单片机课程设计 正弦信号发生器.doc

【正弦信号发生器设计概述】 正弦信号发生器是一种能够产生特定频率正弦波形的设备，广泛应用于电子测试、通信系统调试、教学实验等多个领域。本设计以单片机为核心，旨在实现一个功能完备、频率可调的正弦信号发生器。以下是设计的关键点和相关知识点： 1. **频率范围与控制**： - 设计要求信号频率在1Hz至1kHz之间可调，最小步进为1kHz。为了满足这一需求，设计中采用了锁相环（PLL）技术和可编程分频器（如INTEL8254）来实现频率的精确控制。锁相环可以锁定外部参考信号的相位，确保输出频率与输入参考频率保持一定的比例关系。 2. **频率控制与步进**： - 频率控制通常通过改变分频器的分频系数来实现。在本设计中，使用锁相环CD4046和可编程分频器8254配合，以调整输出频率。CD4046能根据输入信号调整自身的频率，而8254则可以实现分频功能，以精细地改变输出频率的步进。 3. **正弦波形生成**： - 正弦波形通常通过D/A转换器产生，即数字信号转化为模拟信号的过程。设计中，可能使用了一种基于存储器的波形生成技术，其中，单片机提供要输出的波形数据给EPROM，然后通过地址发生器硬件扫描存储器中的波形数据，再由D/A转换器转换为模拟信号输出。 4. **用户界面与控制**： - 为了便于用户操作，设计包含了键盘输入/显示部分。这部分采用了HD7279专用键盘/显示芯片，它具有低成本和简单的外围电路设计，可以提供人机交互界面，允许用户通过键盘控制输出频率，并在LED数码管上实时显示波形参数。 5. **方案选择与优缺点**： - 设计中对比了多种实现正弦信号发生器的方案，包括使用专用函数发生电路、微处理器与D/A转换器结合、DSP处理器等。最终选择了基于单片机、锁相环、可编程分频器、相位累加器和D/A转换器的方案，因为它具有高精度、高稳定性、低功耗和易于控制的特点。 6. **系统结构**： - 系统分为波形发生部分和键盘/显示部分。波形发生部分主要负责生成正弦波，而键盘/显示部分则处理用户输入和信息显示，实现人机交互。 7. **性能指标**： - 虽然理论上可以通过提高单片机的时钟频率和减少每个周期的采样点数来增加输出频率，但在实际应用中，这会导致频率误差增大，软件编程复杂度增加。因此，通过锁相环和分频器的配合，可以在不依赖单片机时钟频率的情况下，实现更精确、更稳定的频率控制。 正弦信号发生器的设计涉及到嵌入式系统、微控制器编程、数字信号处理、模拟电路设计等多个方面的知识。设计中注重了功能的实用性和硬件的灵活性，通过合理的方案选择和电路设计，实现了符合要求的正弦信号发生器。