基于单片机的函数发生器的设计的开题报告.doc

*本科学生毕业设计(论文)开 题 报 告系（分院）： * 课题名称： 基于单片机的函数发生器的设计专 业： 电 子 信 息 工 程 班 级： 电信* 学号：* 学生姓名： 王 刚 指导教师： 施耐庵 职称： 助教 日 期： 2012年12月23日 一、毕业设计（论文）选题的目的和意义信号发生器亦称函数发生器，主要作为实验用信号源，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，波形种类多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。用分立元件组成的函数发生器，通常是单函数发生器且频率不高,其工作不很稳定,不易调试;用集成芯片的函数发生器，可达到较高的频率和产生多种波形信号,但电路较为复杂且不易调试。利用单片集成芯片的函数发生器，能产生多种波形,达到较高的频率,且易于调试;利用专用直接数字合成dds 芯片的函数发生器，能产生任意波形并达到很高的频率,但成本较高。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。现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，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。信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，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。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。此设计研究的主要内容和重点则是： 利用at89c51单片机和两片dac0832数模转换器，组成数字式低频信号发生器二、研究方案（一）硬件电路的实现原理与构思1at89c51单片机控制两片dac0832的原理图输出基准电压at89c51单片机dac0832dac0832图1.1 at89c51控制两片dac0832原理图因为at89c51单片机自身便有一个64k的程序存储器，所以不用扩展外加程序存储器。由单片机编程即可由单片机输出所需要信号的数字量，再由d/a转换器将数字量转化为模拟电流输出，通过运放转化为模拟电压输出。因为d/a数模转换器的最大输出电压是由其输入的基准电压来控制的，所以只要能控制d/a的基准电压便可以控制输出幅度，实现幅度可调。所以设计用两片dac0832来输出信号，第一片d/a用来输出信号，第二片d/a用来控制第一片d/a的基准点压。其中用p0口作为两片d/a的数据总线，p2口的p2.0和p2.1口用来控制两片d/a的选通。2键盘显示电路的构思由于本设计要求控制波形的幅度和频率，所需按键较多，所以设计选用p1口来扩展44键盘。由于44键盘的设计已很普遍，所以在本文中不加以介绍。本设计中要求用数码管显示输出信号的幅度和频率等信息，而这些信息在信号输出的时候是不需要时刻改变的，所以设计中选用静态数码管显示，由单片机的串行通信口输出显示数据。这样可以节省单片机的端口来做其它的用途，给予了装置可优化性。at89c51单片机74ls16474ls164数码管数码管图 1.2显示电路方框图图中只给出两位数码管的显示，可以按要求任意扩展n位数码显示，每扩展一片74ls164，可以增加一位led显示器。所要显示的数据由rxd串行发送出去，由74ls164转化为并行输出，再由led显示。这样，在显示数据输送完毕之后，主程序可以不必扫描显示器，从而使cpu能用于其它工作。（二）软件设计的构思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和逆向查表来实现的。采样的点越密，信号失真度也就越小。两次采样点的输出时间间隔是由定时、计数器来控制的，因此，通过控制不同的计数初值就可以控制整个信号的频率。计数时间=信号周期/72。计数次数=计数时间/机器周期。对应的，计数初值=65536计数次数。单片机只能产生离散频率的信号，所以所得到的信号频率不是连续的，而是离散的频率点。由于这部分计算位数较多，不适合用单片机编程来计算计数初值，所以本设计中将各频率的计数初值算出，让单片机按控制命令来查表控制频率。正弦波和三角波的频率控制方法都与上述方法相同，而方波的频率控制是半周期计数，经过半周期只需改变输出为最大或最小电平即可。本设计为低频信号发生器，在频率只有几十赫兹的时候计数次数将很大，因此计数器的工作方式选为工作方式1，每次计数器溢出时需要重新装入计数初值。三 预期达到的目标（1）该装置用键盘控制输出方波、三角波、正弦波；（2）用键盘控制输出幅度和频率的变化，并将幅值和频率用数码管显示，幅度范围1v5v，频率范围010khz。四、工作进度及安排 9月15日 11月1日：收集相关材料和开题报告撰写阶段。 11月1日12月1日：分析、研究课题，方案的初步设计。 12月1日12月20日：方案实施和调式阶段。 12月20日1月10日： 在老师的指导下修改毕业设计，完成毕业论文。主要参考文献目录1 李勋，刘源.单片机实用教程m.北京：北京航空航天大学出版社，2000：1-200.2 李珍付，植桐.单片机原理与应用技术m.北京：清华大学出版社，2003：15-30.3 李朝清.单片机原理及接口技术m.北京：北京航空航天大学出版社，1999：150-173.4 潘永雄，沙河，刘向阳.电子线路cad实用教程m.西安：西安电子科技大学出版社，2001：1-400.5 胡汉才.单片机原理及系统设计m.北京：清华大学出版社，2002：200-260.6 张迎新，杜小平，樊桂花，雷道振.单片机初级教程m.北京：北京航空航天大学出版社，1999：1-256.7 戴梅鄂，史嘉权.微型计算机技术及应用m.北京：清华大学出版社， 2002：1-220.8 庄卉.锁相与频率合成技术m.北京：气象出版社，1996：155-159.9 宋树祥.数字移相式信号发生器a.桂林电子工业学院学报，2003，23(6)： 14-17.10 张庆.程控信号源的数字调频设计b.电测与仪表，2001，38(428)：29-31.11 侯伯亭.vhdl硬件描述语言与数字逻辑电路设计m.西安：西安电子科技大学出版社，2003：1-28912analog devices inc