马琳-基于单片机的函数信号发生器论文答辩PPT

1、研究目的及意义研究目的及意义课题研究内容课题研究内容研究方案的设计与选择研究方案的设计与选择硬（软）件设计构思硬（软）件设计构思总结总结12345答辩主要内容答辩主要内容研究目的及意义研究目的及意义 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、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。接口技术实验，自动化测控系统等领域。 目前目前, , 市场上常见的波形发生器多为纯硬件搭接而市场上常见的波形发生器多为纯硬件搭接而成。成。 利用单片机采用程序设计方法来产生利用单片机采用程

2、序设计方法来产生低频信号，其频率底线很低。具有线路低频信号，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，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，即可完成对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。功能升级。课题研究内容课题研究内容 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、锯齿波、矩形波、采用编

3、程的方法来实现三角波、锯齿波、矩形波、正弦波的发生。根据设计的要求，对各种波形的频正弦波的发生。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，经电路的数断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/ /模转模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。口输出。 研究方案的设计

4、与选择研究方案的设计与选择 方案一：采用单片函数发生器（如方案一：采用单片函数发生器（如80388038），），80388038可同时产生正弦可同时产生正弦波、方波等，而且方法简单易行，用波、方波等，而且方法简单易行，用D/AD/A转换器的输出来改变调制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。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：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（VCOVCO）的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达）的输出频率锁定在所需频率上，

5、该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。方案三：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方案三：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，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。的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。硬件电路的实现原理与构思硬件电路的实现原理与构思 如图所示如图所示80C

6、5180C51单片机为硬件系统的核心，单片机对键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，通过显示电路显示频率盘扫描读入键值确定波形与频率，通过显示电路显示频率值，通过数模转换器放大电路输出波形，通过示波器可以值，通过数模转换器放大电路输出波形，通过示波器可以观察波形与频率，复位电路用于系统复位重启。观察波形与频率，复位电路用于系统复位重启。显示电路显示电路键盘电路键盘电路单单片片机机数数/模转模转换电路换电路复位电路复位电路放大电路放大电路波形输出波形输出数数/模电路模电路数数/模转换电路模转换电路AT89C51单片机控制两片单片机控制两片DAC0832的原理图：的原理

7、图： 输出输出AT89C51单片单片机机DAC0832DAC0832基准电压基准电压D/AD/A数模转换器的最大输出电压是由其输入的基准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，所以只要能控制电压来控制的，所以只要能控制D/AD/A的基准电压便可的基准电压便可 以控制输出幅度，实现幅度可调。所以设计用两片以控制输出幅度，实现幅度可调。所以设计用两片DAC0832DAC0832来输出信号，第一片来输出信号，第一片D/AD/A用来输出信号，第用来输出信号，第二片二片D/AD/A用来控制第一片用来控制第一片D/AD/A的基准电压。的基准电压。系统电路原理图系统电路原理图系统原理分析系统原

8、理分析按下复位键后系统对按下复位键后系统对82558255初始化，初始化， PAPA口用于扫描键盘口用于扫描键盘状态，状态，PBPB口用于点亮一个数码管显示当前频率值，口用于点亮一个数码管显示当前频率值，PCPC口用于选择数码管。口用于选择数码管。通过扫描键盘将键盘状态通过通过扫描键盘将键盘状态通过P0P0送入单片机，如果扫送入单片机，如果扫描得出无按键按下则返回继续扫描直到有频率选择键描得出无按键按下则返回继续扫描直到有频率选择键按下，如果扫描得出频率不符即频率切换则重新置计按下，如果扫描得出频率不符即频率切换则重新置计数初值，更改调用频率选择子程序改变频率，否则不数初值，更改调用频率选择子

9、程序改变频率，否则不予改变继续往下执行。予改变继续往下执行。系统原理分析系统原理分析单片机通过P2口发出控制信息，一方面控制8255的PB口、PC口来输出当前频率选择值。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。有键按下但是不符即波形已经切换，则更改波形选择特征值更改波形调用子程序，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。软件设计的构思软件设计的构思1 1 幅度控制幅度控制由于由于D/AD/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

10、片片D/AD/A数模转换器输出给第一片数模转换器输出给第一片D/AD/A数模转换器的电压值就可控制信号幅度。因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。由于此，送入第二片的值是几个固定的值。由于DAC0832DAC0832内部具有锁存器，所以只需内部具有锁存器，所以只需向第二片向第二片D/AD/A送值一次，直到下一次改变信号幅度。送值一次，直到下一次改变信号幅度。 2 2 频率控制频率控制 单片机内部数据只有单片机内部数据只有0 0、1 1之分，所产生的信号也都是离散信号。为了能够让之分，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

11、号采样、量化的方法来实现由单片机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产生所需信号。在本设计中，对信号的四分之一周期采样1919个幅度值，通过反复个幅度值，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，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。，因此，通过控制不

12、同的计数初值就可以控制整个信号的频率。主程序流程图主程序流程图方波仿真方波仿真如图为方波图，当如图为方波图，当“S0”S0”键按下时将产生方波。横坐标为时间轴每小格表示键按下时将产生方波。横坐标为时间轴每小格表示 1.33ms1.33ms，纵坐标为幅值轴每小格为，纵坐标为幅值轴每小格为1.00mv1.00mv。正弦波仿真正弦波仿真如图为正弦波图，当如图为正弦波图，当“S1”S1”键按下时将产生正弦波。横坐标为时间轴每小格表示键按下时将产生正弦波。横坐标为时间轴每小格表示 1.33ms1.33ms，纵坐标为幅值轴每小格为，纵坐标为幅值轴每小格为1.00mv1.00mv。 三角波仿真图三角波仿真图

13、如图为三角波图，当如图为三角波图，当“S2”S2”键按下时将产生三角波。横坐标为时间轴每小格表键按下时将产生三角波。横坐标为时间轴每小格表 1.33ms1.33ms，纵坐标为幅值轴每小格为，纵坐标为幅值轴每小格为1.00mv1.00mv。总结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过单片机控制数转换器DAC0832DAC0832等几个芯片产生所需要的电等几个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。压输出，通过程序的控制，可以产生一系列有规律的波形。此设计方案硬件较为简单，主要是由单片机跟此设计方案硬件较为简单，主要是由单片机跟DAC0832DAC0832等等几个芯片构成，连线也较简便。键盘电路为独立未编码结构，几个芯片构成，连线也较简便。键盘电路为独立未编码结构，一个键控制一个波形。显示电路主要是由发光二极管构成，一个键控制一个波形。显示电路主要是由发光二极管构成，利用发光二极管的导通即发光