簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

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?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

2、機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來(lái)產(chǎn)利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，其頻率底線很低。具有線路生信號(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)，用途廣率穩(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)微泛等優(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(mǎn)足系統(tǒng)的要調(diào)整，改良波形，使其滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序求。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級(jí)。，即可完成功能升級(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)

3、現(xiàn)三角波、矩形波、正弦波的采用編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各種波形的頻率和幅度發(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)程序裝入單片機(jī)的程序進(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)自外界的命存儲(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)的中斷服務(wù)子令，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)程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器處理后，從信號(hào)發(fā)生器的輸出端口輸出。算放大器處理后，從信號(hào)發(fā)生器的輸出端口輸出。

4、 設(shè)計(jì)要求及達(dá)標(biāo)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求及達(dá)標(biāo)項(xiàng)目1) 1) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)要求要求( (已完成已完成) )信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍：信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍：1Hz1KHz1Hz1KHz信號(hào)發(fā)生器的幅度范圍：信號(hào)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(hào)的能夠輸出正弦波，三角波和方波，并且輸出信號(hào)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(jì)基于軟件設(shè)計(jì)基于MCS-51MCS-51系列單片機(jī)的簡(jiǎn)易系列單片機(jī)的簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器采用相關(guān)語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用程

5、序并調(diào)試采用相關(guān)語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用程序并調(diào)試對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和結(jié)果分析對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和結(jié)果分析研究方案的設(shè)計(jì)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)編程的方案二：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

6、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。鑒于方案一的信號(hào)頻率不夠穩(wěn)定，所以決定采用方案二的設(shè)計(jì)方鑒于方案一的信號(hào)頻率不夠穩(wěn)定，所以決定采用方案二的設(shè)計(jì)方法。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬件的方法來(lái)實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)，使得信號(hào)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(hào)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(jià)格便宜，使得硬件的開(kāi)銷(xiāo)達(dá)件都是常用的元器件，容易得到，且價(jià)格便宜，使得硬件的開(kāi)銷(xiāo)達(dá)到最省。到最省。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89C5189C51單片機(jī)為硬件系統(tǒng)的核心，單片機(jī)單片機(jī)為硬件系統(tǒng)的核心，單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)掃描讀入鍵值確定波形與頻率和幅度，通過(guò)顯對(duì)鍵盤(pán)掃描讀入鍵值確定波形與頻率和幅度，通過(guò)顯示電路顯示波形類(lèi)型、頻率和幅度值，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換示電路顯示波形類(lèi)型、頻率和幅度值，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器經(jīng)放大電路輸出波形，通過(guò)示波器可以觀察波形、器經(jīng)放大電路輸出波形，通過(guò)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(pán)電路鍵盤(pán)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)/模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路AT89C51單片機(jī)控制一片單片機(jī)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(jī)機(jī)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(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

9、以設(shè)計(jì)以控制輸出幅度，實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)。所以設(shè)計(jì)DAC0832DAC0832來(lái)輸出電流信號(hào)，經(jīng)放大器變換為電壓信號(hào)來(lái)輸出電流信號(hào)，經(jīng)放大器變換為電壓信號(hào)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(duì)系統(tǒng)初始化， P1口用于鍵盤(pán)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(guò)掃描鍵盤(pán)將鍵盤(pán)狀態(tài)通過(guò)P1送入單片機(jī)，如果掃描得出無(wú)按鍵按下則返回繼續(xù)掃描直到有按鍵鍵按下，如果掃描出相應(yīng)按鍵按下，則實(shí)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(zhǎng)5Hz增加。系統(tǒng)原理分析系統(tǒng)原理分析單片機(jī)通過(guò)P3口發(fā)出控制信息，控制DAC0832輸出根據(jù)鍵盤(pán)掃描

10、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，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 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)信號(hào)采樣、量化的方了能夠讓單片機(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，通過(guò)反復(fù)查表來(lái)輸出幅法來(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，通過(guò)反復(fù)查表來(lái)輸出幅度值，而整個(gè)

11、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，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。信號(hào)失真度也就越小。 2 2 頻率控制頻率控制 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。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。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(shí)將產(chǎn)生方波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表示時(shí)將產(chǎn)生方波。橫坐標(biāo)為時(shí)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(shí)將產(chǎn)生正弦波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表示時(shí)將產(chǎn)生正弦波。橫坐標(biāo)為時(shí)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(shí)將產(chǎn)生三角波。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表時(shí)將產(chǎn)生三角波。橫坐標(biāo)為時(shí)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(shí)物結(jié)果方波實(shí)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(shí)將產(chǎn)生

13、方波。幅度為時(shí)將產(chǎn)生方波。幅度為5v,5v,頻率為頻率為36Hz36Hz正弦波實(shí)物結(jié)果正弦波實(shí)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(shí)將產(chǎn)生正弦波。幅度為時(shí)將產(chǎn)生正弦波。幅度為5v,5v,頻率為頻率為11Hz11Hz三角波實(shí)物結(jié)果三角波實(shí)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(shí)將產(chǎn)生三角波。幅度為時(shí)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(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。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)換器通過(guò)單片機(jī)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(yùn)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(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。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)方案硬件雖然較為簡(jiǎn)單，主要是由單片機(jī)跟此設(shè)計(jì)方案硬件雖然較為簡(jiǎn)單，主要是由單片機(jī)跟DAC0832 DAC0832 等幾個(gè)芯片構(gòu)成，連線也較簡(jiǎn)便。鍵盤(pán)電路為獨(dú)等幾個(gè)芯片構(gòu)成，連線也較簡(jiǎn)便。鍵盤(pán)電路為獨(dú)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(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，理特性，