简易信号发生器设计

简易信号发生器设计学生:王永锋指导老师:金印彬院系:电气与信息工程系专业:测控技术与仪器研究目的及意义课题研究内容研究方案的设计与选择硬（软）件设计构思总结12345答辩主要内容研究目的及意义函数信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于物理学、电工学教学实验，电子线路和微机原理、接口技术实验，自动化测控系统等领域。目前,市场上常见的波形发生器多为纯硬件搭接而成。利用单片机采用程序设计方法来产生信号，其频率底线很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。课题研究内容本文是做基于单片机的信号发生器的设计，将采用编程的方法来实现三角波、矩形波、正弦波的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。设计要求及达标项目1)数据要求(已完成)信号发生器的频率范围：1Hz~1KHz信号发生器的幅度范围：100mV~5V2)技术要求（已完成）能够输出正弦波，三角波和方波，并且输出信号的频率和幅度可调3)工作要求（已完成）采用proteus软件设计基于MCS-51系列单片机的简易信号发生器采用相关语言编写应用程序并调试对系统进行测试和结果分析研究方案的设计与选择方案一：采用单片函数发生器（如8038），8038可同时产生正弦波、方波等，而且方法简单易行，用D/A转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。方案二：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。鉴于方案一的信号频率不够稳定，所以决定采用方案二的设计方法。它不仅采用软硬件结合，软件控制硬件的方法来实现，使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证，而且它使用的几种元器件都是常用的元器件，容易得到，且价格便宜，使得硬件的开销达到最省。硬件电路的实现原理与构思如图所示89C51单片机为硬件系统的核心，单片机对键盘扫描读入键值确定波形与频率和幅度，通过显示电路显示波形类型、频率和幅度值，通过数模转换器经放大电路输出波形，通过示波器可以观察波形、频率和幅度，复位电路用于系统复位重启。显示电路键盘电路单片机数/模转换电路复位电路放大电路波形输出数/模转换电路AT89C51单片机控制一片DAC0832经放大器放大后的原理图：AT89C51单片机LM358D/A数模转换器的最大输出电压是由其输入的基准电压来控制的，所以只要能控制D/A的基准电压便可以控制输出幅度，实现幅度可调。所以设计DAC0832来输出电流信号，经放大器变换为电压信号DAC0832系统电路原理图系统原理分析•按下复位键后对系统初始化，P1口用于键盘输入，P2口用于输出显示当前波形、频率和幅度值，P3口用于控制DAC0832•通过扫描键盘将键盘状态通过P1送入单片机，如果扫描得出无按键按下则返回继续扫描直到有按键键按下，如果扫描出相应按键按下，则实现相应数据改变。如按下频率加则波形频率以步长5Hz增加。系统原理分析•单片机通过P3口发出控制信息，控制DAC0832输出•根据键盘扫描值判断波形选择按键是否按下，没有按下则返回等待，继续扫描直到有波形选择按键按下。•有键按下，根据预先设计好了的表文件控制DAC0832实现模拟到数字转换输出相应波形。软件设计的构思1幅度控制单片机内部数据只有0、1之分，所产生的信号也都是离散信号。为了能够让单片机输出所需的数字信号，我们采用对信号采样、量化的方法来实现由单片机产生所需信号。在本设计中，通过反复查表来输出幅度值，而整个信号是通过正查表和逆向查表来实现的。采样的点越密，信号失真度也就越小。2频率控制两次采样点的输出时间间隔是由定时、计数器来控制，因此，通过控制不同的计数初值就可以控制整个信号的频率。方波仿真如图为方波图，当显示“SQU”时将产生方波。横坐标为时间轴每小格表示10ms，纵坐标为幅值轴每小格为1v。正弦波仿真如图为正弦波图，当显示“SIN”时将产生正弦波。横坐标为时间轴每小格表示55ms，纵坐标为幅值轴每小格为1v。三角波仿真图如图为三角波图，当显示“STR”时将产生三角波。横坐标为时间轴每小格表16.83ms，纵坐标为幅值轴每小格为1v。方波实物结果如图为方波图，当显示“SQU”时将产生方波。幅度为5v,频率为36Hz正弦波实物结果如图为正弦波，当显示“SIN”时将产生正弦波。幅度为5v,频率为11Hz三角波实物结果如图为三角波，当显示“TRI”时将产生三角波。幅度为5v,频率为101Hz总结•这个信号发生器的设计中涉及到一个典型的控制过程。通过单片机控制数转换器DAC0832芯片产生所需要的电流，然后使用运算放大器可以将其电流输出线性地转换成电压输出，通过程序的控制，可以产生一系列有规律的波形。•此设计方案硬件虽然较为简单，主要是由单片机跟DAC0832等几个芯片构成，连线也较简便。键盘电路为独立未编码结构。显示电路为液晶显示，原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出所需字符，简单易懂。软件程序方面较为复杂一点，此方案主要是靠程序的控制，主要由3个波形产生的子程序加上有承上启下作用的主程序构成，程序思路比较清晰。THEEND谢谢！请各位老师批评指正！