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基于单片机的函数信号发生器设计毕业论文.doc
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基于单片机的函数信号发生器设计毕业论文.doc
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目 录
摘 要..............................................................1
1 绪论.............................................................2
1.1 单 片 机 函 数 信 号 发 生 器 概
述....................................... ...2
2 整体设计思路.....................................................3
2.1 了解波形发生器的相关理论..........................................3
2.2 正 弦 波 、 方 波 、 三 角 波 的 形
成..........................................3
3 硬件设计部分.....................................................4
3.1 串口电路的设计...................................................4
3.2 键盘设计...................................................... ..5
3.3 LED 显示电路.....................................................5
3.4 单片机系统...................................................... 6
3.5 DAC 芯片和放大电路设计............................................6
4 软件设计部分.....................................................7
4.1 系统总体流程................................................... .7
4.2 串口程序设计................................................... .7
4.3 单片机程序设计...................................................9
4.4 键 盘 响 应 程 序 设
计................................................ .9
4.5 LED 显 示 程 序 设
计..................................................9
4.6 DAC 控制程序设计............................................... ..9
5 成果展示与总结..................................... .......... ..10
参考文献...........................................................12
致 谢.............................................................13
附录 1 电路原理图...................................................14
附录 2 源程序.......................................................15
附录 3 器件清单.....................................................23
1
基于单片机的函数信号发生器设计
摘要:函数信号发生器是一种常用的信号源,广泛地应用于电子电路、自动控制系统
和教学实验等领域。目前常用的信号发生器大部分是函数信号发生器,且特殊波形发生器的
价格昂贵。所以本设计使用的是 AT89C51 单片机构成的发生器,可产生三角波、方波、正
弦波等多种特殊波形和任意波形,波形的频率可用程序控制改变。在单片机上加外围器件矩
阵式键盘,通过键盘控制波形频率的增减以及波形的选择,并用 LED 显示频率大小。在单
片机的输出端口接 DAC0832 进行 D/A 转换,在通过运放进行波形调整,最后输出波形在示
波器上显示。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。
关键词:信号发生器;单片机;波形调整
1
1 绪论
1.1 单片机函数信号发生器概述
为了实现输出多种波形的功能,基于单片机的控制及各电子器件与单片机间
的联合,编写相应的软件,设计一种信号发生器,以适应各种理论研究。
函数信号发生器是一种常用的信号源,广泛应用于电子电路、自动控制和科
学实验等领域。自六十年代以来信号发生器有了迅速的发展,出现了函数发生器,
这个时候的信号发生器多采用模拟电子技术,由分立元件或模拟集成电路构成,
其电路结构复杂,能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。
波形发生器亦称函数发生器,作为实验用信号源,是现今各种电子电路实验
设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前,市场上常见的波形发生器多为纯硬
件的搭接而成。信号发生器是一种悠久的测量仪器,早在二十年代电子设备刚出
现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展,四十年代出现了主要用于测试各
种接收机的标准信号发生器,使信号发生器从定性分析的测量仪器发展成定量分
析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号
发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂,电路比较简单,但功耗比较
大,因此发展速度比较慢。直到一九六四年才出现第一台全晶体管的信号发生器。
自六十年代以来信号发生器有了迅速的发展,出现了函数发生器。自从七十年代
微处理器出现以后,利用微处理器、模数转换器和数模转换器,硬件和软件使信
号发生器的功能扩大,产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主,
实质是采用微处理器对 DAC 的程序控制,就可以得到各种简单的波形。
国内外波形发生器产品比较早,在一九七八年,由美国 Wavetek 公司和日本
东亚电波工业公司公布了最高取样频率为 5MKz,可以形成 256 点存储长度波形
数据,垂直分辨率为 8bit,主要用于振动、医疗、材料等领域的第一代高性能
信号源,经过近三十年的发展,伴随着电子元器件、电路、及生产设备的高速化、
高集成化,波形发生器的性能有了飞速的提高。随着现代电子、计算机和信号处
理器等技术的发展,极大地促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用,使原有
的模拟信号处理逐步被数字信号处理所替代,从而扩充了仪器信号处理能力,提
高了信号测量的准确度、精准度和变换数度,克服了模拟信号处理的诸多缺点,
数字信号发生器随之发展起来。
2
目前我国已经开始研制波形发生器,并取得了可喜的成功。但总的来说,我
国波形发生器还没有形成真正的产业。就目前国内的成熟产品来看,独立的仪器
和 VXI 系统的模块很少,并且我国目前在波形发生器的种类和性能都与国外同类
产品存在较大的差距,因此加紧对此类产品的研制显得迫在眉睫。
2 整体设计思路
2.1 了解波形发生器的相关理论
该系统采用单片机作为数据处理及控制核心,由单片机完成人机界面、系统
控制、信号采集分析及信号的处理和变换。采用按键输入,利用 LED 显示电路输
出数字显示的方法。将设计任务分解为串口电路、按键电路、LED 显示电路等模
块。图(1)为系统的总体框图
放大
D/A0832
主控芯片
AT89C51
图(1)总体方框图
2.2 正弦波、方波、三角波的形成
所设计的函数信号发生器可以产生多种任意波形模拟信号,包括正弦波、方
波和三角波等。信号的产生采用直接数字合成的设计思想,所不同的是 DDS 产生
的信号是固化在 ROM 中的正弦波,通过波形查询和数模转换器产生不同频率的正
弦波,而此函数信号发生器中存储波的存储器是可以随机写入的,这样才可以正
真产生任意波形。此外,波形发生器的工作方式可以分为连续方式和突发方式。
连续工作方式是指存储在存储器中的数据在时钟的作用下连续不断的送给数模
显示
输出
键盘
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