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常用信号发生器的设计毕业论文.doc

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常用信号发生器的设计毕业论文.doc

0目录1.引言.............................................................................................................................11.1课题的来源与技术背景.......................................................................................11.2研究信号发生器的目的及意义.............................................................................11.3主要研究内容.....................................................................................................22.信号发生器的理论分析与设计方案...............................................................................22.1常用波形介绍.....................................................................................................32.1.1正弦函数...................................................................................................32.1.2方波波形函数............................................................................................32.2设计方案............................................................................................................42.2.1直接模拟法...............................................................................................42.2.2直接数字法...............................................................................................42.3信号发生器的基本结构框图................................................................................53.硬件系统设计..............................................................................................................63.1单片机的选取......................................................................................................63.2复位电路............................................................................................................73.3时钟电路............................................................................................................73.4可编程键盘/显示器接口芯片...............................................................................83.5键盘控制电路.....................................................................................................93.6数码显示电路.....................................................................................................93.7数模转换电路...................................................................................................103.8电源电路...........................................................................................................114.系统软件设计............................................................................................................114.1系统程序总体框图.............................................................................................114.2波形产生程序各部分流程图...............................................................................134.2.1正弦波形查表形成流程图........................................................................144.2.2三角波、锯齿波的形成............................................................................154.2.3方波的形成和实现...................................................................................154.2.4程序实现的功能......................................................................................165.总结.........................................................................................................................16谢辞...............................................................................................................................16参考文献........................................................................................................................1811.引言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2式,复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成vft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到了推动作用。目前可以利用可视化编程语言如VisualBasic,VisualC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。(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。2.信号发生器的理论分析与设计方案在测试与测量技术过程中,常用到已知波形的数字化生成,它在许多与测量有关的领域有着不可替代的作用。例如,数字化仿真,常被用于算法研究、模型研究、系统辨识或以蒙特卡罗法搜索模型与算法。任意波形发生器出现以后,给人们提供的不仅是一个通用的基础技术平台,而是在人们面前打开了通往无限宽广空间的一扇门,使得人们对于信号波形的掌握与应用再也不必局限于简单的正弦波、方波等几种有限的波形了,它可以按照人们提供的测量序列产生出几乎任意形状的连续波形信号。32.1常用波形介绍函数波形的一般表达式可以表示为,....,21tcccym,下面来介绍几种常用的函数波形32.1.1正弦函数正弦信号与余弦信号,两者只是在相位上相差2π,可以统称为正弦信号。其一般形式为ftAsinωtθ(1)式中,A为振幅,ω是角频率,θ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ω之间的关系为21fT(2)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000sintttAetft(3)图2指数衰减的正弦信号波形2.1.2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

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