基于Proteus的波形发生器仿真设计

I基于Proteus的波形发生器仿真设计作者姓名：孙亚飞专业班级：2006060101指导教师：吴建平摘要本文实现了多功能波形发生器的设计。系统采用AT89C51单片机控制，DAC0832完成模数转换，键盘控制波形的频率、幅度。发生器产生三角波、方波、正弦波等波形，波形的频率可通过键盘控制，波形清晰、频率调整十分方便、稳定性好，产生合成波形只需修改源程序，不需改装电路。单片机的输出数字信号通过DAC0832转换成模拟信号，接入示波器就可以清晰的显示出系统产生的波形。该系统由仿真软件产生波形，具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等特点。关键词：波形发生器，AT89S52单片机，D/A转换2BasedonthesimulationdesignProteuswaveformgeneratorABSTRACT：Inthispaper,implementingthedesignofmulti-waveformgenerator.ThesystemmakeuseofAT89S52microcontroller,andDAC0832completeconversion,keyboardcontrolwaveformfrequencyandamplitude.Systemproducetrianglewave,squarewave,sinewaveandotherwave,wavefrequencycanbecontrolledthroughthekeyboard,aclearwaveform,adjustconveniently.Thesystemstabilityandproducemorecomplexwaveformssimplythroughmodifythesource,withoutconversioncircuit.Theoutputofthemicrocontroller‘sdigitalsignalconverttoanalogsignalsthroughtheDAC0832,accessingtotheoscilloscopecandisplayaclearwaveformwhatthesystemproduce.Thesystemissimple,compact,lowcost,superiorperformanceandsoon.Keywords：WaveformGeneratorMCUADC3目录基于PROTEUS波形发生器的仿真设计.........................................................................I摘要..................................................................................................................................I第1章前言................................................................................................................41.1波形发生器的概述.........................................41.2国内外波形发生器的发展状况...............................51.3研制波形发生器的目的及意义...............................7第2章PROTEUS的简介与使用...................................................................................82.1PROTEUS的简介............................................82.2PROTEUS界面...............................................92.3基本操作................................................102.3.1图形编辑窗口........................................102.3.2预览窗口...........................................122.3.3图形编辑的基本操作.................................122.3.4原理图的绘制.......................................15第3章基于PROTEUS波形发生器仿真设计.........................................................173.1单片机AT89C51概述.....................................173.1.1AT89C51单片机的功能参数............................173.1.2单片机管脚功能说明..................................183.2总体设计................................................203.2.1单片机电路.........................................203.2.2D/A电路.............................................213.3系统软件设计...........................................223.3.1程序流程图..........................................223.3.2系统主程序.........................................23第4章系统调试与结果分析...................................................................................294.1系统模拟调试...........................................294.2仿真结果................................错误!未定义书签。结论.....................................................................................................................................33致谢.....................................................................................................................................34参考文献............................................................................................................................35附录1系统电路原理图...........................................................................................36附录2系统仿真原理图.............................................................................................364第1章前言1.1波形发生器的概述信号源有很多种，包括正弦波信号源、函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成信号源等。一般来讲任意波形发生器是一种特殊的信号源，综合具有其它信号源生成能力，因而适合各种仿真实验的需要。在基础实验中设计一种电路，需要验证其性能、可靠性与稳定性，就需要给它施加理想的波形以辨别真伪。如可使用信号源的DC补偿功能对固态电路控制DC偏压电平，可对一个怀疑有故障的数字电路，利用信号源的方波输出作为数字电路的时钟，同时使用方波加DC补偿产生有效的逻辑电平模式输出，观察该电路的运行状况，而证实故障缺陷的地方，总之，利用任意波形发生器这方面的基础功能能仿真基础实验室所必须的信号[1]。在实际的电子环境所设计的电路在运行中，由于各种干扰和响应的存在，实际电路往往存在各种信号缺陷和瞬变信号，例如过脉冲、尖峰、阻尼瞬变等(见图1-1，图1-2)，这些情况的发生，如在设计之初没有考虑进去，有的将会产生灾难性的后果。例如图1-1中a处过剑峰脉冲，如果给一个抗过冲能力差的电路，将可能会导致整个设备“烧坏”。图1-1尖峰干扰脉冲图1-2阻尼瞬变由于任意波形发生器特殊的功能，为了增强任意波形生成能力，它往往依赖计算机通讯输出波形数据。在计算机传输中，通过波形编辑软件生成波形，有利于扩充仪器的能力，更进一步仿真模拟实验。同时由于编辑一个任意波形有时需要花费很长的时间和精力，并且每次编辑的波形可能有所差异，一般会在任意波形发生器内配置一定数量的非易失性存储器。可以把所需要的波形从计算机接口下载到任意波形发生器的存储器中。5综上所述，不论是在生产还是在科研与教学上，任意波形发生器是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，而任意波形发生器己成为测试仪器中至关主要的一类，因此开发任意波形发生器具有重大意义。1.2国内外波形发生器的发展状况运用DDS技术是设计任意波形信号发生器的一种通用手段，DDS不仅可以产生正弦波同时也可以产生任意波，这是其他频率合成方式所没有，任意波在各个领域有着广泛的应用。通过DDS这种方法产生任意波是一种简单、低成本的方法，通过增加波形点数可以使输出达到很高的精度，这都是其他方法所无法比拟的。自80年代以来各国都在研制DDS产品，并广泛的应用于各个领域。其中以AD公司的产品比较有代表性。如AD7008、AD9850、AD985l、AD9852、AD9858等。其系统时钟频率从30MHz到300MHz不等，其中的AD9858系统时钟更是达到了lGHz。这些芯片还具有调制功能。如AD7008可以产生正交调制信号，而AD9852也可以产生FSK、PSK、线性调频以及幅度调制的信号。这些芯片集成度高，内部都集成了D/A转换器，精度最高可达12bit。同时都采用了一些优化设计来提高性能。如这些芯片中大多采用了流水技术，通过流水技术的使用，提高了相位累加器的工作频率，从而使得DDS芯片的输出频率可以进一步提高。通过运用流水技术在保证相位累加器工作频率的前提下，相位累加器的字长可以设计得更长，如AD9852的相位累加器达到了48位。而不是之前型号的32位，这样输出信号的频率分辨率大大提高了。同时为了抑止杂散，这些芯片大多采用了随机抖动法提高无杂散动态范围(这是由于DDS的周期性，输出杂散频谱往往表现为离散谱线，随机抖动技术使离散谱线均匀化，从而提高输出频谱的无杂散动态范围)。运用DDS技术生产的DDS任意波型信号发生器是较新的一类信号源，并且已经广泛投入使用。它不仅能产生传统函数信号发生器能产生的正弦波、方波、三角波、锯齿波，还可以产生任意编辑的波形。由于DDS的自身特点，还可以很容易的产生一些数字调制信号，如FSK、PSK等。一些高端的信号发生器甚6至可以产生通讯信号。同时输出波形的频率分辨率、频率精度等指标也有