)工作要求工作要求（已完成）（已完成）采用采用proteusproteus軟件設(shè)計基于軟件設(shè)計基于MCS-51MCS-51系列單片機的簡易系列單片機的簡易信號發(fā)生器信號發(fā)生器采用相關(guān)語言編寫應(yīng)用程

5、序并調(diào)試采用相關(guān)語言編寫應(yīng)用程序并調(diào)試對系統(tǒng)進行測試和結(jié)果分析對系統(tǒng)進行測試和結(jié)果分析研究方案的設(shè)計與選擇研究方案的設(shè)計與選擇 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可同時產(chǎn)生正弦可同時產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用波、方波等，而且方法簡單易行，用D/AD/A轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制轉(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。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：采用單片機編程的方法來實現(xiàn)。該方法可以通過編程的方案二：采用單片機編程的方法來實現(xiàn)。該方法可以通過編

6、程的方法來控制信號波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下方法來控制信號波形的頻率和幅度，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，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。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，所以決定采用方案二的設(shè)計方鑒于方案一的信號頻率不夠穩(wěn)定，所以決定采用方案二的設(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

7、種元器號頻率的穩(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，使得硬件的開銷達到最省。到最省。硬件電路的實現(xiàn)原理與構(gòu)思硬件電路的實現(xiàn)原理與構(gòu)思 如圖所示如圖所示89C5189C51單片機為硬件系統(tǒng)的核心，單片機單片機為硬件系統(tǒng)的核心，單片機對鍵盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率和幅度，通過顯對鍵盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率和幅度，通過顯示電路顯示波形類型、頻率和幅度值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換示電路顯示波形類型、頻率和幅度值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器經(jīng)放大電路輸出波形，通過示波器可以觀察波形、器經(jīng)放大電路輸出波形，通過示

8、波器可以觀察波形、頻率和幅度，復(fù)位電路用于系統(tǒng)復(fù)位重啟。頻率和幅度，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機數(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)/模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路AT89C51單片機控制一片單片機控制一片DAC0832經(jīng)放大器放經(jīng)放大器放大后的原理圖：大后的原理圖：AT89C51單片單片機機LM358D/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)電壓來控制的，所以只要能控制電壓來控制的，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，實現(xiàn)幅度可調(diào)。所

9、以設(shè)計以控制輸出幅度，實現(xiàn)幅度可調(diào)。所以設(shè)計DAC0832DAC0832來輸出電流信號，經(jīng)放大器變換為電壓信號來輸出電流信號，經(jīng)放大器變換為電壓信號DAC0832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)原理分析按下復(fù)位鍵后對系統(tǒng)初始化， P1口用于鍵盤輸入，P2口用于輸出顯示當(dāng)前波形、頻率和幅度值，P3口用于控制DAC0832通過掃描鍵盤將鍵盤狀態(tài)通過P1送入單片機，如果掃描得出無按鍵按下則返回繼續(xù)掃描直到有按鍵鍵按下，如果掃描出相應(yīng)按鍵按下，則實現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)改變。如按下頻率加則波形頻率以步長5Hz增加。系統(tǒng)原理分析系統(tǒng)原理分析單片機通過P3口發(fā)出控制信息，控制DAC0832輸出根據(jù)鍵盤掃描

10、值判斷波形選擇按鍵是否按下，沒有按下則返回等待，繼續(xù)掃描直到有波形選擇按鍵按下。有鍵按下，根據(jù)預(yù)先設(shè)計好了的表文件控制DAC0832實現(xiàn)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)波形。軟件設(shè)計的構(gòu)思軟件設(shè)計的構(gòu)思1 1 幅度控制幅度控制 單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)只有單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)只有0 0、1 1之分，所產(chǎn)生的信號也都是離散信號。為之分，所產(chǎn)生的信號也都是離散信號。為了能夠讓單片機輸出所需的數(shù)字信號，我們采用對信號采樣、量化的方了能夠讓單片機輸出所需的數(shù)字信號，我們采用對信號采樣、量化的方法來實現(xiàn)由單片機產(chǎn)生所需信號。在本設(shè)計中，通過反復(fù)查表來輸出幅法來實現(xiàn)由單片機產(chǎn)生所需信號。在本設(shè)計中，通過反復(fù)查表來輸出幅度值，而整個

11、信號是通過正查表和逆向查表來實現(xiàn)的。采樣的點越密，度值，而整個信號是通過正查表和逆向查表來實現(xiàn)的。采樣的點越密，信號失真度也就越小。信號失真度也就越小。 2 2 頻率控制頻率控制 兩次采樣點的輸出時間間隔是由定時、計數(shù)器來控制，因此，通兩次采樣點的輸出時間間隔是由定時、計數(shù)器來控制，因此，通過控制不同的計數(shù)初值就可以控制整個信號的頻率。過控制不同的計數(shù)初值就可以控制整個信號的頻率。方波仿真方波仿真如圖為方波圖，當(dāng)顯示如圖為方波圖，當(dāng)顯示“SQU”SQU” 時將產(chǎn)生方波。橫坐標(biāo)為時間軸每小格表示時將產(chǎn)生方波。橫坐標(biāo)為時間軸每小格表示 10ms10ms，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格

12、為1v1v。正弦波仿真正弦波仿真如圖為正弦波圖，當(dāng)顯示如圖為正弦波圖，當(dāng)顯示“SIN”SIN” 時將產(chǎn)生正弦波。橫坐標(biāo)為時間軸每小格表示時將產(chǎn)生正弦波。橫坐標(biāo)為時間軸每小格表示 55ms55ms，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為，縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為1v1v。 三角波仿真圖三角波仿真圖如圖為三角波圖，當(dāng)顯示如圖為三角波圖，當(dāng)顯示“STR”STR”時將產(chǎn)生三角波。橫坐標(biāo)為時間軸每小格表時將產(chǎn)生三角波。橫坐標(biāo)為時間軸每小格表 16.83ms16.83ms，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 v1 v。方波實物結(jié)果方波實物結(jié)果如圖為方波圖，當(dāng)顯示如圖為方波圖，當(dāng)顯示“SQU”SQU” 時將產(chǎn)生

13、方波。幅度為時將產(chǎn)生方波。幅度為5v,5v,頻率為頻率為36Hz36Hz正弦波實物結(jié)果正弦波實物結(jié)果如圖為正弦波，當(dāng)顯示如圖為正弦波，當(dāng)顯示“SIN”SIN” 時將產(chǎn)生正弦波。幅度為時將產(chǎn)生正弦波。幅度為5v,5v,頻率為頻率為11Hz11Hz三角波實物結(jié)果三角波實物結(jié)果如圖為三角波，當(dāng)顯示如圖為三角波，當(dāng)顯示“TRI”TRI” 時將產(chǎn)生三角波。幅度為時將產(chǎn)生三角波。幅度為5v,5v,頻率為頻率為101Hz101Hz總結(jié)總結(jié) 這個信號發(fā)生器的設(shè)計中涉及到一個典型的控制過程。這個信號發(fā)生器的設(shè)計中涉及到一個典型的控制過程。通過單片機控制數(shù)轉(zhuǎn)換器通過單片機控制數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832芯

14、片產(chǎn)生所需要的電流，芯片產(chǎn)生所需要的電流，然后使用運算放大器可以將其電流輸出線性地轉(zhuǎn)換成電壓輸然后使用運算放大器可以將其電流輸出線性地轉(zhuǎn)換成電壓輸出，通過程序的控制，可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的波形。出，通過程序的控制，可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的波形。 此設(shè)計方案硬件雖然較為簡單，主要是由單片機跟此設(shè)計方案硬件雖然較為簡單，主要是由單片機跟DAC0832 DAC0832 等幾個芯片構(gòu)成，連線也較簡便。鍵盤電路為獨等幾個芯片構(gòu)成，連線也較簡便。鍵盤電路為獨立未編碼結(jié)構(gòu)。顯示電路為立未編碼結(jié)構(gòu)。顯示電路為液晶顯示液晶顯示，原理是利用液晶的物原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，理特性，