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毕业设计_基于C8051F340的低频函数信号发生器设计说明.doc
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毕业设计_基于C8051F340的低频函数信号发生器设计说明.doc
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.
毕 业 设 计
低频信号发生器
指导教师 方华
学 院 名 称 工程学院 专 业 名 称 电子信息工程
论文提交日期
年 月
论文答辩日期
年 月
1 / 59
.
答辩委员会主席 ____________
评 阅 人 ____________
摘 要
函数信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、矩形波(含方波)、正弦波
的电路。现今社会上出现的函数信号发生器多种多样,频率的围也在变得越来越来宽,
产生的波形也有多种的波形可供选择。在电子行业的基础设施和制造等领域,函数发生
器都是有效的通用仪器。它可以生成不同频率和幅度的大量信号,用来评估新电路的运
行情况,代替时钟信号,对新产品进行制造测试,与用于许多其它用途。函数信号发生
器长期以来都是模拟电路构成的。本设计主要介绍了基于单片机的多路信号发生器构造
与其原理。
本次设计的主要任务是产生低频的信号源,其产生的波形包括正弦波、三角波和方
波,频率从 1HZ 到 1MHZ 可调变化,幅度从 0V 到 3V 可调变化。在本次设计中,主要
利用单片机采用程序设计方法产生相应的波形,通过键盘来控制三种波形的类型选择、
频率变化,并通过不同颜色的 LED 来区分不同的波形和通过 LED 数码管显示相应的频
率数值,再通过 D/A 转换器将数字信号转换成模拟信号,滤波放大,最终由示波器显示
出来。系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分以与 LED 显示部分三部分,其中尤
其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。设计正文分为前言、系统总
体设计、系统硬件设计、系统软件设计和硬件电路制作与调试五大部分。其中第三、四、
五章是本文的中心,它介绍了设计者的思路和系统原理和制作过程。
本次设计所得出的正弦波、三角波和方波失真度较小,波形平滑好看,在显示部分,
频率的数值是由 4 位数码管来显示,波形类型的显示是由 3 个不同颜色的 LED 灯来显
示,十分的直观且价格实在。
关键词:函数信号发生器 单片机 数码管 按键 D/A 转换
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.
目 录
致 27
参考文献 28
英文摘要 29
附录 1:各波形在各频率下的波形图
附录 2:系统完整程序
3 / 59
.
1 绪论
1.1 选题背景与意义
信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均
可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如方波、锯齿波、三角波、正弦波的电路被称
为函数信号发生器。在通信、广播、电视系统,在工业、农业、生物医学领域,函数信号发生器在
实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。信号源是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪
器。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形),然后用其他仪表测量感兴趣的参
数。可见信号源在电子试验和测试处理中,并不测量任何参数,而是根据使用者的要求,仿真各种
测试信号,提供给被测电路,以达到测试的需要。
1.2 单片机 概述
单片机是一种 集成在电 路芯片, 是采用超 大规模集成电 路技术把 具有数据
处理能力 的中央处理器 CPU 随机存 储器 RAM、只读 存储器 ROM、多种 I/O
口和中断 系统、定时器 /计时器等 功能(可 能还包括 显示驱动 电路、脉宽调 制电
路、模拟多路 转换器、 A/D 转换器 等电路) 集成到一 块硅片上构成 的一个小 而
完善的计 算机系统。单 片机具有 集成度高 、系统结构简 单、使用 方便、实现模
块化、可 靠性高、处理 功能强、 速度快等 特点,因为被 广泛应用 于仪器仪 表、
家用电器、 医用设备、 航空航天 、专用设 备的智能化管 理与过程控制 等领域。
1.3 信号发 生器分类
信号发生器是 指产生所 需参数的 电测试信号的 仪器。因 其应用广 泛,种类
繁多,特 性各异,分类 也不尽一 致。按信号波 形可分为正弦 信号、函数信 号、
脉冲信号和 随机信号发 生器等四大类 ;按 频率覆盖围分 为低频信号发 生器、 高
频信号发生器 和微波信 号发生器 ;按输出 电平可调节围 和稳定度 分为简易 信号
发生器、 标准信号发生 器和功率 信号发生器 ;按频率改 变的方式 分为调谐 式信
号发生器、 扫频式信号 发生器、程控 式信 号发生器和频 率合成式 信号发生器等。
信号发生器 又称信号源 或振荡器 ,在生产实 践和科技领 域中有着 广泛的应用。
第二章信号发生器方案设计与选择
2.1 设计任务
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设计要求的技术指标:
1、波形:正弦波、方波、三角波
2、频率:1HZ~1MHZ
3、幅值电压:0V~3V
信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、
波形信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。本文利用单片机构造低频信号发生器,
可产生正弦波,方波,三角波,锯齿波四种波形,再通过 D/A 转换器 DAC0832 把数
字信号转变为模拟信号,经 OP07 放大输出到示波器,与此同时外接 8 位 LED 显示输
出信号的类型和频率。
2.2 方案的设计与选择
方案一:采用单片函数发生器可产生正弦波、方波等,操作简单易行,用 D/A 转换器的
输出来改变调节电压,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:利用芯片组成的电路输出波形,MAX038 是 MAXIM 公司生产的一个只需要很
少外部元件的精密高频波形产生器,他能产生准确的高频正弦波、三角波、方波。输出
频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别地控制。所需的输出波形可由在
A0 和 A1 输入端设置适当的代码来选择,且具有输出频率围宽、波形稳定、失真小、使
用方便等特点。
方案三:采用 Atmel 公司的 AT89C51 单片机编程方法实现,该方法的可以通过编程
的方法控制信号波形的频率和幅度,而在硬件电路不便的情况下,通过程序实现频率的
变化和输出波形的选择,并同时在显示器显示相应的结果。
方案一输出信号频率不够稳定;方案二成本高,程序复杂度高;方案三,软硬件结合,
硬件成本低,软件起点低,优化型相对比较好,容易实现,且满足设计要求。综合考虑,
我们采用了方案三,用 AT89C51 单片机设计低频信号发生器,能够满足信号的频率稳
定性和精度的准确行。
2.3 设计原理简介
该设计设计一个低频信号发生器,我们采用的是 AT89C51 单片机用软件实现信号的输
出。该单片机是一个微型计算机,包括中央处理器 CPU,RAM,ROM、I/O 接口电路、
定时计数器、串行通讯等,是波形设计的核心。该信号发生器原理框图如图 2.1,总体
原理为:利用 AT89C51 单片机构造低频信号发生器,可产生正弦波,方波,三角波,
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