研究论文-基于ATmega8 的多路任意波形信号发生器的研制.pdf

本文档是关于基于ATmega8单片机开发多路任意波形信号发生器的研究论文。ATmega8是Atmel公司生产的一款基于AVR架构的8位微控制器。该研究论文中，研究者吕晓龙、蒋学程和段海庆利用ATmega8作为中央处理单元（CPU），通过控制D/A转换器MAX5253设计出一种能够输出多路任意波形的函数信号发生器，适合作为例如心电监护仪等需要多路不同波形输入设备的信号源。 信号发生器是一种可以输出电信号的设备，它能够产生符合预设参数要求的信号，这些参数通常包括信号的波形、频率、幅度等。近年来，许多信号发生器采用虚拟仪器的设计方法，利用计算机生成信号波形数据并通过接口传输给外围电路进行数字到模拟（D/A）转换，同时计算机可以控制波形参数的改变。本文设计的信号发生器正是应用于无线心电信息监护仪的信号源，该监护仪采用5导联采集心电波形，因此实验测试需要4路波形输出的信号源。 ATmega8单片机作为信号发生器的CPU，具有较低的功耗，并且集成了较大容量的存储器和丰富的硬件接口电路。它具有系统内编程特性，在省电性、稳定性和抗干扰性方面表现出色。其主要性能特点包括： 1. 低功耗8位AVR微控制器，使用先进的RISC精简指令集，拥有130条指令，大多数指令在一个时钟周期内完成。 2. 内置32个8位通用工作寄存器，性能可达接近1MIPS/MHz。 3. 片内集成硬件乘法器。 4. 集成大量程序和数据存储器以及工作存储器，具体包括8KB的Flash程序存储区、512字节EEPROM以及1KB内部SRAM。 5. 强大的外部接口性能，包括3个脉宽调制（PWM）通道，支持相频可调的16位PWM输出；6通道A/D转换器（4路10位A/D和2路8位A/D）；一个支持主/从、收/发4种工作方式的I2C接口。 信号发生器的总体方案设计为通过串口协议从计算机获取波形数据，波形数据可以通过计算机软件编辑或由心电信号监测系统采集。ATmega8将接收到的数据通过I2C总线接口存储到EEPROM中。信号发生器工作时，ATmega8从存储器中读取波形数据，并通过SPI同步串行接口发送给MAX5253进行D/A转换。信号经过放大器放大、滤波并适当衰减后输出。ATmega8的工作状态及串行数据通信状态通过LED显示，而控制命令由按键经I/O端口发送给ATmega8。 信号发生器可以产生常规函数信号（如矩形波、三角波、正弦波）和用户自行编辑的任意波形。信号的参数，如频率、幅值和偏置量等可以自由调节。该信号发生器作为心电监护仪的信号源时，能够满足4路波形输出的需求，并且在PC机上通过软件设置即可完成波形和参数的调节。系统方案原理图在文档中以图1的形式给出，但由于文档内容限制未能展示。 本文所介绍的技术方法，为自动化技术领域提供了实际应用的例子，特别是在设计与实现多路任意波形信号发生器方面，提供了一种创新的技术途径。同时，也展示了AVR单片机ATmega8在数据处理、信号生成等领域的应用潜力。