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1、基于单片机控制的函数信号发生器的设计,学生: 马琳 指导老师: 董晓丹 学 院:电子信息工程系 专 业:移动通信技术,研究目的及意义 课题研究内容 研究方案的设计与选择 硬（软）件设计构思 总结,1,2,3,4,5,答辩主要内容,研究目的及意义,函数信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于物理学、电工学教学实验，电子线路和微机原理、接口技术实验，自动化测控系统等领域。目前, 市场上常见的波形发生器多为纯硬件搭接而成。,利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其频率底线很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，
2、使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。,课题研究内容,本文是做基于单片机的信号发生器的设计，将采用编程的方法来实现三角波、锯齿波、矩形波、正弦波的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。,研究方案的设计与选择,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
3、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。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。 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
4、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。,硬件电路的实现原理与构思,如图所示80C51单片机为硬件系统的核心，单片机对键盘扫描读入键值确定波形与频率，通过显示电路显示频率值，通过数模转换器放大电路输出波形，通过示波器可以观察波形与频率，复位电路用于系统复位重启。,显示电路,键盘电路,单片机,数/模转换电路,复位电路,放大电路,波形输出,数/模电路,数/模转换电路,AT89C51单片机控制两片DAC0832的原理图：输出,AT89C51单片机,DAC 0832,DAC 0832,基准电压,D/A数模转换器的最大输出电压是由其输入的基
5、准电压来控制的，所以只要能控制D/A的基准电压便可 以控制输出幅度，实现幅度可调。所以设计用两片DAC0832来输出信号，第一片D/A用来输出信号，第二片D/A用来控制第一片D/A的基准电压。,系统电路原理图,系统原理分析,按下复位键后系统对8255初始化， PA口用于扫描键盘状态，PB口用于点亮一个数码管显示当前频率值，PC口用于选择数码管。通过扫描键盘将键盘状态通过P0送入单片机，如果扫描得出无按键按下则返回继续扫描直到有频率选择键按下，如果扫描得出频率不符即频率切换则重新置计数初值，更改调用频率选择子程序改变频率，否则不予改变继续往下执行。,系统原理分析,单片机通过P2口发出控制信息，一
6、方面控制8255的PB口、PC口来输出当前频率选择值。根据键盘扫描值判断波形选择按键是否按下，没有按下则返回等待，继续扫描直到有波形选择按键按下。有键按下但是不符即波形已经切换，则更改波形选择特征值更改波形调用子程序，根据预先设计好了的表文件控制DAC0832实现模拟到数字转换输出相应波形。,软件设计的构思,1 幅度控制 由于D/A数模转换器输出的最大幅度可以用其基准电压来控制，所以控制第二片D/A数模转换器输出给第一片D/A数模转换器的电压值就可控制信号幅度。因此，送入第二片的值是几个固定的值。由于DAC0832内部具有锁存器，所以只需向第二片D/A送值一次，直到下一次改变信号幅度。,2 频
7、率控制单片机内部数据只有0、1之分，所产生的信号也都是离散信号。为了能够让单片机输出所需的数字信号，我们采用对信号采样、量化的方法来实现由单片机产生所需信号。在本设计中，对信号的四分之一周期采样19个幅度值，通过反复查表来输出幅度值，而整个信号是通过正查表和逆向查表来实现的。采样的点越密，信号失真度也就越小。两次采样点的输出时间间隔是由定时、计数器来控制，因此，通过控制不同的计数初值就可以控制整个信号的频率。,主程序流程图,方波仿真,如图为方波图，当“S0”键按下时将产生方波。横坐标为时间轴每小格表示 1.33ms，纵坐标为幅值轴每小格为1.00mv。,正弦波仿真,如图为正弦波图，当“S1”键
8、按下时将产生正弦波。横坐标为时间轴每小格表示 1.33ms，纵坐标为幅值轴每小格为1.00mv。,三角波仿真图,如图为三角波图，当“S2”键按下时将产生三角波。横坐标为时间轴每小格表 1.33ms，纵坐标为幅值轴每小格为1.00mv。,总结,这个信号发生器的设计中涉及到一个典型的控制过程。通过单片机控制数转换器DAC0832等几个芯片产生所需要的电流，然后使用运算放大器可以将其电流输出线性地转换成电压输出，通过程序的控制，可以产生一系列有规律的波形。,此设计方案硬件较为简单，主要是由单片机跟DAC0832等几个芯片构成，连线也较简便。键盘电路为独立未编码结构，一个键控制一个波形。显示电路主要是由发光二极管构成，利用发光二极管的导通即发光的特性来显示是哪个波形的输出，简单易懂。软件程序方面较为复杂一点，此方案主要是靠程序的控制，主要由4个波形产生的子程序加上有承上启下作用的主程序构成，程序思路比较清晰。,THE END谢谢！ 请各位老师批评指正！,
