开题报告-基于C8051单片机的双相信号发生器软件设计.doc

本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。开 题 报 告毕业设计题目：基于C8051单片机的双相信号发生器软件设计本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。基于C8051单片机的双相信号发生器软件设计开题报告1 选题意义和可行性分析在21世纪的今天，双相信号发生器已经广泛地应用于雷达、通信系统的仿真与测试等国防、科研和工业领域。而且，随着科技进步，双相信号发生器作为普遍的实验信号源，在当今的电子实验设计中起到了举足轻重的作用。本课题主要研究开发一个基于80C51F020单片机的实验用双相信号发生器，即为两路信号发生器。对于某一路信号而言，它能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波）信号，并且根据具体的要求，能相应的调频、调幅、调相。对于两路信号而言，不但可以进行波的调节，而且在对比实验测试中，能得到更直观的实验现象。目前市场上的的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，通常是单函数发生器而且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。用集成电路芯片的函数发生器，可以达到很高的频率和产生多种波形的信号，但是电路复杂不易调试1。利用专用直接数字合成 DDS 芯片的函数发生器，能产生任意波形并且达到很高的频率，但是成本太高；利用单片机集成芯片的函数发生器，能产生多种波形，达到较高的频率，而且易于调试。本课题主要研究开发一个基于 80C51F020 单片机的实验用双相信号发生器，不但成本较低而且精度较高，最重要的是开发简单易于调试，具有一定社会价值和经济价值2。当今是科技以及仪表设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的发展进步，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，高性价比，在智能仪表系统和办公自动化中得到广泛应用，因此，基于单片机的函数信号发生器普及是一种必然的趋势。2 国内外研究现状随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展， 促使信号发生器种类增多，性能提高。尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在，信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率、精度、多功能、自动化和智能化方向发展。在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。双相信号发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。作为电子领域不可缺少的测量工具，它必然将向更高性能，更高精确度，更高智能化方向发展。因此，功能多样的、完整的函数信号发生器的设计，具有非常重要的实践意义和广阔的应用前景。到目前为止，引导双相信号发生器技术潮流的仍是国内外的几大仪器公司，如日本横河、Agilent、Tektronix等。美国的FLUKE公司的FLUKE-25型函数发生器是现有的测试仪器中具有多样新功能的几种仪器之一，它和频率计数器组合在一起，在任何条件下都可以给出很高的波形质量，能给出低失真的正弦波和三角波，还能给出过冲很小的快沿方波，其最高频率可以到达5MHz，最大输出幅度也达到了10Vpp。国内也有不少公司已经有类似的仪器3。如南京盛普仪器科技有限公司的SPF120DDS信号发生器，华高仪器生产的HG1600H型数字合成函数/任意波形信号发生器。3 研究的基本内容与拟解决的主要问题本次毕业设计的课题是：双相信号发生器。具体要求：实验课题设计以80C51F020为核心配合外围电路设计函数信号发生器。旨在通过本次设计，实现两路信号均可输出正弦波、方波、矩形波、锯齿波，并可调节其幅值、相位、频率。对于函数信号发生部分首先要研究它的基本原理和关键技术，只有弄清楚原理才好设计制作。本次设计，考虑到经济利益的关系，没有用专用的DDS芯片，制作好的信号发生器一般也无法达到由专用DDS芯片制成的信号发生器的效果。所以，如何设计更为合理的外围电路；如何编写好程序，使其在调频、调相、调幅之间的权衡到达最好的效果。这些都是要解决的问题。4 总体研究思路4.1 硬件设计总体框图系统主要分为控制模块、信号发生模块、显示模块和键盘输入模块。其中，显示模块能同时显示波形、幅值、频率值以及相位差值；信号发生模块能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波；键盘输入模块用于人机互动，选择所需某种符合要求的波4；控制模块用于控制系统中的12864显示、键盘的输入的确认及控制信号的输出5。系统基本框图如图1所示：图1 系统基本框图4.2 软件设计总体框图本双相信号发生器采用C语言编程。本程序设计采用无限循环的方式，不断扫描按键盘，获取键值，进而输出相应的波。总体软件设计如图2所示：图2 总体软件框图4.3 频率控制的程序编写采用直接数字合成（Direct Digital Frequency Synthesizer,简称DDS或DDFS）。用随机读/写存储器RAM存储所需波形的量化数据，按照不同频率要求，以频率控制字K为步进对相位增量进行累加，以累加相位值作为地址码读取存在存储器内的波形数据，经D/A转换和幅度控制，再滤波即可得所需波形6。由于DDS具有相对带宽很宽，频率转换时间极短(可小于20微妙)，频率分辨率高，全数字化结构便于集成以及输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控。因此，可以完全满足本题目的要求。4.4 波形控制的程序编写分别建立正弦波、方波、三角波、锯齿波的表，利用键盘值来选择查相应的表，来控制各个波的输出和转换。4.5 幅值控制的程序编写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模拟信号，利用80C51F020自带的DA数模转换器，可控制各个波的幅值。4.8 相位控制的程序编写改变波形表的首地址，使两路信号产生相位差。5 预期研究成果本论文自行设计的双相信号发生器，能实现其基本功能。首先，实现正弦波、方波、锯齿波、三角波的转换；其次，能实现频率几千赫兹不失真，并实现相位、幅值的控制；此外还设置了清除键等一些热键。当然本设计还是存在着很多缺陷和不足。由于本次硬件设计没有用到专用的DDS芯片，在调节相位差步进值方面不能做的很小、很精确。如果在把步进值做得再小，势必要建立更大的波形数组，这样会增加中断函数的执行时间，以至于要增大定时器溢出时间，这样下来，将会导致不失真波形的输出频率大大减少7。总之，要得到更高精度的相位差，势必要减少不失真波的输出频率范围。从本次设计来看，虽然也能很好地满足各方面的要求，如果能够采用DDS集成芯片，系统整体性能将会得到更大的提高。6 研究工作计划日 期工作内容2011.09.202011.10.311教师上交选题申报表2机电系组织各专业负责人等进行审题2011.11.012011.11.201确定毕业设计题目：基于C8051单片机的双相信号发生器软件设计2教师填写毕业设计任务书并下发学生2011.11.212012.01.061教师对学生进行文献综述写作、科技文献翻译、开题报告写作的集中指导 2文献综述、科技文献翻译、开题报告完成并上交2012.01.072012.01.08开题报告答辩，成绩评定2012.01.092012.03.14设计、制作双相函数发生器系统2012.03.152012.03.16函数信号发生器模块的软件编程、调试以及硬件仿真2012.03.172012.03.18各专业毕业设计中期检查2012.03.192012.04.201教师指导学生完成毕业设计论文部分后期工作2完成毕业设计论文工作，论文定稿2012.04.212012.04.27论文定稿上交，教师评阅2012.04.282012.05.04评阅组教师评阅2012.05.052012.05.06毕业设计第一次答辩2012.05.15毕业设计二次答辩 参考文献1 马玉丽.函数信号发生器制作方法的比较与分析J.青岛远洋船员学院报, 2007,3:34372 周明德.微型计算机系统原理及应用M.北京:清华大学出版社,2002.3413643 Bernard Sklar. Digital Communications Fundamentals and ApplicationsM. Beijing:Second edition. Publishing House of Electronics Industry,20