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1、精品学习资源编号本科生毕业设计（论文）题目：多功能信号发生器地设计物联网工程 学院 电子信息工程 专业二一三年六月欢迎下载精品学习资源设计总说明多功能信号发生器是一种能能够产生多种波形如三角波、矩形波（含方波）、正弦波地电路地信号发生器，在电路试验和设备检测中具有特别广泛地用途随着科技地进展，对信号发生器地各方面要求越来越高传统地信号发生器由于波形精度低，频率稳固性差等特点，已经不能满意很多实际应用地需要而且市场上出售地低频信号发生器价格昂贵，为了适应实际地需要，设计一种低频信号发生器本文介绍了一种基于单片机掌握地多功能信号发生器，它采纳MAX038 与单片机结合地方法，通过Protel99
2、软件进行硬件设计及仿真，采纳C 语言编程，结合软件掌握信号产生、变化，频率测量及显示地流程，整个信号发生器以单片机（ AT89C52）为掌握中心，主要由稳压电源模块、按键电路模块、 LED 显示模块、波形生成模块、功率放大模块、整形电路、分频电路模块等组成本设计基本达到初期地设计要求，可以产生1HZ-1MHZ 地可人工调剂频率及占空比地三角波、正弦波、方波及矩形波，对于产生地波形信号，通过功率放大电路对输出波形信号地幅度、波形稳固性进行调控、同时实现对输出信号频率及占空比地测量， 并且可以显示出来，由于本多功能信号发生器所产生地信号频带相对较宽，先对功率放大电路地输出端进行整形处理，由于在12
3、M 晶振下单片机所能测量地频率最高只能达到500kHZ ，必需对整形输出作一个四分频处理，另外本设计中对于不同频率地波形信号采纳了不同地测量方式，对于较低频率地方波，我们通过测量其周期间接获得其频率，而对于较高频率地信号波，就可以直接进行测量，保证了测量地精度综上所述，本设计 能产生频率范畴为 1HZ-1MHZ地正弦波、三角波、方波、矩形波，同时实现了对频率、占空比及幅度地调剂以及精确测量并且最终得以显示，基本达到了设计要求关键词：多功能信号；单片机；MAX038 ；欢迎下载精品学习资源DESIGN SUMMARYVersatile signal generator able to produ
4、ce a variety of waveforms such as triangle wave, square wave including square, sine wave signal generator circuit, the circuit experiments and equipment testing has a very wide range of usesWith the development of technology in all aspects of the signal generator is increasingly demanding Because th
5、e waveform signalgenerator traditional low accuracy and poor frequency stability characteristics, can not meet theneeds of many practical applicationsAnd on the market are expensive low frequency signal generator, in order to meet the actual needs, to design a low-frequency signal generatorThis pape
6、r describes a microcontroller-based control of multi-signal generator, which uses acombination of methods MAX038 withmicrocontroller through Protel99 hardware design and simulation software, using C language programming, combined with software control signal generator, change the frequency measureme
7、nt and display process, the signal generator to microcontroller AT89C52 as the control center, mainly by the power supply module, the key circuit module, LED display module, the waveform generating module, a power amplifier module, shaping circuit, frequency divider circuit modules and other compone
8、nts This design has basically reached the initial design requirements, you can generate 1HZ-1MHZ can manually adjust the frequency and duty cycle of the triangular wave, sinewave, square and rectangularwave, the waveform signal generated by the power amplifier circuit of the output waveform signal a
9、mplitude , waveform control stability, while achieving the output signal frequency and duty cycle measurements, and can be displayed, since the multi-signal generated by the signal generator is relatively wide frequency band, the first output of the power amplifier circuit side shaping process, sinc
10、e the 12M crystal oscillator frequency can be measured under the chip can only reach 500kHZ, you must make a divide-shaped output processing, in addition to this design for different frequency waveform signal uses a different measurement methods, for more Low- frequency square wave, we obtained indi
11、rectly by measuring the frequency of its period, and for thehigherfrequencysignalwaves, can be measured directly,toensure accuracy ofmeasurementIn summary, the design can produce a frequency range of 1HZ-1MHZ sine wave,triangle wave, square wave, rectangular wave, while achieving the right frequency
12、, duty cycle and amplitude adjustment, and accurate measurement and eventually be displayed, reaches the design requirementsKeywords： Multifunctional signal ； SCM； MAX038 ；欢迎下载精品学习资源目 录第 1 章 绪论01.1 课题背景 .0.1.2 国内外现状 .0.1.3 设计要求和任务 .1.1.4 应解决地主要问题 .1.第 2 章 系统原理及总体设计22.1 系统原理概述 .2.2.2 总体设计方案 .2.第 3 章
13、系统硬件设计43.1 单片机介绍及外围电路 .4.3.1.1 时钟电路63.1.2 RC 复位电路63.2 信号产生模块 .7.3.2.1 芯片引脚83.2.2 系统原理93.2.3 频段调剂掌握93.2.4 频率、幅值、占空比掌握113.2.5 频率、占空比调剂113.3 稳压电源电路 .1 3.3.4 键盘接口设计 .1 4.3.5 功率放大电路 .1 4.3.6 LED 显示电路设计 .1 5.3.7 功率放大输出信号地整形处理 .1 63.8 整形电路输出地分频处理 .1 6第 4 章 程序设计184.1 主程序流程图 .1 8.4.2 频率测量流程图 .1 9.4.3 占空比测量流程
14、图 .2 0.第 5 章 结论与展望22附录 A 单片机程序25附录 B 原理图31欢迎下载精品学习资源第 1 章 绪论1.1 课题背景随着电子测量及其他部门对各类信号发生器地广泛需求及电子技术地快速进展，促使信号发生器种类增多，性能提高特殊随着70 岁月微处理器地显现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向进展1 现在，很多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，可以和掌握运算机及其他测量仪器一起便利地构成自动测试系统当前信号发生器总地趋势是向着宽频率掩盖、低功耗、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向进展在科学争论、工程训练及生产实践中，如工业
15、过程掌握、教案试验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，经常需要用到低频信号发生器而在我们日常生活中，以及一些科学争论 中，锯齿波和正弦波信号是常用地基本测试信号信号发生器作为一种通用地电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛地应用但市面上能看到地仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满意很多方面实际应用地需求加之各类功能地半导体集成芯片地快速生产，都使我们研制一种低功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控等低频地信号发生器成为可能1.2 国内外现状信号发生器作为一种常见地应用电子仪器设备，传统地可以完全由硬件电路搭接而成，如采纳 555 振荡电路发生正弦波、
16、三角波和方波地电路便是可取地路径之一但是这种电路存在波形质量差，掌握难，可调范畴小，电路复杂和体积大等缺点在科学研 究和生产实践中，如工业过程掌握，生物医学，地震模拟机械振动等领域经常要用到低 频信号源而由硬件电路构成地低频信号其性能难以令人中意，而且由于低频信号源所 需地 RC 很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数地精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命地弱点一旦工作需求功能有增加，就电路复杂程度会大大增加在 70 岁月后，微处理器地显现，可以利用处理器、A/D/ 和 D/A ，硬件和软件使波形发生器地功能扩大，产生更加复杂地波形这时期地波形发生器多以软件为主，实质是采纳微处理
17、器对 DAC 地程序掌握，就可以得到各种简洁地波形90 岁月末，显现几种真正高性能、高价格地函数发生器而近几年来，国际上波形发生器技术进展主要表达在以下几个方面：（ 1）过去由于频率很低应用地范畴比较狭小，输出波形频率地提高，使得波形发生器能应用于越来越广地领域波形发生器软件地开发正使波形数据地输入变得更加便利和简洁（ 2）由于 VXI总线地逐步成熟和对测量仪器地高要求，在很多领域需要使用 VXI系统测量产生复杂地波形，VXI 地系统资源供应了明显地优越性，但由于开发 VXI 模块地周期长，而且需要特地地VXI 机箱地配套使用，使得波形发生器VXI 模块仅限于航空、军事及国防等大型领域在民用方
18、面，VXI模块远远不如台式仪器更为 便利（ 3）随着信息技术蓬勃进展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新富强起来不过现在新地台式仪器地势状，和几年前地己有很大地不同这些新一代台式仪器欢迎下载精品学习资源具有多种特性，可以执行多种功能而且形状尺寸与价格，都比过去地类似产品削减了一半 二十一世纪，随着集成电路技术地高速进展，显现了多种工作频率可过GHz 地DDS 芯片，同时也推动了信号发生器地进展信任在接下来地一段时间里，信号发生器地进展仍将取得跨过式地进展！1.3 设计要求和任务熟识和把握单片机地结构和工作原理，明白信号发生器地工作原理把握以单片 机为核心地电路设计地基本方法,并通过实际程序地
19、设计和调试，逐步把握模块化程序地设计方法和调试技术；明白开发单片机应用系统地全过程综合运用所学专业学问解决 工程问题详细设计要求如下：（1） ） 具有产生正弦波、三角波、方波、矩形波波形地功能（2） ） 信号地频率范畴为 1Hz-1MHz （3） ） 信号地输出波形幅度 Vp-p 可调（4） ） 通过键盘输入任意频率数值和挑选任意波形（5） ） 波形信号频率及占空比可调可测1.4 应解决地主要问题本论文重点在于争论以单片机为基础基础，结合由马克西姆公司MAX038而设计地一种简易信号发生器，通过MAX038来产生一系列有规律地幅度和频率可调地方波、三 角波和正弦波基于MAX038地多波形函数信
20、号发生器具有信号输出频率高、波形稳定 、 失 真 小 、 可 控 性强 等 特 点2 本信 号 发 生器 包含 稳 压电 源模 块、 单 片 机（ AT89C52）掌握模块、键盘模块、 LED 显示模块、信号发生模块（ MAX038 ）、功率放大（ AD811 ）及缓冲器 BUF634 模块、分频模块，该设计结构简洁，虽然性能指标赶不上标准信号发生器，但能满意一般地试验要求其成本低、体积小、便于携带等特点，亦可作为电子产品修理人员地随身设备之一欢迎下载精品学习资源第 2 章 系统原理及总体设计本章第一对系统原理作一个简述，然后提出系统总体设计方案，包括单片机掌握系统地设计、 MAX038 芯片
21、信号地实现、功率放大及缓冲器地运用和LED 数码管地选用给出了整体设计思路和单片机与各个模块地联系，以及整体设计框图2.1 系统原理概述本系统所设计多功能信号发生器是一种能够产生正弦波、三角波、方波，矩形波地低 频信号发生器，在单片机地掌握下由MAX038信号发生芯片产生频率占空比可调地正弦波、三角波、方波，通过调剂方波地占空比产生矩形波，对于所产生地四种波形信号，通过功率放大电路可对其幅度、稳固性进行调剂，对功率放大电路输出信号进行整形后可以利用单片机地中断口及定时计数器分别测出低频信号测量周期、高频信号地频率以及他们地高电平周期，从而转换为系统输出地频率和占空比，最终经过显示电路显示出频率
22、和占空比2.2 总体设计方案该系统硬件由以下几个部分组成：键盘电路、稳压电源模块、LED 显示模块、波形信号产生模块、功率放大电路、分频模块等本毕业设计采纳地是目前比较常用地52 系列单片机 AT89C52 是一个低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 地可反复擦写地 Flash只读程序储备器和 256 bytes地随机存取数据储备器（ RAM ），器件采纳 ATMEL 公司地高密度、非易失性储备技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用8 位中心处理器和 Flash储备单元， AT89C52 单片机在电子行业中有着广泛地应用此单片机地体积小、低功耗、掌握才
23、能强、扩展敏捷、微型化使用便利本设计结合由马克西姆公司MAX038 而设计地一种简易信号发生器，通过 MAX038 来产生一系列有规律地幅度和频率可调地方波、三角波和正弦波基于 MAX038 地多波形函数信号发生器具有信号输出频率高、波形稳固、失真小、可控性强等特点本信号发生器包含稳压电源模块、单片机（AT89C52）掌握模块、键盘模块、 LED 显示模块、信号发生模块（ MAX038 ）、功率放大（ AD811）及缓冲器BUF634 模块、分频模块，该设计结构简洁，虽然性能指标赶不上标准信号发生器，但能满意一般地试验要求其成本低、体积小、便于携带等特点，亦可作为电子产品修理人员地随身设备之一
24、系统地总体设计框图如2-1 所示：欢迎下载精品学习资源占空比调剂频率调剂译码电路MAX038运放幅度掌握输出波形整形处理波形挑选M C U频率占空比测量四分频键盘LED显示模块图 2-1 系统地总体设计框图欢迎下载精品学习资源第 3 章 系统硬件设计本章介绍了本设计地硬件电路设计，依据各个模块分别绽开分析依次介绍了52 单片机地 外围硬件 电路 包括时 钟电 路和复位电路 稳压 , 重点 介绍 了信 号发 生模块（ MAX038 ），最终简洁介绍了稳压电源电路、键盘电路、功率放大电路、LED 数码管显示电路以及分频电路设计欢迎下载精品学习资源3.1 单片机介绍及外围电路图 3-1 单片机引脚总
25、体配置图欢迎下载精品学习资源AT89C52 是 51 系列单片机地一个型号，它是ATMEL 公司生产地 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 型 8 位单片机，片内含 8k bytes 地可反复擦写地 Flash只读程序储备器和 256 bytes 地随机存取数据储备器（ RAM ），器件采纳 ATMEL 公司地高密度、非易失性储备技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中心处理器和 Flash 储备单元 3 AT89C52 有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2 个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器， 2 个全双
26、工串行通信口， 2 个读写口其将通用地微处理器和 Flash 储备器结合在一起，特殊是可反复擦写地Flash 储备器可有效地降低开发成本AT89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品地需求 主要功能特性兼容 MCS51 指令系统8k 可反复擦写 1000 次） Flash ROM32 个双向 I/O 口256x8bit 内部 RAM欢迎下载精品学习资源3 个 16 位可编程定时 /计数器中断时钟频率 0-24MHz2 个串行中断可编程 UART 串行通道2 个外部中断源共 6 个中断源2 个读写中断口线3 级加密位低功耗闲暇和掉电模式软件设置睡眠和
27、唤醒功能AT89C52 中有一个用于构成内部振荡器地高增益反相放大器，引脚XTAL1 和 XTAL2分别是该放大器地输入端和输出端这个放大器与作为反馈元件地片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器外接石英晶体及电容 C1， C2 接在放大器地反馈回路中构成并联振荡电路对外接电容 C1， C2 虽然没有特别严格地要求，但电容容量地大小会稍微影响振荡频率地高低、振荡器工作地稳固性、起振地难易程序及温度稳固性，这里挑选使用石英晶体也可以采纳外部时钟采纳外部时钟地电路地情形时，外部时钟脉冲接到XTAL1 端，即内部时钟发生器地输入端， XTAL2 就悬空T2/P1.0140VCCT2EX/P1.12
28、39P0.0/AD0P1.2338P0.1/AD1P1.3437P0.2/AD256AT89C523635P1.4P0.3/AD3P1.5P0.4/AD4P1.6734P0.5/AD5P1.7833P0.6/AD6RST932P0.7/AD7RxD/P3.01031EA/VPPTxD/P3.11130ALE/PROGINT0/P3.21229PSENINT1/P3.31328P2.7/A15T0/P3.41427P2.6/A14T1/P3.51526P2.5/A13WR/P3.61625P2.4/A12RD/P3.71724P2.3/A11XTAL21823P2.2/A10XTAL11922P
29、2.1/A9GND2021P2.0/A8图3-2 AT89C52芯片外观及引脚欢迎下载精品学习资源3.1.1 时钟电路时钟电路是用于产生单片机工作时所必需地时钟信号时钟是单片机地心脏，时钟频率直接影响单片机地速度，时钟电路地质量也直接影响单片机系统地稳固性本系统中时钟方式地电路原理图如图 3-3 所示：图 3-3 内部时钟方式电路原理图电路中地电容 C2、C3 典型值为 3010 pF外接电容地值虽然没有严格地要求，但是电容地大小会影响振荡器地稳固性和起振地快速性同时，在系统中采12MHz 地晶体振荡器来产生时钟脉冲3.1.2 RC 复位电路复位是单片机初始化操作，其主要功能是把PC 初始化为
30、 0000H，使单片机从 0000H单元执行程序除了进入系统地正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式本设计采纳了按键手动复位方式该复位电路如图 3-4 所示图 3-4 R、C 复位电路开关闭合瞬时 RST 引脚获得高电平，单片机复位电路随着电容地C1 地充电， RST 引脚地高电平逐步下降 RST 引脚地高电平只要能保持足够地时间（ 2 个机器周期），单片机就可以进行复位操作欢迎下载精品学习资源3.2 信号产生模块为达到本信号发生器所要求地各类波形信号，本设计采纳MAX038 作为信号产生芯片
31、， MAX038 是美国 MAXIM （马克希姆）公司应市场地需求而研制地单片集成高频精密函数发生器，具有较高地频率特性、频率范畴很宽、功能较全、单片集成化、外围电路简洁、使用便利敏捷等特点内有主振荡器、波形变换电路、波形挑选多路开关、2 5V基准电压源、相位检测器、同步脉冲输出及波形输出驱动电路等其主要优点有：(1) 能精密地产生三角波、矩形波（含方波）、正弦波信号(2) 频率范畴从 01Hz 20MHz ，最高可达 40MHz ，各种波形地输出幅度均为 2V 3占空比调剂范畴宽，占空比和频率均可单独调剂，二者互不影响，占空比最大调节范畴是 10 904波形失真小，正弦波失真度小于075，占
32、空比调剂时非线性度低于2 5采纳 5V 双电源供电，答应有5变化范畴，电源电流为80mA ，典型功耗400mW，工作温度范畴为 070 6低阻抗输出缓冲器： 01；7低温度漂移： 200 PPM对于全部输出波形来说，输出波形是以地为参考地对称波形，在低输出阻抗地情形下，输出电流可达到20 mA 电流在两个与TTL CMOS 信号输入匹配地地址引脚A1 ，A0 上输入合适地代码信号，能够实现输出波形变换地掌握，详细输入代码和输出波形地对应关系如表3-1 所示表 3-1 输入代码和输出波形对应关系表A0A1波形X1正弦波00矩形波10三角波欢迎下载精品学习资源3.2.1 芯片引脚MAX038 芯片
33、地各个引脚地功能表如表 3-2 所示：引脚号名称功能表 3-2 MAX038 各引脚功能表1REF250 V带隙基准电压输出端2GND地3A0波形挑选输入端， TTLCMO兼S 容4A1波形挑选输入端， TTLCMO兼S 容5COSC外部电容连接端6GND地7DADJ占空比调整输入端8FADJ频率调整输入端9GND地10Iin用于频率掌握地电流输入端11GND地12PDO相位检波器输出端假如不用相位检波器就接地13PDI相位检波器基准时钟输入端假如不用相位检波器就接地14SYNCTTL CMO兼S 容地同步输出端15DGND数字地让他开路使 SYNC无效，或是 SYNC不用16DV+数字+5
34、V电源假如 SYNC不用就让他开路17V+5 V电源18GND地19OUT正弦波、方波或三角波输出端20V-5 V 电源MAX038内部仍有正弦整形电路、比较器、复用器以及鉴相器电路，它们共同实现了正弦波、三角波、锯齿波、矩形波和脉冲波地生成鉴相器是作为锁相环地备用单元，为异或门电路结构，输入信号一路来自内部差动矩形波 OSCA 和 OSCB，另外一路来自外部引脚PDI鉴相器地输出信号为电流，由PDO 引脚输出平均值变化范畴为 0550A当两路输入信号地相位差为90.时，输出电流地占空比为 50%，平均值为 250A 假如构成锁相环路，就 PDO 和 FADJ 相连，并且对地连接一个电阻 RP
35、D，同时并联一个电容 CPD RPD 打算鉴相器地灵敏度， CPD 用于滤除电流中地高频成分其内部结构如图3-6 所示：欢迎下载精品学习资源A0A134欢迎下载精品学习资源CCOSC5GND6FADJ8DADJ7I10RRR主振器主振掌握器-250VAOSCA OSCB正弦波形成器方波形成器比较器正弦三角波方波多路挑选器输出级19OUT14RLCLSYNC欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源+5V-5V1VREF 2.5VV+17V-20基 准电压源2 、 9 、 11 、 18相位检测器151612PD013PD1欢迎下载精品学习资源DGNDDV+GND欢迎下载精品学习资源3.2.2 系
36、统原理图 3-6 MAX038 内部原理图+5V欢迎下载精品学习资源MAX038 地输出频率主要受振荡电容 CF ， IIN 端电流和 FADJ 端电压地掌握挑选一个 CF 值，对应 IIN 端电流地变化，将产生肯定范畴地输出频率4 另外，转变 FADJ 端地电压，可以在 IIN 掌握地基础上，对输出频率实现微调掌握为实现输出频率地数控调整，在IIN 端和 FADJ 端分别连接一个电压输出地DAC 第一，通过 DACB产生0V00H 到 25V0FFH 地输出电压，经电压 / 电流转换网络，产生 0A到 748A地电流，叠加上网络本身产生地 2A电流，最终对 IIN 端形成 2A到 750A地
37、工作电流，使之产生相应地输出频率范畴 DACB 将此工作电流范畴分为 256 级步进间隔，输出频率范畴也被分为 256 级步进间隔所以， IIN 端地电流对输出频率实现粗调其次步，通过DACA 在 FADJ 端产生一个从 - 2 3V00H 到+ 23V0FFH 地电压范畴，该范畴同样包含 256 级步进间隔， IIN 端地步进间隔再次细分为 256 级步进间隔，从而在粗调地基础上实现微调3.2.3 频段调剂掌握固定一个 CF 值，当 IIN 端地电流从 2uA 到 750uA 地变化时，对应产生一个频段地频率范畴经试验调整，我们挑选了一系列地CF 如图 3-7 所示，并确定了各 CF 所对应
38、地频段和频率范畴 f1-f2 由于系统通过 DAC 掌握 IIN 端电流和 FADJ 端电压，将各频段地频率范畴划分为 65536 级间隔，因此各频段地输出误差为欢迎下载精品学习资源f f 1f 2 / 65536（3-1）欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源100M10pf欢迎下载精品学习资源10M33pf1M100pf33pf100K100nf10K欢迎下载精品学习资源1K1001nf10nf欢迎下载精品学习资源10100nf欢迎下载精品学习资源10.11101001000IIN电流欢迎下载精品学习资源图 3-7 输出频率与 IIN 电流及振荡电容 CF 地关系此外，由于相邻频段之间存在着