陈凯：基于单片机的信号发生器设计

基于单片机的信号发生器设计与实现摘要信号发生器是许多测试和实验中不可缺少的工具，在信息与通信、雷达信号处理、测量及控制、教学等领域应用十分广泛。

随着电子科学与技术的发展，对信号的频谱纯度、频率分辨率、频率的输出范围等提出的要求越来越高，然而用传统的频率合成方法研制的信号发生器在精度、功能等方面均存在较多的缺陷和不足，很大程度上不能够满足要求。

本文正是针对这一问题，设计并开发基于直接数字合成(Direct Digital Synthesis，DDS)技术的高性能、高精度的信号发生器。

用单片机控制DDS芯片完成信号的产生及控制，所产生的信号具有频率的分辨率较高、切换频率时的相位连续、频率的切换速度较快、输出相位的噪声很低等诸多优点。

本设计主要有以下几大模块构成：单片机及其接口模块、DDS模块、按键模块、液晶显示模块、幅度调节模块，能够实现通过键盘输入选择正弦波、方波、三角波三种波形，并通过液晶屏显示其频率值和示意波形等功能。

最后，应用单片机和DDS技术研制了一个现实可用的信号发生器，并给出了基于单片机和DDS技术的信号发生器的电路原理框图，PROTEL下的电路图，设计过程和软件流程图。

测试结果表明:本信号发生器达到了预期的设计要求，其性能和各种指标明显好于传统的信号发生器。

关键词：单片机DDS信号发生器Based on SCM Signal Generator Designand ImplementationAbstractSignal generator is an indispensable tool in many tests and experiments, and it has very extensive application in information and communication, radar signal processing, measurement and control, teaching, and other areas. As the electronic science and technology development, the spectrum of the signal frequency resolution, purity, the output of the frequency range of the demands of more and more high, but to use the traditional frequency synthesis method developed in precision, function signal generator which have many defects and the insufficiency, largely can't meet the requirements. This paper is to solve such a problem, design and develop high performance, high precision of the signal generator based on direct digital synthesis technologyWith single-chip microcomputer control chips signal is produced and control, the resulting signal has a higher frequency resolution, switching frequency of the phase of the continuous, frequency switching speed and output of the noise is low phase many advantages.This design basically has the following a few big blocks: SCM and its interface module, modules, key module, liquid crystal display module, amplitude adjustment module, can realize through the keyboard input choose sine wave, square wave, triangle wave three waveform, and through the LCD shows its frequency value and signal waveform etc. Function.Finally, the application of the single chip microcomputer and technology developed a reality of the available signal generator, and give the technology based on single chip microcomputer and the signal generator circuit principle diagram, the circuit diagram, design process under and software flow chart. Test results show that: the signal generator is expected to reach the design requirements of the performance and various indexes, significantly better with the traditional signal generator.Key words: Single-chip microcomputer;DDS;signal generator目录1引言 (4)2 系统简介 (5)2.1 方案论证与选择 (5)2.1.1信号发生模块的方案选择 (5)2.1.2单片机模块的方案选择 (5)2.1.3显示模块的方案选择 (5)2.1.4键盘模块的方案选择 (6)2.2 单片机介绍 (6)2.3 单片机的主要应用领域 (6)2.4 AT89S52单片机 (7)2.4.1 AT89S52单片机性能与特点 (7)2.4.2 AT89S52单片机引脚说明 (7)3 DDS技术介绍 (11)3.1直接数字式频率合成技术的原理 (11)3.2 DDS输出信号的的频谱特性 (12)3.2.1理想情况下DDS输出的频谱特性 (12)3.2.2非理想情况下DDS输出的频谱特性 (15)3.3 AD9833芯片简介 (16)3.3.1 AD9833的功能及特点 (16)3.3.2 AD9833的引脚及功能 (18)3.3.3 AD9833的内部寄存器功能 (18)4硬件电路的设计 (20)4.1 总体方案的设计 (20)4.2 电源电路的设计 (20)4.2.1 变压器的选择 (21)4.2.2 整流电路 (21)4.2.3 滤波电容的选择 (22)4.2.4 稳压电路 (23)4.3单片机电路的设计 (25)4.3.1振荡电路的设计 (25)4.3.2 复位电路的设计 (25)4.4 DDS电路的设计 (26)4.5按键电路的设计 (26)4.6幅度调节电路的设计 (27)4.6显示电路的设计 (28)5软件设计 (31)5.1 主程序 (31)5.2 DDS AD9833子程序 (31)5.3按键程序 (32)6电路的焊接和调试 (33)6.1电路的焊接 (33)6.2 DDS的调试 (36)6.3 放大器AD603的调试 (37)7 结论 (38)谢辞.............................................................................................. 错误！未定义书签。

开题报告电气工程及其自动化基于单片机的信号发生器设计一、课题研究意义及现状信号发生器作为集成电路的基本模拟单元，被广泛应用于信号处理系统和各种便携式设备中。

振荡器作为信号发生电路的核心，各种结构层出不穷，但大多采用复杂的结构来实现幅度和频率的稳定。

这不仅增加了系统的复杂度，同时也增加了芯片面积。

而且在电路调试、教学实验和产品开发等领域，信号发生器被广泛用作测量仪器的信号源，为开发和测试提供输入信号。

现在人们都运用DDS（直接数字合成）技术、FPGA技术（现场可编程门阵列技术），单片机等来实现信号发生器的一些功能。

在用单片机来实现信号发生器的一些功能方面。

如805lF330的音频信号发生器的系统结构。

它主要由805lF330单片机、MMC、SD卡存储器、RS232串行通信接口、上位机、液晶显示、键盘以及信号调理电路等部分组成。

将写入MMC、SD卡中的音频数据存储在上位机．单片机通过RS232串行通信接口写入MMC、SD卡，以中断方式读取键盘接口命令。

并根据命令控制选择相应的音频信号数据．再由信号调理电路输出不同频率和强度的音频信号。

系统通过液晶显示模块显示信号频率、信号强度及信号类型。

该系统突出的特点是上位机采用Inb windam，CVI软件，通过RS232串行通信接口与单片机通讯：以文本格式存储在上位机的音频信息则通过RS232串行通信接口下载到MMC、SD卡。

而且用单片机来实现的正弦信号发生器也很有发展前景的，它主要由集成压控振荡ICL8038构成的函数信号源电路，它是一种可以同时输出方波、三角波和正弦波的专用集成电路，常用作多波形发生器、模拟信号源等，本文用集成函数发生器ICL8038联结少量外部元件组成扫频信号发生器。

扫频信号发生器是一种输出信号的频率随时间在一定范围内反复变化的正弦信号发生器，他是频率特性测试仪即扫频仪的核心，主要用于直接测量各种网络的频率响应特性。

二、课题研究的主要内容和预期目标主要利用单片机设计并制作一个信号发生器。

基于单片机的全数字信号发生器设计设备技术网时间:2010-4-13来源：电子技术网作者：工业设备常用频率量信号作为采集量，如使用光电编码器采信数据，当调试使用频率信号的设备时，由于机械等部份还未动作，无法采集信号，因此需要使用信号发生器。

对于在工业现场使用的设备，其要求与实验室设备并不相同，如果直接使用实验室中所用的标准信号发生器，往往会觉得其体积过大、价格太高、使用较麻烦等。

工业现场使用的设备，其绝对精度要求并不高，关键要稳定可靠，便于携带和使用。

一、性能分析这个项目的目标是替代工业现场的频率采样装置，典型的如光电编码器。

通过调查，确认最终要制作的信号发生器的性能指标如下：频率范围：0~1Hz，以0.1Hz步进，1~500Hz，以1Hz步进；波形：矩形波或方波均可；精度：频率值的相对误差不超过±1%；功能：（1）信号发生，信号发生器以给定的频率输出信号；（2）脉冲个数计数，仪器可对本身已发出的脉冲个数进行计数；（3）设定值可存储，每次上电自动调出前次设定值。

二、初步设计在确定了性能指标后，可以进行初步设计，考虑其显示、操作等方面的要求。

1、显示部分待设定的频率值最高为500HZ，只要3位数码管即可；要求对输出脉冲计数，虽未给出要求的计数值，但3位数码管最大仅能计到999，似乎太少了一些，再考虑到该仪器以后的扩展，如希望以后能加一些高端点频（600、700、800、900、1000、2000、5000、10K等），需要更多的数码管显示，因此最终选择5位数码管显示。

2、键盘部分键盘有很多方案可供选择，如工业品中常用的三键或四键方案，当然也可以用多键（如市售有一些标准的12或16键键盘）等，经过反复比较，考虑到易制作、易使用等等诸多因素，最终将键的个数确定为5个。

键盘操作方案是仪器易用性的很重要的一个方面，这并非仪器的关键部分，但键盘、显示程序的工作量往往占据整个设计的很大的一部份。

对键盘设计，重要的是要确定各按键功能，描述出各键的具体操作。

基于单片机的智能信号发生器设计基于单片机的智能信号发生器设计摘要本文所设计的系统是利用AT89S52单片机和数模转换器件DAC0832产生所需不同信号的低频信号源，即采用AT89S52 单片机作为控制核心，而在外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键和LED显示灯电路等，通过按键可控制产生方波、锯齿波、三角波、正弦波，同时用LED显示灯指示对应的波形输出。

文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，单片机AT89S52的基础理论，以及与电路设计有关的各种芯片，并着重介绍了利用单片机控制D/A 转换器产生上述信号的硬件电路设计和软件编程。

本文所设计的系统设计简单、性能优良、性价比高，可用于多种需要低频信号源的场所，具有一定的实用性。

关键词单片机信号发生器D/A转换运算放大基于单片机的智能信号发生器设计Design of intelligent signal generator based on single chipABSTRACTThis article by design of system is using AT89S52 single tablets machine and array die conversion devices DAC0832 produced by required different signal of low frequency signal source, is used AT89S52 single tablets machine as control core, and in perimeter used digital/simulation conversion circuit (DAC0832), and operational amplifiercircuit (LM324), and press and LED display lamp circuit,, by press can control produced square, and sawtooth wave, and triangle wave, and sine wave, while with LED display lamp indicates corresponds of waveform output.Brief introduction of DAC0832 in the text structure and the use method of digital-analog converter, basic theory of single-chip microcomputer AT89S52, and chip and circuit design, and focus on using d/a converter producing such signals on single chip microcomputer design of hardware circuit and software programming.This simple system designed by design, excellent performance, cost-effective, places with low frequency signal source can be used for a variety of needs, with a certain degree of practicality.Key words The single chip computer The signal generator D/ A conversion Operational amplifier基于单片机的智能信号发生器设计目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)2 系统设计 (3)2.1 系统方案的选择 (3)2.2 控制芯片的选择 (3)3 系统硬件设计 (4)3.1 基本原理 (4)3.2 单片机介绍及资源分配 (4)3.2.1 单片机的介绍 (4)3.2.2 资源分配 (9)3.3 各部分电路原理 (9)3.3.1 键盘电路原理 (9)3.3.2 LED显示电路原理 (11)3.3.3 DAC0832芯片原理 (12)3.3.4 LM324工作原理 (15)4 系统软件设计 (17)4.1 主程序流程图 (17)4.2 子程序流程图 (18)5 测试结果 (23)6 结论 (25)致谢 .................................................................................................. 错误!未定义书签。

基于单片机的多功能信号发生器设计摘要：本系统设计用美国ATMEL公司生产的AT98C51单片机为系统控制器，外围有数字、模拟转换电路（DAC0832），运算电路（TL084），按键和LCD显示电路等组成。

采用编程的方法来实现各种波形，将产生波形的程序用子程序的形式编写，在需要某种波形时再调用相应子程序，经过D／A转换、运算放大器处理后，作为该信号源输出，其线路简捷、功能强大、性价比较高。

通过按键控制可产生正弦波，方波、三角波等。

同时用LCD显示器显示对应的波形。

关键词：AT98C51 数字/模拟转换 LCD目录引言 (1)1.设计目的 (1)2．系统总体方案设计 (1)3．系统硬件设计与实现 (2)3.1单片机最小系统设计 (2)3.2 D/A转换电路设计 (2)3.3 LCD显示电路设计 (2)3.4键盘电路设计 (2)3.5 运算放大电路设计 (2)4．系统软件设计 (2)5．设计总结与测试结果 (2)5.1设计总结 (2)5.2测试结果 (3)参考文献 (4)附录 (5)引言在测试、研究或调整电子元器件、电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，常需要提供符合要求的电信号，模拟实际工作中所用待测设备激励信号。

当进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。

而进行系统的瞬态特性测试时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。

并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。

而这种测试信号源一般采用信号发生器。

用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号，本设计可以产生可变频率及幅度的方波、正弦波及三角波，并通过简易的方法来对输出信号频率和幅度进行自适应调整及功率与外接负载的自动适配，输出信号参数直接通过液晶显示屏显示。

作为一种自适应控制系统，此信号发生器能够根据受控对象及其工作环境变化，对要求的性能指标与实际系统的性能进行比较，根据所获信息，相应修正控制规律或调整系统参数，使系统能够保持最优或次优化工作状态，从而获得满意性能。

基于单片机的函数信号发生器的设计与实现首先，我们需要确定信号发生器的基本功能和要支持的信号类型。

常见的信号类型包括正弦波、方波、三角波和锯齿波等。

我们可以设计一个菜单界面，通过按键或旋钮选择需要生成的信号类型。

选择信号类型后，用户可以调节频率、幅度和相位等参数，生成相应的信号。

接下来，我们需要设计硬件电路。

基于单片机的函数信号发生器需要一个DA转换芯片来实现数字信号到模拟信号的转换。

我们可以选择常用的模数转换芯片，比如R-2R电阻网络型DA转换芯片。

通过电阻网络的调节，我们可以将单片机输出的数字信号转换为对应的模拟信号。

另外，我们还需要考虑信号的放大和滤波问题。

常见的做法是使用运放作为信号的放大器，通过运放的增益调节，我们可以将信号放大到合适的幅度。

同时，我们还需要滤波电路来去除高频噪声和谐波，以保证输出信号的质量。

在硬件设计完成后，我们需要进行软件编程。

我们可以选择一种合适的单片机，根据其开发环境和编程语言进行开发。

常见的单片机包括51单片机、AVR单片机和STM32等。

我们可以使用C语言或汇编语言编写程序，通过定时器和IO口控制输出信号的频率和幅度。

在软件编程中，我们需要实现信号类型的选择、频率、幅度和相位的调节，以及信号输出的控制。

可以根据用户的选择，生成对应的数字信号，并通过DA转换芯片转换成模拟信号。

同时，我们还可以在程序中添加一些附加功能，比如保存设置、显示当前参数等。

最后，我们需要进行整体调试和测试。

我们可以通过示波器来观察输出信号的波形和频谱，以验证信号发生器的功能和性能。

如果有问题，我们可以通过调整电路和程序进行调试和优化。

总之，基于单片机的函数信号发生器的设计与实现是一个相对复杂和庞大的项目。

它需要我们对单片机的原理和编程有一定了解，同时还需要具备一定的电路设计和调试能力。

但是，通过这个项目的实践，我们可以提高我们的技术能力和创新能力，在电子领域中取得更多的成就。

基于单片机的信号发生器的设计设计一个基于单片机的信号发生器，需要考虑以下几个方面：硬件电路设计、软件设计、功能实现等。

1.硬件电路设计在硬件电路设计方面，我们可以使用一个单片机作为控制核心，外接一块DAC芯片来实现信号输出。

DAC芯片可以将数字信号转换为模拟信号，并输出到外部设备。

我们还需要考虑信号发生器的输入和输出接口，这些接口可以用来接收外部信号或者将信号输出到其他设备上。

2.软件设计在软件设计方面，我们需要编写固件程序来控制单片机的工作。

首先，我们需要编写一个初始化程序，在该程序中，我们可以初始化单片机和外接设备。

然后，我们需要编写一个主程序来控制信号生成的方式和参数。

在该程序中，我们可以通过键盘或者触摸屏等方式来输入信号的频率、幅度和波形等参数。

最后，我们需要编写一个输出程序，该程序将信号输出到DAC芯片，并通过其他接口输出到外部设备。

3.功能实现信号发生器可以实现多种功能，如正弦波、方波、三角波、齿轮波等各种波形信号的生成。

根据输入的参数，单片机可以根据对应的算法生成相应的波形信号，并将信号输出到DAC芯片上。

此外，信号发生器可以支持多个输入通道，用户可以选择不同的通道来生成不同的信号。

还可以设置信号的扫描频率和扫描范围等功能。

在设计完成后，我们需要对信号发生器进行测试和优化。

测试可以输出一系列标准信号，比较输出信号与标准信号的差异，以检测发生器的准确性和稳定性。

在优化方面，我们可以考虑改进信号发生器的性能，增强其功能。

例如，可以添加自动扫描功能，支持外部控制信号输入等功能。

总结：基于单片机的信号发生器的设计需要考虑硬件电路设计、软件设计、功能实现等方面。

通过合理的设计和编程，可以实现信号发生器的各种功能，以满足用户的需求。

同时，我们还可以通过测试和优化来提高信号发生器的性能和稳定性。

基于单片机的多功能信号发生器的设计信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。

例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。

在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。

本设计主要由主控制器模块、信号发生模块和液晶显示模块三大部分组成。

采用STC89C52单片机为主控制器，由它来控制DDS芯片AD9835再通过TLC5615完成数字量输入到模拟量输出的转换，然后经运放调节电压幅度，产生1MHz～15MHz的正弦波和方波，最后由液晶屏显示。

本论文其重点讨论了AD9835基本工作原理、DAC数模转换及其与89C52单片机控制系统的硬件结构和软件设计框图。

关键词：单片机；DDS芯片；液晶显示随着集成芯片制造工艺的进一步发展，一些高性能的波形产生专用芯片逐渐被应用到该领域并获得成功。

波形发生装置的电路设计得到进一步简化，而与此同时，所产生的波形的质量却得到了显著提高。

例如应用比较广泛的DDS芯片AD9833系列，能制作出各种频带宽，质量高的波形信号，例如应用高性能的AD9833芯片，可以做出频率1GHZ以上，频率分辨率0.1HZ以下的优质波形。

科技不断发展，在各个领域对信号产生电路提出了越来越高的要求。

以往那些只具有单一优势的波形发生装置的应用越来越受到限制。

例如用模拟器件构成的波形发生器电路简单可靠、信号频率较高，但可调节性差；采用数字电路为核心的波形发生装置所产生的信号可调节性好，但电路复杂，而频率又不易做的很高。

较为理想的波形发生装置应该同时具备多方面的优良品质，信号的频带应该较宽，而且步进精确。

另外，微型化也是信号产生装置的发展趋势之一，这样，才能将信号发生装置方便的嵌入到各种仪器设备中。