函数信号发生器毕业设计
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本科毕业设计说明书实用信号发生器的设计THE DESIGN OF PRACTICAL SIGNAL GENERATOR 学院(部):电气和信息工程学院专业班级:电子信息工程学生姓名:指导教师:2011 年06 月02 日实用信号发生器的设计摘要信号发生器是一种常用的信号源,广泛地使用于电子电路、自动控制系统和教学实验。
常用的波形发生器多数采用分立元件组成,不但电路复杂、价格昂贵,而且仅能产生几种常用的信号波形,还很难精确调节各类参数,不能满足实际需要。
因此,本课题利用了AT89S52单片机、DAC0832等元件,通过软、硬结合的方式来实现和开发基于单片机的信号发生器系统。
该信号发生器能方便地产生所需信号波形,其频率、波形不但可调,也能满足精度要求。
该信号发生器系统是通过一块AT89S52单片机控制两片DAC0832芯片,其中一片是产生波形,另一片是调节波形幅度。
这种双通道工作方式,可以让波形和幅度的控制有各自对应的芯片,让其工作起来更加精确。
本系统可以产生不同频率、不同幅值的正弦波、方波和三角波,各种波形在频率要求的范围内基本可以保持很好的形状不失真,通过键盘可选择各种波形以及调节各波形的频率和幅度,最后通过液晶显示器把各个波形以及各种参数显示出来。
本系统操作起来相当简便,成本也比较低廉。
通过实验测试,系统性能优良,参数精确,不失真,波形的幅度范围0V到+5V,频率范围1HZ到1kHZ,能满足低频测试基本需要。
关键词:AT89S52单片机,DAC0832,液晶显示器THE DESIGN OF PRACTICAL SIGNAL GENERATORABSTRACTSignal generator is a common source of the signal, widely used in electronic circuits, automatic control system and the teaching experiment. The most commonly used by waveform generator composed of discrete components, circuit not only complex, expensive and can only have several common signal waveform, also difficult to adjust various parameters, we can not To meet actual needs. Therefore, the issue of the AT89S52 SCM, DAC0832, and other components, through software and hardware combination of development and to achieve the signal generator based on the SCM system. The signal generator can easily produce the required signal waveform, its frequency, not only adjustable waveform, but also to meet the requirements of precision.The signal generator system is controlled by a microcontroller AT89S52 two DAC0832 chip, which is generated a wave, another film to regulate the rate waveform. This dual-channel methods of work, allows waveform and the magnitude of the control of all of the corresponding chip, so work together more precise. This system can produce different frequencies, different amplitude of the sine wave, square wave and triangle wave, the wave of various frequencies within the scope of the basic requirements can not maintain a good shape distortion, through various optional keyboard and adjust the waveform The frequency and magnitude waveform, the final adoption of LCD as well as various parameters of various waveform displayed. The system operated with a simple and relatively low cost. Through the experimental test, excellent performance, precise parameters, no distortion, the wave range 0 V to +5 V, the frequency range 1HZ to 1kHZ, can meet the basic requirements of low frequency tests.KEY WORDS: AT89S52 SCM, DAC0832, LCD目录摘要(中文) (I)摘要(外文) ........................................................ I I 1 绪论 . (1)1.1信号发生器综述 (1)1.1.1信号发生器简介 (1)1.1.2信号发生器实现方式 (1)1.1.3信号发生器的分类 (1)1.2 研究信号发生器的目的及意义 (2)1.3本课题的研究现状 (3)1.4主要研究内容 (4)2 信号发生器系统设计 (5)2.1系统方案的比较 (5)2.2系统模块方案选择 (6)2.2.1控制模块方案选择 (6)2.2.2显示方案选择 (6)2.2.3键盘方案选择 (7)2.2.4 D/A转换方案选择 (7)2.3 系统总体方案设计 (7)2.4理论分析 (8)2.4.1电路的理论计算 (8)2.4.2波形产生相关理论 (11)3 系统硬件设计 (13)3.1单片机最小系统 (13)3.1.1单片机的介绍及资源分配 (13)3.1.2单片机最小系统及各部分介绍 (17)3.2波形产生模块设计 (20)3.2.1单片机和DAC0832的接口 (20)3.2.2幅度控制部分 (25)3.2.3 DAC0832和运放的连接 (26)3.3 键盘显示模块设计 (27)3.3.1 键盘电路原理 (27)3.3.2 键盘接口设计 (29)3.3.3 液晶显示电路 (31)4 系统软件设计 .................................... 错误!未定义书签。
基于FPGA的函数信号发生器设计摘要函数信号发生器是各种测试和实验过程中不可缺少的工具,在通信、测量、雷达、控制、教学等领域应用十分广泛。
随着我国经济和科技的发展,对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求,信号发生器己成为测试仪器中至关重要的一类。
本文在探讨函数信号发生器几种实现方式的基础上,采用直接数字频率合成(DDS)技术实现函数信号发生器。
在对直接数字频率合成(DDS)技术充分了解后,本文选择以Altera公司生产的FPGA芯片为核心,以硬件描述语言Verilog HDL为开发语言,设计实现了可以产生任意波形(以正弦波为例)和固定波形的(以方波和锯齿波为例)的函数信号发生器。
文中详细阐述了直接数字频率合成(DDS)、波形产生以及调幅模块的设计,并给出了相应的仿真结果。
本文最后给出了整个系统的仿真结果,即正弦波、方波、锯齿波的波形输出。
实验表明,用现场可编程门阵列(FPGA)设计实现的采用直接数字频率合成(DDS)技术的函数信号发生器,克服了传统方法的局限,实现了信号发生器多波形输出以及方便调频、调幅的功能。
关键词函数信号发生器;直接数字频率合成;现场可编程门阵列;Verilog HDLAbstractFunction Generator is an indispensable tool in a process of various tests and experiments. It is widely used in communication, measurement, radar, control, teaching and other fields. With the development of China's economic and technological, the corresponding test equipment and test methods are also put forward higher requirements, and the signal generator has become a vital test instrument.The article examines the several implementations of the function generator. And it has achieved the function generator which is completed by direct digital frequency synthesis (DDS) technology . Through understanding the direct digital frequency synthesis (DDS) technology, this paper chose to the Altera Corporations’ FPGA chips as the core of design. The function generator which can produce sine, square wave, sawtooth wave was designed. It also used hardware description language Verilog HDL as development language. The paper described the design of the main module, such as direct digital synthesizer (DDS), waveform generation and modulation module. And the corresponding simulation results were also presented.At last, the simulation results of the whole system were presented, that is, sine, square, sawtooth waveform has been carried out. Experiments show that the function generator based on FPGA and direct digital frequency synthesis (DDS)technology has overcame the limitations of traditional methods and achieved a signal generator which can generate multiple waveforms and has facilitate FM, AM function.Keywords Function Genenrator Direct Digital Freguency Synthesizer FPGA Verilog HDL目录1绪论 (1)1.1背景及意义 (1)1.2波形发生器研究现状 (1)1.2.1波形发生器的发展状况 (1)1.2.2国外波形发生器产品介绍 (2)1.3本设计的主要工作 (2)2系统基本原理 (4)2.1函数信号发生器的几种实现方式 (4)2.1.1程序控制输出方式 (4)2.1.2 DMA输出方式 (4)2.1.3可变时钟计数器寻址方式 (4)2.1.4直接数字频率合成方式 (4)2.2频率合成器简介 (5)2.2.1频率合成技术概述 (5)2.2.2频率合成器主要指标 (6)2.3 DDS原理 (6)2.3.1相位累加器 (7)2.3.2波形ROM (8)2.3.3 DDS频率合成器优缺点 (8)2.4现场可编程门阵列(FPGA) (9)2.4.1 FPGA简介 (9)2.4.2 FPGA特点 (9)2.4.3 FPGA工作状态 (10)2.4.4 FPGA的编程技术 (10)2.4.5 FPGA器件配置方式 (10)2.4.6使用FPGA器件进行开发的优点 (11)2.5 Verilog HDL语言简介 (11)3系统软件设计 (13)3.1编程软件的介绍 (13)3.1.1 Quartus II简介 (13)3.1.2 Quartus II设计流程 (13)3.2 Quartus II系统工程设计 (14)3.2.1创建工程 (14)3.2.2新建Verilog源文件 (15)3.2.3工程编译 (15)3.2.4生成模块电路 (15)3.2.5新建Block Diagram/Schematic File并添加模块电路 (16)3.2.6设计Vector Waveform File (16)3.3函数信号发生器的系统设计 (17)3.3.1系统总体设计 (18)3.3.2 FPGA系统设计流程 (18)3.3.3 FPGA系统模块设计 (19)4系统模块设计及仿真 (21)4.1频率寄存器模块设计 (21)4.2 DDS模块设计 (22)4.2.1 32位加法器 (22)4.2.2相位寄存器 (23)4.3波形产生模块设计 (24)4.3.1正弦波形ROM (24)4.3.2方波模块 (26)4.3.3锯齿波模块 (27)4.4调幅模块设计 (28)5系统调试 (30)5.1调试 (30)5.2仿真结果 (30)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (35)附录1系统整体设计图 (35)附录2各模块源程序 (35)1绪论1.1背景及意义函数信号发生器是各种测试和实验过程中不可缺少的工具,在通信、测量、雷达、控制、教学等领域应用十分广泛。
摘要本文介绍一种用AT89C51单片机构成的波形发生器,可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等多种波形,波形的周期可用程序改变,并可根据需要选择单极性输出或双极性输出,具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。
文章给出了源代码,通过仿真测试,其性能指标达到了设计要求。
关键词:单片机;DAC;信号发生器目录摘要............................................................... 目录............................................................... 第一章绪论..........................................................1.1单片机概述......................................................1.2信号发生器的分类................................................1.3研究内容........................................................ 第二章方案的设计与选择..............................................2.1方案的比较......................................................2.2设计原理........................................................2.3设计思想........................................................2.4设计功能........................................................ 第三章硬件设计......................................................3.1硬件原理框图....................................................3.2主控电路........................................................3.3数、模转换电路..................................................3.4按键接口电路....................................................3.5时钟电路........................................................3.6显示电路........................................................ 第四章软件设计......................................................4.1程序流程图...................................................... 第五章总结与展望.................................................... 致谢............................................................... 参考文献............................................................. 附录1电路原理图..................................................... 附录2 源程序......................................................... 附录 3 器件清单......................................................第一章绪论1.1单片机概述随着大规模集成电路技术的发展,中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、(I/O)接口、定时器/计数器和串行通信接口,以及其他一些计算机外围电路等均可集成在一块芯片上构成单片微型计算机,简称为单片机。
目录1 绪论 (5)1.1 选题背景及意义 (5)1.1.1 本课题的研究现状 (5)1.1.2 选题目的及意义 (6)1.2 设计任务及要求 (6)1.2.1 设计的基本要求 (7)1.2.2 本文结构安排 (7)2 函数发生器系统设计 (8)2.1 设计方案的比较 (8)2.2 系统模块设计 (9)2.2.1 控制模块: (9)2.2.2 按键及其显示模块: (9)2.2.3 波形产生模块 (9)2.2.4 D/A转换 (10)2.3 系统总体框图 (12)2.4 理论分析 (12)2.4.1 电路的理论计算 (12)2.4.2 波形产生相关理论 (15)2.5 单片机软件开发系统 (15)3 系统硬件电路的设计 (17)3.1 单片机最小系统 (17)3.2 单片机的接口电路 (18)3.3 幅度控制模块 (23)3.3.1 单片机与DAC0832的接口 (23)3.3. 2DAC0832与运放的连接 (23)4 系统软件设计 (26)4.1 系统软件设计方案 (26)4.2 系统软件流程图 (26)4.3 信号产生程序 (27)4.3.1 正弦波产生 (28)4.3.2 三角波产生 (28)4.3.2 方波产生 (29)4.3.4 锯齿波的产生 (30)5 系统调试与测试 (32)5.1 调试 (32)5.2 测试 (35)6 结论与展望 (38)6.1 结论 (38)6.2 展望 (38)致谢 (39)参考文献 (51)附录 (40)附录一系统软件部分源程序 (40)附录二系统原理图 (49)附录三系统PCB图 (50)基于单片机的波形发生器的设计学生:李利刚指导老师:李敏(黄冈职业技术学院)摘要:函数发生器是一种用于产生标准信号的电子仪器,它广泛用于工业生产、科研和国防等各个领域中,所以论文选题具有一定的实用意义。
本文介在绍了函数发生器的基本概念及原理的基础上,采用AT89C51单片机为核心,完成了简易的DDS函数发生器的硬件设计和软件编程,并通过调试实现了其功能和主要技术指标。
题目:函数信号发生器设计(2)系(部):信息科学与技术系专业班:通信工程0302班姓名:学号:20031181064指导教师:2007 年5 月25 日毕业设计(论文)开题报告函数信号发生器设计(2)The Design of Function Signal Generating Device (2)摘要函数信号发生器是指能自动产生方波、正弦波、三角波等电压波形的仪器, 它在实验及科学研究中得到了广泛应用。
本课题的任务是设计一个函数信号发生器,使其能自动产生方波、三角波以及正弦波。
本论文主要针对函数信号发生器进行论述,它基本可分为四部分,第一部分主要是对设计中应用到的一些模电数电方面的知识如电压比较器,积分器,差分放大器等进行简单介绍;第二部分的主要内容是提出了以下两种设计方案:第一种方案是基于单片集成芯片MAX038函数信号发生器的设计,第二种方案是基于晶体管、运放IC等函数信号发生器的设计,并且对这两种方案的优点和缺点进行分析比较,最后确定采用第二种方案来完成函数信号发生器的设计。
第三部分就具体介绍了我的设计方案—基于晶体管、运放IC等函数信号发生器的设计,它是本文的核心,该部分讲述了性能指标、原理框图、以及如何通过参数计算来确定设计电路等几个方面的内容;文章第四部分就主要介绍了调试安装的方法,并对设计中出现的故障进行了简要分析。
关键字:函数信号发生器; 差分放大器; 积分器AbstractThe function signal generating device is refers can automatically have voltage waveform the and so on the square-wave, sine wave, triangle wave instrument, it obtained the widespread application in the experiment and the scientific research. This topic duty designs a function signal generating device, enables its automatically to have the square-wave, the triangle wave as well as the sine wave. The present paper mainly aims at the function signal generating device to carry on the elaboration, it is basic may divide into four parts, the first part mainly is to some mold electricity number electricity aspects knowledge like voltage comparators which designs applies, the integrator, the differential amplifier and so on carries on the simple introduction; The second part of main content was proposed following two kind of design proposal: The first kind of plan is based on the monolithic integrated chip MAX038 function signal generating device design, the second kind of plan is based on the transistor, transports puts function signal generating device the and so on the IC design, and carries on the analysis comparison to these two kind of plans merit and the shortcoming, finally determined uses the second kind of plan to complete the function signal generating device the design. The third part specifically introduced my design proposal - based on the transistor, transports puts function signal generating device the and so on the IC design, it is this article core, did this part narrate the performance index, the functional block diagram, how as well as calculates through the parameter determines the design electric circuit and so on several aspects the content; The article fourth part mainly introduced the debugging installment method, and to designed the breakdown which appeared to carry on the brief analysis.Key words: Function signal generating device Differential amplifier Integrator目录摘要 (I)Abstract (II)绪论 (1)1 函数信号发生器相关知识与基本原理 (2)1.1 电压比较器 (2)1.1.1 简单电压比较器 (2)1.1.2 滞回比较器 (3)1.1.3 窗口比较器 (3)1.2 方波发生器 (4)1.3 积分器 (5)1.4 差分放大器 (6)1.4.1 传输特性 (6)1.4.2 共模特性 (7)2 函数发生器设计方案 (9)2.1 基于单片集成芯片MAX038函数信号发生器的设计 (9)2.2 基于晶体管、运放IC等函数信号发生器的设计 (10)2.2.1 方波→三角波产生电路 (10)2.2.2 三角波→正弦波变换电路 (11)3 基于晶体管与运放IC函数信号发生器设计 (14)3.1 性能指标 (14)3.2 参数计算 (14)3.3 原理框图 (15)3.4 设计电路与工作原理 (15)3.4.1 设计所用元器件 (15)3.4.2 电路及工作原理 (16)3.5 相关芯片介绍 (17)3.5.1 uA747双电源通用型双运放 (17)3.5.2 LM78XX与LM79XX (18)4 安装与调试 (20)4.1 设计与调试中使用的主要仪器和设备 (20)4.2 设计的装调 (20)4.2.1 方波→三角波发生器的装调 (20)4.2.2 三角波→正弦波变换电路的装调 (20)4.2.3 自制电源的装调 (21)4.3 故障分析 (22)4.3.1 方波—三角波发生器故障 (22)4.3.2 三角波—正弦波发生器故障 (22)4.3.3 电源部分故障 (22)结论 (23)致谢 (25)参考文献 (26)绪论信号发生器又称信号源或振荡器,各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。
保密类别编号毕业论文函数信号发生器的设计系别电子信息科学系专业电子信息工程年级姓名指导教师武汉大学珞珈学院2012年5月5日摘要函数信号发生器是教学、科研中应用最广泛的仪器之一。
如果能用相对简单的实现方式和较低的成本产生具有高稳定度和精确度的常用波形,无疑将在这些领域中得到更加广泛的应用。
本设计在介绍马克西姆公司MAX038芯片基本特性的基础上,论述了采用MAX038芯片来设计多波形函数信号发生器的原理以及整体的设计,并辅以控制软件和有关的外围电路,实现了一个低成本、多功能、高精度、输出频率连续可调的频率合成式波形发生器,可输出三角波、方波、正弦波三种波形,阐述了其振荡频率控制、信号输出幅度控制、频率和幅度的控制的设计。
关键词: MAX038 函数信号发生器单片机The design of the Function signal generatorrABSTRACTFunction signal generator is one of the most widely used instruments in teaching, scientific research. Use of relatively simple implementation and lower cost to produce a common waveform with high stability and accuracy, and there is no doubt it will undoubtedly be more widely applied in these areas.The design is base on the introduction of the basic properties of the Maxim MAX038 chip, discusses the principle and the whole design of using the MAX038 chip to design multi-waveform function signal generator, and with the relevant control software and the periphery of the circuit, achieve a low cost, multi-function, high precision, output frequency adjustable frequency synthesis type waveform generator, can output the triangle wave, square wave, sine wave three waveform, expounds the design of the oscillation frequency control, signal output amplitude, frequency and amplitude control.Key words: MAX038 Function Signal Single-chip microprocessor目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 课题研究的背景和意义 (1)1.2 设计任务和要求 (2)第二章方案的总体设计 (3)2.1 方案论证与比较 (3)2.2 函数信号发生器的总体方案 (3)第三章系统的硬件设计 (5)3.1 信号产生部分的设计 (5)3.1.1 MAX038芯片介绍 (5)3.1.2 波形选择、占空比、频率调节 (7)3.2 输出信号的放大处理 (10)3.3 信号的控制部分设计 (10)3.3.1 AT89C52单片机介绍 (11)3.2.2 单片机外围电路 (12)3.4 电源电路部分 (13)第四章系统软件设计 (15)4.1 主程序流程 (15)总结 (16)致谢 (17)参考文献 (18)第1章绪论在现代社会中,自动化技术早已渗透到社会生产的各个领域中。
函数信号发生器的毕业设计解读函数信号发生器是一种用于产生连续波形或脉冲波形的电子仪器,并且能够控制波形的频率、幅度和相位等参数。
在电子领域中,函数信号发生器是一种基本的实验工具,被广泛应用于电路设计、通信系统、嵌入式系统等领域。
函数信号发生器的毕业设计主要包含该仪器的设计原理和实现、功能要求、性能评价以及相关应用等内容。
1.模拟信号产生:函数信号发生器通常需要产生各种波形,如正弦波、方波、锯齿波等。
设计者需要选择合适的电路来实现这些波形的产生,例如使用反馈电路或者集成电路来生成正弦波。
此外,还需要考虑波形的频率范围、幅度和相位等参数的控制。
2.数字信号产生:现代的函数信号发生器通常还具备产生数字信号的能力,例如产生各种脉冲波形或者数字信号序列。
这通常需要通过数字信号处理器(DSP)或者可编程逻辑器件(FPGA)来实现,设计者需要了解数字信号处理的原理和技术。
3.参数调节和控制:函数信号发生器通常需要支持频率、幅度和相位的参数调节和控制。
这需要设计合适的控制电路,包括模拟电路和数字电路。
为了方便用户操作,还需要设计人机界面,通常使用触摸屏或者旋钮等输入设备。
此外,函数信号发生器的毕业设计还需要考虑以下几个方面的内容:1.功能要求:函数信号发生器可以根据应用需求增加多种功能,如频率测量、信号调制、多通道输出等。
设计者需要根据实际需求确定所要实现的功能。
2.性能评价:函数信号发生器的性能评价通常包括波形的稳定性、频率精度、幅度稳定度、信噪比等方面。
设计者需要设计相应的测试电路和测试方法,对函数信号发生器的性能进行评估。
3.相关应用:函数信号发生器可以用于电路分析、通信系统测试、仪器校准等多个领域。
设计者可以选择其中一个或者多个应用场景,进行实际的应用测试和评估。
最后,函数信号发生器的毕业设计需要进行完整的电路设计、软件编程和性能测试,设计者需要具备相关的电子技术和编程技能。
同时,为了使毕业设计具备一定的实用性,设计者还需要了解相关的领域知识,比如电路设计原理、数字信号处理、通信系统等。
毕业设计93多功能函数发生器1.引言函数发生器是一种常见的电子设备,它可以产生多种信号波形,被广泛用于电子实验、电路测试和通信领域等。
本毕业设计的目标是设计一个具有多功能的函数发生器,能够产生不同类型的波形,并具备频率调节、幅度调节和相位调节等功能。
本文将介绍设计的思路、方法和实现过程。
2.设计思路本设计基于数字信号处理技术,采用FPGA(现场可编程逻辑门阵列)作为核心芯片。
通过控制FPGA内部的信号处理模块,实现多种波形的生成。
同时,通过外部的按钮和旋钮,实现频率、幅度和相位的调节。
具体的设计思路如下:2.1信号发生器模块信号发生器模块使用FPGA内部的数字信号处理单元来产生不同类型的波形,如正弦波、方波、三角波等。
通过设置模块内的参数,可以控制波形的频率、幅度和相位。
2.2调节模块为了方便用户进行频率、幅度和相位的调节,本设计采用了按钮和旋钮。
通过按钮可以选择要调节的参数,而旋钮可以实现精确的参数调节。
通过FPGA的GPIO(通用输入输出)接口,将按钮和旋钮与FPGA相连接,实现参数控制。
2.3显示模块为了方便用户查看当前参数的数值,本设计还包括了一个显示模块。
通过FPGA的数码管驱动电路,将当前参数的数值显示在数码管上。
3.设计方法在设计过程中,先进行电路原理图的设计,确定信号发生器模块、调节模块和显示模块的连接方式和控制逻辑。
然后进行FPGA的硬件编程,编写信号发生器和控制模块的代码。
最后进行整体系统的测试,确保各个模块正常工作。
4.实现过程4.1电路设计根据设计思路,绘制信号发生器模块、调节模块和显示模块的连接方式,并设计相应的控制逻辑电路。
使用Proteus等仿真软件进行电路验证。
4.2硬件编程根据电路设计的结果,进行FPGA的硬件编程。
使用Verilog HDL进行模块的编写,包括信号发生器模块、调节模块和显示模块。
将各个模块进行逻辑连接,生成.bit文件。
4.3系统测试5.结论通过本毕业设计,成功设计了一个具有多功能的函数发生器。
毕业设计题目简易多功能函数信号发生器院、系信息工程系专业电子信息工程姓名学号指导教师2010年5月20日毕业设计(论文)开题报告2010 年月日学生姓名学号200814706 专业电子信息工程题目名称简易多功能函数信号发生器课题来源导师提供主要内容背景函数信号发生器是一种能能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
现在我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。
我们通过对电路的分析,参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。
在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。
按照设计的方案选择具体的原件,焊接出具体的实物图,并在实验室对焊接好的实物图进行调试,观察效果并与课题要求的性能指标作对比。
最后分析出现误差的原因以及影响因素。
课题的目的和意义通过本次设计掌握产品设计的流程,能灵活的使用S52单片机,并根据设计要求选择合适的元器件,充分考虑了产品的成本,同时通过模块框图到电路图再到仿真,充分理解了相关软件,如proteus的使用,也对整个产品设计时的调试等必要的环节有了更深刻的体会。
本次设计的意义在于通过选元件,连线焊接,调试检测等过程,锻炼自己的理论联系实际的能力和实际操作能力,从而综合性地巩固所学的知识。
这次设计使我们学会综合的运用所学专业知识去分析、解决实际问题;较熟练地掌握了通过文献检索、资料查询从而获取新知识的方法;巩固了计算机软件、硬件或应用系统设计和开发的基本能力。
系统的功能要求本次设计包含以下部分:LCD液晶显示,电源部分,按键控制模块,数模装换模块。
同时在设计上采用智能化、人性化的思路,使该系统具有了良好的显示效果和简便的操作。
设计思路如下:1.在编程语言的选择上,充分考虑了软件编程的灵活性。
所以本设计采用C语言作为编程语言。
本科毕业设计题目基于单片机的函数信号发生器学院工学院专业农业电气化及自动化毕业届别二〇一一届姓名指导老师杨职称讲师北京农业大学教务处制二〇一一年六月目录第一章绪论 (4)1.1设计背景及意义 (4)第二章整体设计 (6)2.1设计思路 (6)2.2系统硬件设计 (7)第三章单片机AT89S51介绍 (8)3.1 单片机的选择 (8)3.2 AT89S51主要性能 (8)3.3 AT89S51主要特点 (9)第四章硬件设计 (10)4.1信号发生部分 (10)4.2频率计数器部分 (12)4.2.1利用AT89S51计数 (12)4.3放大电路 (13)4.4 LED显示器 (14)4.4.1 数码管的选择 (14)4.4.2数码管段驱动芯片74LS573 (14)4.4.3 键盘电路设计 (15)第五章程序设计 (17)5.1信号频率数据采集程序 (17)5.1.1程序设计的语言 (17)5.2 程序设计 (18)5.3 正弦波的产生 (18)5.4 方波的产生 (19)5.4.1 方波流程图 (19)5.4.2 程序设计 (19)5.5 锯齿波的产生 (20)5.5.1 锯齿波产生的流程图 (21)5.5.2 锯齿波程序设计 (21)5.6 键盘程序设计 (22)5.6.1 键盘扫描程序 (22)5.6.2 键盘处理程序设计 (23)5.7 数码管程序设计 (25)设计总结 (25)参考文献 (26)致谢........................................................ 错误!未定义书签。
基于单片机的函数信号发生器谁谁谁(北京农业大学工学院 2007级农业电气化与自动化)摘要:函数(波形)信号发生器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、锯齿波和脉冲波等)信号。
它在军事方面,如航天飞机的飞行控制、卫星陀螺仪的控制以及导弹发射架的起降控制等。
四川信息职业技术学院毕业设计说明书设计题目: 函数信号发生器设计专业: 应用电子技术班级: ************ 学号: ************** 姓名: ******** 指导教师: ********二00九年十二月五日四川信息职业技术学院毕业设计(论文)任务书备注:任务书由指导教师填写,一式二份。
其中学生一份,指导教师一份。
目录摘要 (II)第1章绪论 (1)第2章电路方案的确定 (2)2.1 电路方案选择 (2)2.2 电路框图及工作原理 (2)第3章单元电路设计 (3)3.1 正弦波振荡电路 (3)3.1.1 电路工作原理 (3)3.1.2 参数计算 (4)3.2 电压比较器 (6)3.2.1 电路工作原理 (6)3.2.2 参数计算 (8)3.3 积分电路 (8)3.3.1 电路工作原理 (8)3.3.2 参数计算 (9)第4章电路仿真 (11)4.1 仿真方法 (11)4.2 仿真结果 (12)第5章电路安装及调试 (14)结论 (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录 (18)摘要函数信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
本设计通过对函数波形发生器的原理以及构成分析设计一正弦波-方波-三角波函数发生器。
设计中首先确定了电路方案:由文氏振荡器、滞回比较器、积分器组成;接着对各单元电路的的工作原理进行了分析,对电路中各元器件的参数进行了计算;再采用Electronics Workbench仿真软件对电路进行仿真分析。
仿真达到了设计要求。
关键词文氏振荡器;滞回比较器;积分器第1章绪论能产生多种波形,如三角波、锯齿波、方波、正弦波的电路被称为函数信号发生器,又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有广泛的应用。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
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),视频信号和脉冲信号运载出去,就需要产生高频振荡器。
作为基础测量仪器的信号发生器随着用户的需求而不断发展。
信号源实质上就是一个扫频示波器或合成信号源,并具有基本的调制功能。
现在是数字化时代,研发或其他人员对测量仪器是最基本的工具,测量仪技术指标上也不断提高。
如精度高、工作频带宽、误差小等。
能够满足不同层次用户的测试要求。
近几年,数字化仪器在迅速发展,我国也在不断研究推出各种新型数字化仪器。
目前使用的信号发生器大部分是利用AT89S51单片机构成的发生器,但本次设计要求采用分立元件产生正弦波、方波、三角波。
电路的原理部分的设计,可以是先设计单元电路,然后用仿真软件模拟,等到各个单元都设计完成后,再将各个单元结合到一起,由仿真软件模拟是否符合制作要求。
本次设计就是按照这样的思路来进行一步一步的分析:首先按照设计的方案选择具体的元件,画出仿真图,并对仿真图进行调试,观察效果并与课题要求的性能指标作对比,最后分析出现误差的原因以及影响因素。
在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。
第2章 电路方案的确定2.1 电路方案选择函数信号发生器实现的方法通常有以下几种:(1)可以由晶体管、运放等通用器件制作,更多的则是用专门的函数信号发生器IC 产生。
早期的函数信号发生器IC ,如L8038、BA205、XR2207/2209等,调节方式也不够灵活,频率和占空比不能独立调节,二者互相影响。
(2)用分立元件组成的函数发生器:价格比芯片实惠,结构简单,容易实现。
由分析选择方案(2)。
2.2 电路框图及工作原理1.电路框图由方案(2)可得电路组成框图如图2-1所示。
图2-1 电路组成框图2.电路工作原理根据图2-1分析,正弦波振荡电路可以产生正弦波,正弦波振荡电路的输出端作为电压比较的输入端,比较器又可产生方波,比较器的输出端可作积分器的输入端通过积分器输出三角波。
第3章单元电路设计3.1 正弦波振荡电路3.1.1 电路工作原理1.正弦波产生电路正弦波产生电路即为正弦波振荡器。
受集成运放带宽所限,振荡频率均不高,一般为1Hz~1MHz。
正弦波振荡器常用的电路结构有移相式正弦波振荡器、文氏电桥振荡器及积分式正弦波振荡器等。
2.文氏电桥振荡器文氏电桥振荡电路又称RC串并联网络正弦波振荡电路。
它用于产生f0≤1MHz 的低频振荡信号,振幅和频率较稳定,而且频率调节方便。
许多低频信号发生器其主振器均采用这种电路。
文氏电桥振荡器是利用零相移网络,作为反馈回路,接于运放同相输入端,同时接入适当的负反馈,控制运放增益,组成正弦波振荡器。
图3-1a)为典型的文氏电桥振荡器电路。
a)文氏振荡器b)具有稳幅机构的文氏振荡器图3-1 文氏振荡电路图中RC 串、并联网络引入同相端形成正反馈,并且由它决定振荡频率,使得在RCf f π210== (3-1) 时,因串、并联网络引入的相移φ=0,从而满足自激振荡相位平衡条件0===A F ϕϕϕΦA 即运放相移,低频时ΦA =0。
R 1、R 3引入负反馈,根据振幅条件来调节运放增益。
振幅平衡条件为AF=1,在f =f 0时31=F (3-2) 对振荡器而言,A uf 为负反馈放大增益131R R A uf += 即 3113≥+R R 或 132R R ≥ (3-3) 该电路依据集成运放的非线性限幅,故波形会产生较大失真。
为此,实际电路中需设自动稳幅机构。
电路如图3-1b )所示。
图中负反馈电路中的二极管V 1、V 2即为自动限幅元件,R 3是为克服硅二极管“死区”而设置的。
它是利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性,达到调节负反馈深度的目的,即当振幅增大时二极管的正向电阻变小,负反馈加强,使振幅减小。
采用两只二极管反向并联,目的是使输出正反馈两个半周期轮流工作,使正、负半振幅相等。
显然,这两只二极管特性应相同,否则正负半周振幅将不同。
3.1.2 参数计算1.选定具有稳幅作用的文氏电桥振荡器如图3-1b )所示,常用的稳幅方法,是利用放大器负反馈强弱的自动调节作用来实现稳幅。
即振幅增大时,若能使负反馈系数R 1/(R 1+R f )也自动增大,负反馈作用加强,则抑制了振幅的继续升高;反之,若振幅减小时,反馈系数自动减小,负反馈作用减弱,则抑制了振幅继续下降,这样就达到了稳幅的目的。
为了进一步改善输出电压幅度的稳定问题,可以在放大电路的负反馈回路里采用非线性元件来自动调整反馈的强弱以维持输出电压恒定。
2.根据设计要求的振荡频率,计算RC 之积即()s f RC 33010159.01028.6121-⨯≈⨯==π 3.确定R 、C 值为使选频网络的选频特性尽量不受运放输入、输出电阻的影响,应按下列关系选R 的值,即0R R R i >>>>R i 为运放同相输入电阻(约几百千欧以上),R 0为其输出电阻(约几百欧下)因此,可选R =15KΩ,则C 的值为F S C 633100106.010*******.0--⨯=Ω⨯⨯= 取标称值C =0.01μF 。
然后复算R 的值,则R =15.9KΩ,取标称值R =16KΩ。
注意选用稳定性较好、精度较高的电阻和介质损耗小的电容。
4.确定R 3和R 2值电阻R 2和R 3可根据式(3-3)来确定,通常取R 2=2.1R 3,这样既能保证起振,又不引起严重的波形失真。
另一方面,为了减小运算放大器输入失真电流及其漂移的影响,应尽量满足R =R 3//R f ,于是可导出Ω=Ω⨯==K K R R 6.23161.21.31.21.33 取标称值R 3=24KΩ,则Ω==K R R F 4.501.235.稳幅二极管V 1、V 2及R 2、R f 的选择稳幅电路由两只反向并联的二极管与R 2并联组成。
在振荡过程中,V 1、V 2交替导通和截止。
如果由于外界因素使振幅增大时,二极管r d 将减小,即R 2值减小,负反馈系数自动变大,正反馈作用加强,从而抑制了振幅上升。
振幅下降时的稳幅过程就不言而喻了。
选用稳幅二极管应注意两点:(1)从提高振幅的温度稳定性考虑,宜选用硅二极管。
这里选用2CK 型开关二极管。
(2)为了保证上、下振幅对称,二极管V 1、V 2的特性参数应匹配。
稳幅二极管的非线性程度越大,负反馈自动调节作用越灵敏、稳幅效果越好。
但是二极管特性的非线性,又会引起波形失真。
为减小非线性失真,可在二极管两端并上一个小电阻R 2。
显然,R 2值越小,对二极管非线性的削弱作用越大,波形失真会减小,但同时稳幅效果也变差。
可见选择R 2时,应两者兼顾实践证明,取R 2≈r d 时,效果最佳。
通常R 2取几千欧姆,R 2选定后,R f 的值便可以初步确定。
因为f d F R R r R +=)//(2则225.0//R R R r R R F d F f -≈-=取R 2=6.8KΩ,则R f =50.4KΩ-3.4KΩ=47KΩ,选WXWX-3型47KΩ多圈微调电位器。
6.选择运放型号运放的选择,除要求输入电阻高、输出电阻低以外,最主要的是运放的增益带宽积应满足以下条件,即03.f BW A WC >因振荡输出幅度较大,集成运放工作在大信号状态。
因此要求转换速率S R 满足CM R U S 0ω≥3.2 电压比较器3.2.1 电路工作原理1.方波产生电路电压比较器是一种常见的信号幅度处理电路,在越限报警、波形整形、信号产生、模数转换等各方面均有广泛应用。
常用的矩形波产生电路有过零比较器、窗口比较器、滞回比较器。
2.滞回比较器基本电压比较器电路简单,但除了用于纯粹的电压比较器外,几乎没有实用价值。
因为在实际生产和实验中,不可避免的会有干扰信号,干扰信号的幅值如果恰好在参考电压附近,就会引起电路输出的频繁变化,致使电路的执行元件产生误动作。
此时,电路的灵敏度高反而成了不利因素。
如何将干扰信号滤除而又能使电路正常工作呢?只有滞回比较器可以解决这个矛盾。
滞回比较器的电路如图3-2a )所示。
a )滞回比较器b )滞回比较器的电压传输特性图3-2 滞回比较器在电路中,引入电压的增加,当u i 很低时,运放A 2输出电压的增加,当u i 达到门限电压U TH+时Z REF TH i U R R R U R R R U u 212211+++==+ (3-4) 比较器发生器翻转,输出低电平。
此时输出电压Z o U u -=当输出电压由高逐渐降低时,要一直降到另一门限电压()Z REF TH i U R R R U R R R U u -+++==-212211 (3-5) 比较器才有发生翻转,比较器的输出转变为高电平。