简易信号发生器设计.ppt

简易信号发生器设计,学 生: 王永锋 指导老师: 金印彬 院 系:电气与信息工程系 专 业:测控技术与仪器,西安交通大学城市学院,研究目的及意义 课题研究内容 研究方案的设计与选择 硬（软）件设计构思 总结,1,2,3,4,5,答辩主要内容,研究目的及意义,函数信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于物理学、电工学教学实验，电子线路和微机原理、接口技术实验，自动化测控系统等领域。 目前, 市场上常见的波形发生器多为纯硬件搭接而成。,利用单片机采用程序设计方法来产生信号，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。,课题研究内容,本文是做基于单片机的信号发生器的设计，将采用编程的方法来实现三角波、矩形波、正弦波的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。,设计要求及达标项目 1) 数据要求(已完成) 信号发生器的频率范围：1Hz1KHz 信号发生器的幅度范围：100mV5V 2)技术要求（已完成） 能够输出正弦波，三角波和方波，并且输出信号的频率和幅度可调 3)工作要求（已完成） 采用proteus软件设计基于MCS-51系列单片机的简易信号发生器 采用相关语言编写应用程序并调试 对系统进行测试和结果分析,研究方案的设计与选择,方案一：采用单片函数发生器（如8038），8038可同时产生正弦波、方波等，而且方法简单易行，用D/A转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。 方案二：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。 鉴于方案一的信号频率不够稳定，所以决定采用方案二的设计方法。它不仅采用软硬件结合，软件控制硬件的方法来实现，使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证，而且它使用的几种元器件都是常用的元器件，容易得到，且价格便宜，使得硬件的开销达到最省。,硬件电路的实现原理与构思,如图所示89C51单片机为硬件系统的核心，单片机对键盘扫描读入键值确定波形与频率和幅度，通过显示电路显示波形类型、频率和幅度值，通过数模转换器经放大电路输出波形，通过示波器可以观察波形、频率和幅度，复位电路用于系统复位重启。,显示电路,键盘电路,单 片 机,数/模转换电路,复位电路,放大电路,波形输出,数/模转换电路,AT89C51单片机控制一片DAC0832经放大器放大后的原理图：,AT89C51单片机,LM 358,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DAC0832来输出电流信号，经放大器变换为电压信号,DAC 0832,系统电路原理图,系统原理分析,按下复位键后对系统初始化， P1口用于键盘输入，P2口用于输出显示当前波形、频率和幅度值，P3口用于控制DAC0832 通过扫描键盘将键盘状态通过P1送入单片机，如果扫描得出无按键按下则返回继续扫描直到有按键键按下，如果扫描出相应按键按下，则实现相应数据改变。如 按下频率加则波形频率以步长5Hz增加。,系统原理分析,单片机通过P3口发出控制信息，控制DAC0832输出 根据键盘扫描值判断波形选择按键是否按下，没有按下则返回等待，继续扫描直到有波形选择按键按下。 有键按下，根据预先设计好了的表文件控制DAC0832实现模拟到数字转换输出相应波形。,软件设计的构思,1 幅度控制 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，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。,2 频率控制 两次采样点的输出时间间隔是由定时、计数器来控制，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。,方波仿真,如图为方波图，当显示“SQU” 时将产生方波。横坐标为时间轴每小格表示 10ms，纵坐标为幅值轴每小格为1v。,正弦波仿真,如图为正弦波图，当显示“SIN” 时将产生正弦波。横坐标为时间轴每小格表示 55ms，纵坐标为幅值轴每小格为1v。,三角波仿真图,如图为三角波图，当显示“STR”时将产生三角波。横坐标为时间轴每小格表 16.83ms，纵坐标为幅值轴每小格为1 v。,方波实物结果,如图为方波图，当显示“SQU” 时将产生方波。幅度为5v,频率为36Hz,正弦波实物结果,如图为正弦波，当显示“SIN” 时将产生正弦波。幅度为5v,频率为11Hz,三角波实物结果,如图为三角波，当显示“TRI” 时将产生三角波。幅度为5v,频率为101Hz,总结,这个信号发生器的设计中涉及到一个典型的控制过程。通过单片机控制数转换器DAC0832芯片产生所需要的电流，然后使用运算放大器可以将其电流输出线性地转换成电压输出，通过程序的控制，可以产生一系列有规律的波形。,此设计方案硬件虽然较为简单，主要是由单片机跟DAC0832 等几个芯片构成，连线也较简便。键盘电路为独立未编码结构。显示电路为液晶显示，原理是利用液晶的物理特性，通过电