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1、毕毕业业设设计计任任务务书书设计题目: 函数信号发生器设计系 部: 电子工程系 专 业: 应用电子技术 学 号: 0503100102 姓 名: 指导教师: 2012年 11 月河南工业职业技术学院- 2 -摘摘 要要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。目前使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距阵式键盘，通过键盘控制波形频率的增减以及波形的选择，并用了 LCD 显
2、示频率大小。在单片机的输出端口接 DAC0832 进行 D/A 转换，再通过运放进行波形调整，最后输出波形接在示波器上显示。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。在介绍 DAC0832 芯片特性的基础上,论述了采用 DAC0832 芯片设计数字函数信号发生器的原理以及整机的结构设计。对其振荡频率控制、信号输出幅度控制以及频率和幅度数显的实现作了较详细的论述。该函数信号发生器可输出三角波,方波和正弦波。关键词关键词： 信号发生器 单片机 DAC0832 波形调整 LED河南工业职业技术学院- 3 -AbstractAbstractSignal-generator is a ki
3、nd of signal source in common use, broadly applied at the electronics electric circuit, auto control system and teaching experiment etc. Currently used mostly function signal generator signal generator, waveform generator and a special price of expensive . So the dissertation is usage of the AT89s51
4、 single-chip microcomputer constitute of wave-form generator, which can generate triangle wave, square wave, sine wave etc variety wave-form, the period of wave can be controlled by procedure, at outer circle spare part of the machine, plus independence type keyboard , which can control wave increas
5、e or decrease of form-frequency and the choice of wave-form, at the same time LED display frequency size. The output of the machine connect DAC0832 to carry on a DA conversion，again pass operation amplifier to put an end exportation wave-form. This design has advantage of simple circuit, tightly pac
6、ked structure, cheap price, superior function etc.Based on the introduction of MAX038 , we discussed the principle and the whole frame of the digital function signal generator. We described the control of the oscillatory frequent , amplitude and the digital display in detail. Thegenerator can output
7、 three kinds of waves : sine wave , square wave , triangle wave.KeywordsKeywords： signal generator MCU DAC0832 wave-form 河南工业职业技术学院- 4 -adjustment LED1目目 录录摘 要2第 1 章 绪论1.1 课题的来源与技术背景51.2 研究信号发生器的目的及意义.51.3 主要研究内容6第 2 章 电路方案的确定2.1 方案的提出和选择 82.2 电路框图及工作原理 9第 3 章 单元电路设计3.1 单片机模块 .103.2 电源模块 .113.3 D/A
8、转换模块123.4 键盘输入模块 .153.5 显示模块 .163.6 I/V 转化模块17第 4 章 电路软件设计4.1 系统总框图 .194.2 显示子程序 .204.3 按键子程序 .21第 5 章 设计实现与总结河南工业职业技术学院- 5 -致 谢 26参考文献 27附 录 28第 1 章 绪论1.1 课题的来源与技术背景不论是在生产还是在科研与教学上，信号发生器都是电子工程师仿真实验的最佳工具。随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，信号发生器己成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信号发生器具有重大意义。传统的信号发生器采用专用芯片，成本高，控制方式
9、不灵活。本设计充分利用单片机灵活的控制、丰富的外设处理能力，采用DDS技术，实现频率、幅值可调的函数波形的输出，同时可以根据需要方便地实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能，具有良好的实用性。根据其频率发生方法又可分为谐振法和合成法两种。一般的传统发生器都是采用的谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，来获得所需频率，也可以根据频率合成技术来获得所需频率。利用频率合成技术制成的合成波形发生器，通常被称为频率合成器或频率综合器。频率综合器是指利用频率合成技术合成的频率源，它常常是没有调制的，也没有足够宽的和足够准确的输出电平调节，其工作范围往往也不宽，最小频率间隔也比较大，一般做专用设备
10、使用，或做某一个系统中的一个组成部分。1.2 研究信号发生器的目的及意义波形发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供所需要的己知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它的应用非常广泛。它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。目前我国己经开始研制波形发生器，并取得了可喜的成果。但总的来说，我国河南工业职业技术学院- 6 -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，多为一些PC仪器插卡，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
11、国外同类产品存在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。函数波形发生器发展很快近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面： （1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成v=f(t)形式的波形方程的数学表达式产生。从而促进了波形发生器向任意波形发生器的发展，各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起
12、到了推动作用。目前可以利用可视化编程语言(如Visual Basic, Visual C等等)编写任意波形发生器的软面板，这样允许从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。（2）与VXI资源结合。目前，波形发生器由独立的台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新近开发的VXI模块。由于VXI总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用VXI系统测量产生复杂的波形，VXI的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发VXI模块的周期长，而且需要专门的VXI机箱的配套使用，使得波形发生器VXI模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。在民用方面，VXI模块远远不如台式仪器更为方便。（3）随着信息
13、技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来。不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。1.3 主要研究内容（1）理论基础分析。了解波形发生器的相关理论，包括几种常用波形，如正弦波、方波等，然后介绍了波形发生器的主要方案及原理。（2）硬件系统设计。主要包括以下几个模块：串口电路；键盘、LED显示电路；单片机系统；DAC芯片和放大电路设计。 河南工业职业技术学院- 7 -（3）软件系统设计。主要有：系统总体流程设计；串口程序设计；单片机程序设计；键盘响应程序设计；LED显
14、示程序设计；DAC控制程序设计。（4）系统仿真调试。通过计算机进行模拟仿真调试。常用波形介绍常用波形介绍函数波形的一般表达式可以表示为 ，下面来介绍几种常用的),(21tcccym函数波形3：正弦函数正弦函数正弦信号与余弦信号，两者只是在相位上相差 2，可以统称为正弦信号。其一般形式为f (t)=Asin(t+ ) （1） 式中，A 为振幅， 是角频率， 为初相位。上述三量是正弦信号的三要素。它的波形见图 1。正弦信号是周期信号，其周期T 与频率f 及角频率 之间的关系为：（2）21fT图 1 正弦波形在实际应用中经常遇到单边指数衰减的正弦信号，其波形如图 2 所示，表达式 为：（3）)0()
15、0( 0sin)(tttAetft图 2 指数衰减的正弦信号波形河南工业职业技术学院- 8 -方波波形函数方波波形函数方波函数是一种常用的波形函数，其表达式为：（4） )2()20( )( TtTTt tf 方波的波形如图 2-3 所示：图 3 方波波形第 2 章 电路方案的确定2.1 方案的提出和选择 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：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能
16、良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。方案三：采用单片机编程的方法来实现，利用数模转换器 DAC0832 通过查表得方式输出需要的波形，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。河南工业职业技术学院- 9 -鉴于方案一的信号频率不够稳定和方案二的电路复杂，频率覆盖系数难以达标等缺点，所以决定采用方案三的设计方法。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。2.2 电路框图及工作原理数字信号可以通过数/模转换器转换成模
