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1、基于Proteus的波形发生器仿真设计作者姓名：孙亚飞 专业班级：2006060101 指导教师：吴建平摘 要本文实现了多功能波形发生器的设计。系统采用AT89C51单片机控制，DAC0832完成模数转换，键盘控制波形的频率、幅度。发生器产生三角波、方波、正弦波等波形，波形的频率可通过键盘控制，波形清晰、频率调整十分方便、稳定性好，产生合成波形只需修改源程序，不需改装电路。单片机的输出数字信号通过DAC0832转换成模拟信号，接入示波器就可以清晰的显示出系统产生的波形。该系统由仿真软件产生波形，具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等特点。关键词 ：波形发生器，AT89S52单片机，D/
2、A转换IBased on the simulation design Proteus waveform generatorABSTRACT：In this paper, implementing the design of multi-waveform generator. The system make use of AT89S52 micro controller, and DAC0832 complete conversion, keyboard control waveform frequency and amplitude. System produce triangle wave,
3、 square wave, sine wave and other wave, wave frequency can be controlled through the keyboard, a clear waveform, adjust conveniently. The system stability and produce more complex waveforms simply through modify the source, without conversion circuit. The output of the microcontroller s digital sign
4、al convert to analog signals through the DAC0832, accessing to the oscilloscope can display a clear waveform what the system produce. The system is simple, compact, low cost, superior performance and so on.Key words ： Waveform Generator MCU ADC 目录基于PROTEUS波形发生器的仿真设计I摘 要I第1章 前 言41.1波形发生器的概述41.2国内外波形发
5、生器的发展状况51.3研制波形发生器的目的及意义7第2章 PROTEUS的简介与使用82.1 Proteus的简介82.2 Proteus界面92.3 基本操作102.3.1 图形编辑窗口102.3.2 预览窗口122.3.3 图形编辑的基本操作122.3.4 原理图的绘制15第3章 基于PROTEUS波形发生器仿真设计173.1 单片机AT89C51概述173.1.1 AT89C51单片机的功能参数173.1.2 单片机管脚功能说明183.2 总体设计203.2.1 单片机电路203.2.2 D/A电路213.3 系统软件设计223.3.1 程序流程图223.3.2 系统主程序23第4章 系
6、统调试与结果分析294.1 系统模拟调试294.2 仿真结果错误！未定义书签。结论33致谢34参考文献35附录1 系统电路原理图36附录2 系统仿真原理图36第1章 前 言1.1波形发生器的概述信号源有很多种，包括正弦波信号源、函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成信号源等。一般来讲任意波形发生器是一种特殊的信号源，综合具有其它信号源生成能力，因而适合各种仿真实验的需要。在基础实验中设计一种电路，需要验证其性能、可靠性与稳定性，就需要给它施加理想的波形以辨别真伪。如可使用信号源的DC补偿功能对固态电路控制DC偏压电平，可对一个怀疑有故障的数字电路，利用信号源的方波输出作为数字
7、电路的时钟，同时使用方波加DC补偿产生有效的逻辑电平模式输出，观察该电路的运行状况，而证实故障缺陷的地方，总之，利用任意波形发生器这方面的基础功能能仿真基础实验室所必须的信号1。在实际的电子环境所设计的电路在运行中，由于各种干扰和响应的存在，实际电路往往存在各种信号缺陷和瞬变信号，例如过脉冲、尖峰、阻尼瞬变等(见图1-1，图1-2)，这些情况的发生，如在设计之初没有考虑进去，有的将会产生灾难性的后果。例如图1-1中a处过剑峰脉冲，如果给一个抗过冲能力差的电路，将可能会导致整个设备“烧坏”。图1-1 尖峰干扰脉冲 图1-2 阻尼瞬变由于任意波形发生器特殊的功能，为了增强任意波形生成能力，它往往依
8、赖计算机通讯输出波形数据。在计算机传输中，通过波形编辑软件生成波形，有利于扩充仪器的能力，更进一步仿真模拟实验。同时由于编辑一个任意波形有时需要花费很长的时间和精力，并且每次编辑的波形可能有所差异，一般会在任意波形发生器内配置一定数量的非易失性存储器。可以把所需要的波形从计算机接口下载到任意波形发生器的存储器中。综上所述，不论是在生产还是在科研与教学上，任意波形发生器是电子工程师信号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，而任意波形发生器己成为测试仪器中至关主要的一类，因此开发任意波形发生器具有重大意义。1.2国内外波形发生器的发展状况运用D
9、DS技术是设计任意波形信号发生器的一种通用手段，DDS不仅可以产生正弦波同时也可以产生任意波，这是其他频率合成方式所没有，任意波在各个领域有着广泛的应用。通过DDS这种方法产生任意波是一种简单、低成本的方法，通过增加波形点数可以使输出达到很高的精度，这都是其他方法所无法比拟的。自80年代以来各国都在研制DDS产品，并广泛的应用于各个领域。其中以AD公司的产品比较有代表性。如AD7008、AD9850、AD985l、AD9852、AD9858等。其系统时钟频率从30MHz到300MHz不等，其中的AD9858系统时钟更是达到了lGHz。这些芯片还具有调制功能。如AD7008可以产生正交调制信号，
10、而AD9852也可以产生FSK、PSK、线性调频以及幅度调制的信号。这些芯片集成度高，内部都集成了D/A转换器，精度最高可达12bit。同时都采用了一些优化设计来提高性能。如这些芯片中大多采用了流水技术，通过流水技术的使用，提高了相位累加器的工作频率，从而使得DDS芯片的输出频率可以进一步提高。通过运用流水技术在保证相位累加器工作频率的前提下，相位累加器的字长可以设计得更长，如AD9852的相位累加器达到了48位。而不是之前型号的32位，这样输出信号的频率分辨率大大提高了。同时为了抑止杂散，这些芯片大多采用了随机抖动法提高无杂散动态范围(这是由于DDS的周期性，输出杂散频谱往往表现为离散谱线，
11、随机抖动技术使离散谱线均匀化，从而提高输出频谱的无杂散动态范围)。运用DDS技术生产的DDS任意波型信号发生器是较新的一类信号源，并且已经广泛投入使用。它不仅能产生传统函数信号发生器能产生的正弦波、方波、三角波、锯齿波，还可以产生任意编辑的波形。由于DDS的自身特点，还可以很容易的产生一些数字调制信号，如FSK、PSK等。一些高端的信号发生器甚至可以产生通讯信号。同时输出波形的频率分辨率、频率精度等指标也有很大的提高。如HP公司的HP33120可以产生l0mHz15MHz的正弦波和方波。同时还可以产生l0mHz5MHz的任意波形。还具备调制功能，可以产生AM、FM、FSK、猝发、扫频等信号。H
12、P公司的HP33250可以产生1uHz80MHz的正弦波和方波，产生1uHz到25MHz的任意波形。BK PRECISION公司的4070A型函数级任意波形发生器产生的正弦波和方波输出频率DC-215MHz，频率分辨率10mHZ。同时还具有AM、FM、PM、SSB、BPSK、FSK、猝发、DTMFGeneration和DTMFDetection的功能。并且具有了和PC机良好的接口，可以通过WINDOWS界面的程序进行任意波形的编辑2。除了在仪器中的应用外，DDS在通信系统和雷达系统中也有很重要的用途。通过DDS可以比较容易的产生一些通信中常用的调制信号如：频移键控(FSK)、二进制相移键控(B
13、PSK)和正交相移键控(QPSK)等。DDS可以产生两路相位严格正交的信号，在正交调制和解调中的到广泛应用，是一种很好的本振源。为了进一步提高DDS的输出频率，产生了很多DDS与其他技术结合的频率合成方法。如当输出信号是高频窄带信号的时候可以用混频滤波的方法扩展DDS的输出，也可以利用DDS的频谱特性来产生高频信号，如利用较高的镜像频率输出。DDS和PLL相结合的方法也是一种有效的方法。这种方法兼顾了两者的优点，既有较高的频率分辨率，又有较高的频谱纯度。DDS和PLL相结合一般有两种实现方法：DDS激励PLL的锁相倍频方式和PLL内插DDS方式。在雷达中通过DDS和PLL相结合可以产生毫米波线
14、性调频信号，DDS移相精度高、频率捷变快和发射波形可捷变等优点在雷达系统中也可以得到很好的发挥4。可见，基于DDS技术的任意波形发生器的是能实现高稳定度、高精度、高分辨率的要求，频率切换速度快,体积小、价格便宜的特点,是一种很有发展前途的信号源。所以本设计采用此方案。近些年来，随着可编程逻辑器件（FPGA、CPLD等）的广泛应用，功能的不断强大，以及快速算法的不断出现。任意波形发生器也向自动化、数字化、高精度化方向发展。早期的DDS系统使用分离的数字器件搭接,随着整个电路系统运行频率的升高,采用分离器件构建的DDS电路有其自身无法克服的缺点,主要表现在电磁兼容和系统工作频率上。后来出现的专用D
15、DS芯片极大的推动了DDS技术的发展，但专用DDS芯片价格昂贵，且无法实现任意波形输出，近来,CPLD及FPGA的发展为实现DDS提供了更好的技术手段。FPGA(Field Programmable Gate Array) 是目前广泛采用的一种可编程器件,它的应用不仅使得数字电路系统的设计非常方便,并且还大大缩短了系统研制的周期,缩小了数字电路系统的体积和所用芯片的品种。而且它的时钟频率可达到几百兆赫兹,加上它的灵活性和高可靠性,非常适合用于实现波形发生器的数字电路部分。1.3研制波形发生器的目的及意义任意波形发生器是信号源的一种，它是具有信号源所具有的特点，更因它高的性能优势而倍受人们青睐。信号源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任意波形发生器，并取得了可喜的成果。但总的来说，我国任意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仪器插口，独立的仪器和VX工系统的模块很少，并且我国目前在任意波形发生器
