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1、低频数字信号发生器的设计学 校： 昆明理工大学 专 业： 电子信息工程 姓 名： 指导教师单位：昆明理工大学 指导教师姓名： 指导教师职称：讲师 The Design of Digital SignalGenerator of Low FrequencyUniversity: Kunming University of Science and Technology Major: Electronic Information Engineering Name: Name of Advisor: Unit of Advisor: Kunming University of Science and
2、Technology Professional Title: Lectorate 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 概述11.2 设计要求2第2章 设计的整体构思32.1 输入输出电路的构思32.3 软件设计的构思42.3.1 幅度控制42.3.2 频率控制42.3.3 波形的产生52.4 本章小结5第3章 硬件电路设计63.1 系统总体电路图63.2 单片机最小系统83.3 单片机与DAC0832的接口技术103.3.1 DAC0832简介103.3.2 LM324功能133.3.3 DAC0832和MCS-51的接口143.4 按键及显示电路设计163.4.1 按键的设
3、计163.4.2 显示电路的设计173.5 本章小结18第4章 软件部分的设计194.1 软件总体流程194.2 各部分软件设计204.2.1 键盘显示模块设计204.2.2 波形产生模块的设计224.3 本章小结27第5章 系统的安装与调试285.1 系统设计的安装与调试285.2 系统的各部分调试285.2.1 系统硬件调试285.2.2 系统软件调试295.3 在调试过程中遇到的问题295.4 本章小结30结论31总结与体会32致 谢33参考文献33附一：英文翻译34摘 要各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、锯齿波和方波等是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这
4、几种信号的发生装置。为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分有必要的。本文研究的是利用AT89S51单片机和数模转换器件DAC0832产生不同波形的低频信号源，其信号幅度和频率都是可以按要求控制。文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和接口方法，波形产生的原理以及波形频率幅值调节控制的方法。本次关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都基本能满足实验的要求，而且具有较强的可行性。该信号源的特点是：体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。关键词：信号发生器；单片机；DAC0832；AbstractVarious signals a
5、re an important part of correspondent area. In this area, sine wave, triangle wave and square wave are common signals. In science research and teaching experiment, we often need the occurrence equipment of these signals. In order to make the experiment and research easier, to develop a suitable, ful
6、l functional and easily used signals source is essential.This paper introduces the low frequency sources of different signals that are produced by AT89S51 MCU and DAC0832. Its signal range and frequency can be controlled by requirement. This paper compendium introduces the principle and the interfac
7、e of the DAC0832 Digital Analog Converter. What is more this paper gave us the way to get the different wave of different frequency and different amplitude.This signal source design plan concerns on producing different low frequency signals, not only meet the request of experiment in theory and in p
8、ractice, but also have strong feasibility. The trait of this signal source is: small volume, low price, stable function, easily achievable, and full function.Keywords：Digital Signal Generator；MCU；DAC0832；第1章 绪论1.1 概述当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步，给人们带来了根本性的转变，给人们的生活和工作带来了很多的便利。现代电子领域中，单片机的应用正在不断
9、的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响汽车，处处可见其应用。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。数字信号发生器，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。实验室，我们经常采用数字信号发生器作为信号源来产生各种频率幅值不同的波形以满足不同实验的不同要求。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。信号发生器种类比较繁多，性能上各有差异，但是它们都
10、可以产生不同频率的正弦波、调幅波、调频波信号,以及各种频率的方波、三角波、锯齿波和正负脉冲波信号等。利用信号发生器输出的信号,可以对元器件的特性及参数进行测量,还可以对电工和电子产品整机进行指标验证、参数调整及性能鉴定。在多级电路传递网络、电容与电感组合电路、电容与电阻组合电路及信号调制器的频率、相位的特性测试中它都得到广泛的应用。传统的一般可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领
11、域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC要很大。大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证。体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。本设计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，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。1.2 设计要求本课题的主要任务是在深入了解信号发生器波形产生原理的基础上。利用单片机来设计一款数字
12、式低频信号发生器，主要技术指标包括：1、 波形：方波、正弦波、锯齿波；2、 幅值电压：1V、2V、3V、4V、5V；3、 频率：10Hz、20Hz、50Hz、100Hz、200Hz、500Hz、1KHz 课题包括硬件设计和软件设计两大部分，其中硬件部分要完成原理电路图的设计以及制作。软件部分包括程序设计、烧录、以及单片机调试，最后完成整机的调试运行。第2章 设计的整体构思电路整体框图如下图1所示：AT89S51DAC0832DAC0832键盘LED显示基准电压输出图1 系统整体框图本课题是主要思想是：从单片机处理系统查询频率存储单元（存放信号频率值），并开始执行信号生成程序，通过D/A转换器和
13、两级运算放大器，将数字量变成模拟量，从而得到超低频的波形信号，其波形信号的频率可以由键盘快速方便的调节。其波形信号的幅值，可以由控制D/A转换器的参考电压，从而实现波形信号幅度的控制，本设计用单片机控制所产生信号的幅度，并且充分地利用了单片机强大的程序控制和计算功能，采用查表的方法利用软件生成了各种信号，从而大大地节省了硬件开销，动态地实现了目标信息的模拟。2.1 输入输出电路的构思在本设计中，键盘显示部分我们用到四个按键。一个用来选择输出波形的种类：按一次输出方波，再按一次，输出锯齿波，再按一次输出正弦波，如此反复；另外一个用来调节波形频率的大小：其设计思路是，使波形的频率随着按键次数的增加
14、而增加；还有一个按键用来调节输出波形幅值的大小，其设计思路是，使波形的幅值随着按键次数的增加而增加；另外一个按键用来确认输出波形。在显示部分，本设计采用动态显示。总共设置六位显示，第一位用来显示输出波形的种类，比如，当LED显示0的时候输出方波，显示1的时候输出锯齿波，显示2的时候输出正弦波。波形的输出是由按键来控制的。第二位到第四位用来显示输出波形的频率，第五位和第六位用来显示输出波形的幅值。2.3 软件设计的构思2.3.1 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。2.3.2 频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
