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1、目录目录 01.1 波形发生器的进展状况 01.2 国内外波形发生器产品比较 15.1 主流程图 65.2 正弦波仿真图 65.4 方波仿真图 71. 波形发生器概况在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和运算机等 技术领域，常常需要用到各类各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速进展， 用集成电路可很方便地组成各类信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发 生器与其它信号波形发生器相较，其波形质量、幅度和频率稳固性等性能指标， 都有了专门大的提高。1.1 波形发生器的进展状况波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户概念信号，并保证高精度、高 稳固性、可重复性和易操作性的电子
2、仪器。函数波形发生器具有持续的相位变换、 和频率稳固性等长处，不仅能够模拟各类复杂信号，还可对频率、幅值、相移、 波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通信，组成自动测试系统， 因此被普遍用于自动控制系统、震动鼓励、通信和仪器仪表领域。在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介 于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常常利用 标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方式。那个时 期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件组成的电路存在着尺寸大、 价钱贵、功耗大等缺点，而且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构超级复
3、杂。 同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节， 因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速进展，出现了多种工作频率可过GHz的DDS芯片，同时也推动了函数波形发生器的进展，2003年，Agilent 的产品 33220A 能够产生 17 种波形，最高频率可达到 20M， 2005 年的产品 N6030A 能够产生高达500MHz的频率，采样的频率可达1.25GHz。由上面 的产品能够看出，函数波形发生器进展专门快近几年来，国际上波形发生器技术 进展主要体此刻以下几个方面：（1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小
4、，输出波形频率的提高，使得 波形发生器能应用于愈来愈广的领域。波形发生器软件的开发正使波形数据的输 入变得加倍方便和容易。（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 运算机的插卡和新近开发的VXI模块。（3）随着信息技术蓬勃进展，台式仪器在走了一段下坡路以后，又从头繁 荣起来。1.2国内外波形发生器产品比较早在 1978 年，由美国 Wavetek 公司和日本东亚电波工业公司发布了最高 取样频率为 5MHz ，能够形成 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，通过快要30年的进 展，伴随着电子元器件
5、、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。变得操作愈来愈简单而输出波形的能力愈来愈强。波形操 作方式的好坏，是由波形发生器控制软件质量保证的，编辑功能增加的越多，波 形形成的操作性越好。2. 系统功能分析2.1 方案设计在单片机的应用实例中，数据的收集及 AD、DA 芯片的利用起着专门大的作 用；所以咱们很有必要对AD收集、DA输出及相应芯片的实用做一个深刻的熟悉 和理解。本设计要求实现的功能：对收集到的数据进行循环显示，能够实现一个 简单波形发生器的功能（能够产生正弦波、三角波、方波），也能够实现对波形 幅度和频率的调节。由于咱们常常利用的单片机为AT89C51
6、,且也知足要求，因 此设计中单片机采用的是AT89C51, AD收集芯片采用的是TLC2543，对两个电位 器电压进行两路收集；DA输出用到的是三总线结构的DAC0832和SPI总线的 TLC5615，同时用到了 DC-DC，能够实现单极性和双极性输出。显示电路采用的 是五个数码管,能够显示幅度和频率。按键能够进行波形切换（采用触发按键） 运放芯片采用的是 LM358 组成的运放电路。2.2系统框图图 1 系统组成框图图 1 是系统的组成框图，系统采用 5V 电源供电， AD 收集两个电位器上的 电压，然后转换为数字量送入单片机，单片机通过处置进行显示（通过 5位数码 管），而且DA输出；DA
7、输出有两路：DAC0832和TLC5615，别离通过运放， 然后DC-DC产生双电源，能够单极性和双极性输出。另外，按键控制模式的切 换。3. 硬件原理3.1 AD收集设计如图 2 所示， AD 收集芯片采用的是 TI 公司生产的 12 位串行模数转换器 TLC2543；分辨率可通过控制字调节；它有11个模拟输入通道；总线形式为SPI。 AD 输入端接的是两个电位器（即收集电位器两头的电压）作为模拟输入量；电 压范围为0-5V。通过调节电位器，能够改变输入量的值，进而达到控制DA输出 的目的。ILC2543GNDAINOVCCAIN1E0CAIN2I-O cLAIN3DinAIN4DoutAI
8、N5CSAIN6KEF-AIN7REF-AIN8AIN10GNDAIN919Pl .417Pl .516Pl .615Pl .71413_J22ji图 2 AD 收集电路3.2 DA输出设计本设计采用了两种输出方式，一种是单总线的DAC0832, 种是SPI总线的 TLC5615；单片机进行数据处置后，就输入给DA芯片；然后通过运放电路，输出 相应的波形。TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模 转换器。10位电压输出；5V单电源工作；与微处置器串行接口（SPI）；最大输 出电压是基准电压的2倍；（基准电压取2V- （VDD-2） V,通常取2.048V）；输
9、 出电压具有和基准电压相同的极性。如图3和图4，别离是TLC5615和DAC0832输出的电路图。:CGND|TLC5615SCLK止cs34DINnix vcc SCLK OUT & EEHN DOUTAGND2VCCnr R45iGND图4 DAC0832输出图3 TLC5615输出3.3 运放电路设计本设计运放电路主要有两个作用是进行电流转电压，二是进行单极性和双极性输出。运放芯片用的是LM358；如图5所示古2K.1运放电路图5P HfrSbd&f 3OPTO1-Teadet 2CKTOl.SKCi i 03iout vec iirr- 20 err i .时亠：uisr-G-TSED
10、2UM十H-MHler 2-工主如果说一下那个电路。DAC0832是电流型输出；所以第一级运放，将电流 转换为电压。通过9脚（Rfb）和11脚（IOUT1 ）内部的反馈电阻（此电阻阻值 在10K15K，此电阻主如果起采样的作用）。输出的电压即为单极性输出（0-5V），然后第二级运放，其实就相当于一个加法器：Vo二-（2R/2R*VRef + 2R/R*Vol）取得输出电压为-5V- +5V转变，在硬件上实现了单极性和双极性的转换。4. 软件设计4.1 软件控制流程系统每隔1秒钟AD对电位器两头的电压进行收集，然后滤波,计算和显示。 中断里对计算处置的值进行相应的取点输出，产生波形。上电默许状态
11、为AD循 环收集而且显示。不同波形的切换是通过按键来实现的。调节电位器，使其两头 电压转变，AD收集到的数据会相应转变，然后通过处置，DA会输出不同幅度 和频率的波形，实现了对幅度和频率的调节。4.2 幅度和频率处置（1）第一说一下幅度是如何实现调节的。幅度的调节用到下面的公式：SIN-#80H） *Ua （取相乘后结果的高八位）+#80H，Ua为收集到的数字量，SIN 为查正弦表取得的值。-80H是因为正弦表第一个数据就是80H （查的表是单极性 的），相对应的应该是0V。乘以Ua然后取结果的高八位，就相当于除以FFH,也 就是乘以了一个比例系数，加上80H就是使得输出从头变成单极性输出。乘
12、以一 个比例系数，那个比例系数是转变的；从而实现了幅度的调节。（2）频率的调节；频率的调节主如果用中断按不时长来实现的。中断程序 中我就是取数然后 DA 输出，通俗的讲就是说我每一个那个按不时长就去取一个 点然后DA输出；也就是说按不时长T乘以一个周期取得点数256/N取得的就 是周期T,从而可取得f=1/T；那么按不时长也就取得了： T=1000000/（256/N *f）,咱们能够把f和AD收集到的数据Ua成立必然的关系，改变Ua,按照公式 能够看出，按不时长也会随之改变，从而达到调节频率的目的。对于频率分段处置，考虑到的问题就是若是周期内点数固定的话，比如只取 256个点，那么就达不到很
13、高的频率；因为 广必需保证中断程序能够走完；T 有一个最小值，那么在固定点数的情形下，就会有一个最大值。所以咱们要通过 改变周期内取得点数，来提高频率。对于f和Ua的关系，咱们遵循的是f=k（Ua+b） 那个公式，如此能够大体保证在固定频率段，频率和采样值能够呈线性关系。对 于具体关系能够自己设定（要保证中断程序能够走完）。同时对于段之间的节点 处频率的衔接问题，是通过改变b来实现的。5. 设计实现效果通过示波器测试，正弦波（DAC0832输出），单极性输出，幅度能够实现05V 之内的调节；而且幅度值误差在0.1V左右；频率实现0-607Hz的调节，误差在 02Hz之内。三角波（DAC0832
14、输出），单极性输出，幅度可实现05V之内调节, 误差在0.2V左右;频率可实现0360Hz的调节，误差在02Hz之内。方波（TLC5615 输出），单极性输出，幅度可实现 04V 调节，误差在 0.2V 之内；频率可实现 100385Hz之内的调节。经测试，系统达到了预定的指标。5.1 主流程图图 4.1 主程序流程图5.2 正弦波仿真图图 6 正弦的波仿真5.3 三角波仿真图图 7 三角波仿真三角波产生是通过P0 口将00H送入寄放器A中，DAC0832输出A中的内容, 通过A中数值的加1递升，同时延时，当A中的内容为OFF时，A中的内容减1 递减，从而循环产生三角波。5.4 方波仿真图图
15、8 方波的仿真方波产生是通过P0 口将00H输出给DAC0808，输出对应模拟量，然后读 取P2 口的状态，取反后作为延时常量，延不时刻到，将FFH输出时，一样输出 对应模拟量，再延时，从而取得方波。6. 设计心得在本次设计的进程中，我发觉很多的问题，虽然以前还做过如此的设计但这 次设计真的让我长进了很多。对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主如 果解决程序设计的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题 的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计进程中大 部份时刻是用在程序上面的。很多子程序是能够借鉴书本上的，但如何衔接各个 子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。因此能够说单片机 的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。要设计一个成功的电路，必需要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设 计进程中，花费时刻最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如在多 种方案的选择中，咱们仔细比较分析其原理和可行的原因。这就要求咱们对硬件 系统中各
