函数发生器的设计毕业设计说明书

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计（论文）题目:函数发生器的设计 专 业: 通 信 技 术 班 级: 学 号: 姓 名: 指导教师: 年 月 日四川信息职业技术学院毕业设计任务书学生姓名 学号 班级 通技 06-2 专业 通信技术设计题目 函数发生器的设计指导教师姓名 职称 工作单位及所从事专业 联系方式 备注讲师/工程师高级工程师设计内容：设计一个能产生多种函数波形的信号发生器，要求该系统具有如下特点和功能：1 能产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波，且波形频率和占空比可调；2 频率范围：100Hz1MHz，连续可调；3 矩形波占空比：30%60%，连续可调；4 输出电压：U P-P 1V。进度安排：2008.92008.10：完成资料的收集；2008.102008.11：完成设计的逻辑组织结构；2008.112008.12：编写设计与答辩。主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：1 芯片实验室.2 李金奎.单片机应用.北京：高等教育出版社，20063 苏平.单片机原理与接口技术.北京：电子工业出版社，20034 李维祥，孙秀强，孙桂玲等.MCS-51 单片机原理与应用.天津：天津大学出版社，20015 张红润，易涛.单片机应用技术教程.北京：清华大学出版社，20036 唐程山.数字电子技术.北京：人民邮电出版社，20057 叶淬编.电工电子技术.北京：化学工业出版社，20048 郑应光.模拟电子技术.江苏：东南大学出版社，2005审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。四川信息职业技术学院毕业设计说明书目 录摘 要 .1第 1 章 绪 论 .21.1 函数发生器的发展 .21.2 函数发生器设计的背景 .21.3 函数发生器实现的特色功能 .2第 2 章 系统设计 .42.1 方案论证 .42.2 方案选择 .5第 3 章 单元电路设计 .63.1 单片机主控模块 .63.2 I/O 扩展模块 .63.3 D/A 转换模块 .73.3.1 D/A 选择 .73.3.2 D/A 输入设计 .83.4 波形产生模块 .93.5 增益放大模块 .113.6 人机接口 .113.6.1 键盘模块 .113.6.2 显示模块 .123.7 频率计算模块 .123.8 电源模块 .133.9 总体电路 .13第 4 章 软件设计 .164.1 流程图及设计 .164.2 软件系统的使用说明 .20第 5 章 调试 .22四川信息职业技术学院毕业设计说明书I结 论 .24致 谢 .25参考文献 .26附录 1 单片机端口分配表 .27附录 2 程序代码 .28附录 3 总电路原理图 .35四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 0 页 共 35 页摘 要函数信号发生器作为一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学研究等领域。它是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备，因此是电子测试系统的重要部件，是决定电子测试系统性能的关键设备。它与示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普通、最基本的，也是得到最广泛应用的电子仪器之一。本文设计了一款基于 AT89C51 单片机、MAX038 芯片实现的函数发生器，可以产生频率、幅度可调的正弦波、方波、三角波、三种周期性信号，输出波形失真小于 0.75%，频率可调范围为 ，矩形波占空Hz10M比可调范围为 30%60%。该函数发生器具有成本低廉、结构简单、人机界面友好等特点，在教学方面具有较高实用价值。关键词 单片机；函数发生器；频率；幅度；占空比四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 0 页 共 35 页第 1 章 绪 论1.1 函数发生器的发展波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，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。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，多为正弦、方波、三角等波形。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，使用单片机技术开发的函数发生器性能更加优良，随着单片机的普遍应用，与单片机结合开发的函数发生器也将得到广泛应用。1.2 函数发生器设计的背景函数发生器能提供正弦波、方波、三角波等多种波形，有的还同时具有调制和扫描能力，在我们的大学电子实验室、科研机构研究实验室、工厂开发实验室等有着广泛的应用，特别是在基础教育方面应用更加广泛。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形） ，信号源在电子实验和测试处理中，提供信号驱动电路正常工作。一般来说任意波形发生器，是一种特殊的信号源，综合具有其它信号源波形生成能力，因而适合各种仿真实验的需要。但为了增强任意波形生成能力，它往往依赖计算机通讯输出波形数据。在函数发生器的发展中功能越来越多，结构上也越来越复杂，体积也越来小。但是在整体设计的造价上花费越大，对于使用者来说操作过于复杂。综合上述，我设计了一款面向教学使用的函数发生器。该函数发生器体积小、重量轻、操作简单。对于购买者，在价格上更有着比其它同性能的函数发生器更低的价格。1.3 函数发生器实现的特色功能为了克服函数发生器在教学使用中输出波形易失真、精度低、价格昂贵及不易携带等缺点，设计一款能产生多种函数波形的函数发生器，要求该系统具有如下特色功能：四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 1 页 共 35 页1能产生正弦波、方波、三角波，且波形频率和占空比可调；2频率范围： ，连续可调；Hz10M3矩形波占空比：30%60%，连续可调；4输出电压： 。PUV本文设计函数发生器是由软件和硬件相组合，产生在教学使用中常见的三种波形信号，即正弦波、方波、三角波三种信号。信号输出的频率、占空比范围宽，输出信号幅度可调，并且输出频率可以显示，体积小，价格低廉，克服函数发生器在教学使用中的缺点。四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 2 页 共 35 页第 2 章 系统设计2.1 方案论证根据题目的要求，本信号发生器可分解为以下几个部分，结构框图如图 2-1所示。图 2-1 函数发生器组成结构一般有如下几种实现方案：方案一：采用直接数字频率合成（DDS）芯片实现： DDS 是较为先进的一种频率合成技术，基于 DDS 技术的波形发生器具有输出频率稳定、准确，波形质量好和输出频率范围宽等一系列独特的优点。此种方案是向 DDS 芯片写控制字，通过改变相位累加字来实现，常见的 DDS 芯片，如 AD9954 等，只有正弦波输出，要产生三种波形，需外接波形变换电路。方案二：采用单片机结合 MAX038 芯片完成设计。MAX038 是一个精密高频波形产生器，它能产生高频正弦波、三角波、方波，输出频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别地控制。所需的输出波形可由在 A0 和 A1 输入端设置适当的代码来选择；单片机通过 D/A 芯片输出模拟信号，此模拟信号控制MAX038 输出波形。在最后的波形输出端通过运放放大输出波形信号；单片机主I/O 扩展波形产生MCU 控制单元周期计算按键信号放大D/A 转换显示四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 3 页 共 35 页要控制 D/A 芯片连接、显示，最终采用 LED 数码管显示频率。2.2 方案选择第一种方案采用晶体振荡器作为时钟，因此，频率稳定度很好，但均需外接波形变换电路，通常采用二极管电阻网络来实现正弦波到三角波变换，且还须外接多个 VCO，所以电路较复杂；第二种方案采用单片机结合 MAX038 芯片设计函数发生器。单片机性能优良，价格低廉，应用普遍。MAX038 芯片是 MAXIM公司生产的一个只需要很少外部元件的精密高频波形产生器，它能产生准确的高频正弦波、三角波、方波。输出频率和占空比可以通过电流、电压或电阻来调整，并且占空比与频率的调节互不干扰。在硬件的使用上充分利用单片机最小应用系统，而且还有可扩展的部分。从总的设计上来说该设计方案造价低廉，性能优良。综合上述，第二种方案设计合理，价格低廉，所以采用第二种方案设计。原理结构框图如下：图 2-2 函数发生器原理结构MAX038AT89C51 单片机显示D/A 转换74LS74信号放大按键I/O 扩展四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 4 页 共 35 页第 3 章 单元电路设计3.1 单片机主控模块系统采用 AT89C51 单片机作为控制核心。AT89C51 单片机与 MCS-51 系列单片机产品兼容，采用了 Flash 存储器结构，可以在线下载程序，易于日后的升级。它主要负责各个模块的初始化工作；可以设置定时器、寄存器的初值；处理按键响应；LED 数码管显示等。硬件电路连接如图 3-1 所示。本设计采用人工复位，时钟频率为 晶振。MHz12P1.0，P1.1，P1.2，P1.3，P1.4 为按键模块的接口。D03 Q0 2D14 Q1 5D27 Q2 6D38 Q3 9D413 Q4 12D514 Q5 15D617 Q6 16D718 Q7 19OE1 LE11U374LS373A1A2A3A4A5A6A7A8E1E2E3E3E1E2U312MHzC130PFC2 30PFR1 200R21K+C3 22uFS5SW-PBXTAL218XTAL119RST9PSEN29 ALE30EA31P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67P0.0/AD0 8P0.1/AD1 9P0.2/AD2 10P0.3/AD3 11P0.4/AD4 12P0.5/AD5 13P0.6/AD6 14P0.7/AD7 15P2.0/A8 16P2.1/A9 17P2.2/A10 18P2.3/A11 19P2.4/A12 20P2.5/A13 21P2.6/A14 22P2.7/A15 23P3.0/RXD 24P3.1/TXD 25P3.2/INT0 26P3.3/INT1 27P3.4/T0 28P3.5/T1 29P3.6/WR 30P3.7/R