《2022年多功能信号发生器设计 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年多功能信号发生器设计 .pdf（21页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、单片机与接口技术课程设计（论文）多功能信号发生器设计院（系）名 称电 子 与 信 息 工 程 学 院专业班级通 信 122 学号120 学生姓名指导教师起止时间：2015.7.4 2015.7.13 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 21 页 -课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院教研室：通信工程学 号学生姓名专业班级通信 122课程设计（论文）题目多功能信号发生器设计课程设计（论文）任务完成多功能信号发生器的硬件和软件设计。任务包括：1、系统硬件框图设计说明2、采用单片机和 D/A 转换器设计多种信号发生器，可输出锯齿波、三角波、方波；3、输出信
2、号电压范围为05V，分辨率为 0.02V，频率 101KHz；4、可按键设置输出波形、频率；同时具有信号参数显示功能。5、在 keil中完成程序的编辑和调试；6、通过 keil和 proteus 进行联合仿真。指导教师评语及成绩平时成绩：答辩成绩：论文成绩：总成绩：指导教师签字：年月日注：平 时 成 绩 占20%，答 辩 成 绩占40%，论文成 绩占40%。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）I 摘 要信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。目前使用的信号发生器大部分是函数信号发生器，且特殊波
3、形发生器的价格昂贵。所以本设计使用的是AT89c51单片机构成的发生器，可产生三角波、方波、锯齿波等多种特殊波形和任意波形，波形的频率可用程序控制改变。在单片机上加外围器件直接式键盘，通过键盘控制波形频率的增减以及波形的选择。在单片机的输出端口接DAC0832 进行 D/A转换，再通过运放进行波形调整，最后输出波形接在示波器上显示。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。关键词：信号发生器；单片机；波形调整名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）II 目 录第 1 章 概论.错误！未定义书签。1.1 课题背景 .错误！未定
4、义书签。1.2 课题意义 .错误！未定义书签。第 2 章 信号发生器的设计 .22.1 设计原理 .2 2.2 设计思路 .2 2.3 功能原理框图 .2第 3 章 信号发生器电路及仿真 .43.1 D/A 转换电路.4 3.2 键盘显示模块设计 .4 3.3 信号发生器总电路图 .5第 4 章 Proteus仿真结果 .7第 5 章 总结.9参考文献 .10附录 I 原理图 .错误！未定义书签。附录 II 源程序.错误！未定义书签。附录 III 元件清单 .错误！未定义书签。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）1 第 1 章 概论1
5、.1 课题背景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，许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，
6、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。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。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，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的信号发生器成为可能。1.2 课题意义便携式和智能化越来越成为仪器的基本要求，对传统仪器的数字化，智能化，集成化也就明显得尤为重要。平时常用信号源产生正弦波，方波，三角波等常见波形作为待测系统的输入，测试系统的性能。单在某些场合，我们
7、需要特殊波形对系统进行测试，这是传统的模拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。利用单片机的强大功能，设计合适的人机交互界面，使用户能够通过手动的设定，设置所需波形。该设计课题的研究和制作全面说明对低频信号发生系统要有一个全面的解、对低频信号的发生原理要理解掌握，以及低频信号发生器工作流程：波形的设定，D/A 转换，单片机（51 单片机，显示电路，键盘控制），显示和各模块的连接通信等各个部分要熟练联接调试，能够正确的了解常规芯片的使用方法、掌握简单信号发生器应用系统软硬件的设计方法，进一步锻炼了我们在信号处理方面的实际工作能力。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 21
8、 页 -本科生课程设计（论文）2 第 2 章 信号发生器的设计2.1 设计原理数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号，因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。89C51单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各部分部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器 ROM、I/O 接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只要将89C51再配置键盘及、数模转换及波形输出、放大电路等部分，即可构成所需的波形发生器。89C51 是整个波形发生器的核心部分，通过程序的编写和执行，产生各种各样的信号，并从键盘接收数据，进行各种功能的转换和信号幅度的调
9、节。当数字信号电路到达转换电路，将其转换成模拟信号也就是所需要的输出波形。采用 AT89S52单片机和DAC0832芯片，直接连接键盘和显示。该种方案主要对AT89S52单片机的各个 I/O 口充分利用。P1口是连接键盘,P0 口接显示电路，P2口连接 DAC0832 输出波形。这样总体来说，能对单片机各个接口都利用上，而不在多用其它芯片，从而减小了系统的成本。也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成。占用空间小，使用芯片少，低功耗。2.2 设计思路课设需要各个波形的基本输出。如输出正弦波、方波、锯齿波、三角波。这些波形的实现的具体步骤：（1）方波：按照设定的周期值将输出的电压改变即可。（
10、2）锯齿波：也使用查表法。将三角波的一个周期（360 度）分为 256 个点，相邻点等差，生成数组。反复输出前128 个数据到 DAC0832,就可以在系统输出端得到想要的锯齿波。（3）三角波：将（2）中的数组 256 个数据全部输出到DAC0832,循环，就可以在系统输出端得到想要的三角波。通过 P1口和轻触开关 S1-S4相连接来切换波形输出。用P0口控制数码管静态显示波形代号。用 P2口向 DAC0832 发送数据，经 DAC0832 转换后，再把信号放大，最后接到示波器上显示。2.3 功能原理框图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 21 页 -本科生课程设计（
11、论文）3 图 2.1 电路总框图如框图 2.1，其中单片机通过P2口与数模转换部分DAC0832 的数据端口 D0-D7相连，作 为 数 字 输 出。通 过 键 盘 控 制 来 改 变 波 形，调 节 幅 值 和 频 率 大 小。波形输出P1 P2 P0 AT89S52 键盘控制数码管显示DAC0832 运放名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）4 第 3 章 信号发生器电路与仿真3.1 D/A转换电路图 3.1 电路原理图如图 3-1 所示，待转换的 8 位数字量由芯片的8 位数据输入线 D10 D17输入，经DAC0832 转换后，
12、通过 2 个电流输出端 IOUT1和 IOUT2输出，IOUT1是逻辑电平为 1的各位输出电流之和，IOUT2是逻辑电平为 0 的各位输出电流之和。DAC0832 由 8 位输入寄存器、8 位 DAC 寄存器和 8 位 D/A转换电路组成。输入寄存器和 DAC 寄存器作为双缓冲，因为在 CPU 数据线直接接到 DAC0832 的输入端时，数据在输入端保持的时间仅仅是在CPU 执行输出指令的瞬间内，输入寄存器可用于保存此瞬间出现的数据。有时，微机控制系统要求同时输出多个模拟量参数，此时对应于每一种参数需要一片 DAC0832，每片 DAC0832 的转换时间相同，就可采用DAC寄存器对 CPU
13、分时输入到输入寄存器的各参数在同一时刻开始锁存，进而同时产生各模拟信号。DAC0832的数据输出方式在微机应用系统中,通常使用的是电压信号,而 DAC0832输出的是电流信号，这就需要由运算放大器组成的电路实现转换。其中有输出电压各自极性固定的单位性输出和在随动系统中输出电压有正负极性的双极性输出两种输出方式。DAC0832 同 CPU 的连接。微处理器与 DAC0832 之间可以不加锁存器，而是利用DAC0832 内部锁存器，将 CPU 通过数据总线直接向DAC0832 输出的停留时间很短的数据保存，直至转换结束。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 21 页 -本科
14、生课程设计（论文）5 3.2 键盘显示模块的设计由于本系统所用按键少，所以采用独立键盘，其连接电路图如图3.2：图 3.2键盘显示电路图中独立键盘引出的四根线分别接单片机的P1.1、P1.2、P1.3、P1.7、P1.8，另一端接地。各开关的功能如下，接 P1.2：控制显示矩形波；接 P1.3：控制显示锯齿波；接 P1.4：控制显示三角波；接 P1.7：增大频率；接 P1.8：减小频率。3.3 信号发生器总电路图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）6 P1口是连接键盘,P0口接显示电路，P2口连接 DAC0832 输出波形。这样总体来
15、说，能对单片机各个接口都利用上，而不在多用其它芯片，从而减小了系统的成本。也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成。占用空间小，使用芯片少，低功耗。如图3.3 所示：图 3.3 实验总电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）7 第 4 章 Proteus仿真结果当按下接 P1.1 口开关时，显示矩形波，如图4.1 所示；图 4.1 矩形波当按下接 P1.2 口开关时，显示锯齿波，如图4.2 所示；图 4.2 锯齿波当按下接 P1.3 口开关时，显示三角波，如图4.3 所示；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11
16、页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）8 图 4.3 三角波调节接 P1.7,P1.8 口开关，可控制波形频率。调节开关，可得到较为清晰的波形图：三角波，矩形波，锯齿波，与实验要求基本一致，如图4.1，图 4.2，图 4.3。本仿真成功。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）9 第 5 章 总结本次的设计中利用AT89C51和 DAC0832 以及放大器完成电路的设计，用开关来控制各种波形的转换和波形频率、占空比的调节，用单片机输出后，经过数模转换器生成波形，最终可以通过示波器观察。在这次的软件设计中，程序设计采用的是C语言。C语
17、言简洁高效，是最贴近硬件的高级编程语言，经过多年的发展，现在已成熟为专业水平的高级语言。因此，在大型程序的设计中，多采用C语言进行程序编译。而且，现在单片机产品推出时纷纷配套了C语言编译器，应用广泛。由于真正意义上的程序设计还不多，因此还不是很得心应手，所以在设计中遇到一些问题和一些难点。比如：在程序设计中如何实现程序结构的最优化，以达到较高的质量。这是以后设计中要注意的问题。通过这次课程设计，我进一步了解了波形发生器的原理，在实际动手操作过程中，使我接触了许多我以前没接触过的元件，而且重新温习了刚学不久的C语言，使我学得了许多知识，使我获益匪浅。这次课程设计，使我的动手能力得到了很大的提高，
18、更使我们懂得理论知识的重要性，没有理论的指导一切实际行动都是盲目的，且实际操作是我们得到的理论知识得到验证，更能增加对理论知识的理解。本人签字：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）10 参考文献1何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，20102韩全立，王建明.单片机控制技术及应用.北京：电子工业出版社，2004 3徐仁贵.微型计算机借口技术及应用.北京：机械工业出版社，2005 4房小翠，王金凤.单片机使用系统设计技术.北京：国防工业出版社，2009 5张毅坤.单片微型计算机原理及应用：西安电子科
19、技大学出版社，2008 6 任为民.电子技术基础课程设计.北京：中央广播电视大学出版社，2011名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）11 附 录 I信号发生器原理图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）12 附 录 II源程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit s1=P11;sbit s2=P12;sbit s3=P13;sbit s7=P16;sbit s8=P
20、17;uint d1,d2;uint s,p;uint n;uchar code jctab128=0 x00,0 x02,0 x04,0 x06,0 x08,0 x0a,0 x0c,0 x0e,0 x10,0 x12,0 x14,0 x16,0 x18,0 x1a,0 x1c,0 x1e,0 x20,0 x22,0 x24,0 x26,0 x28,0 x2a,0 x2c,0 x2e,0 x30,0 x32,0 x34,0 x36,0 x38,0 x3a,0 x3c,0 x3e,0 x40,0 x42,0 x44,0 x46,0 x48,0 x4a,0 x4c,0 x4e,0 x50,0 x5
21、2,0 x54,0 x56,0 x58,0 x5a,0 x5c,0 x5e,0 x60,0 x62,0 x64,0 x66,0 x68,0 x6a,0 x6c,0 x6e,0 x70,0 x72,0 x74,0 x76,0 x78,0 x7a,0 x7c,0 x7e,0 x80,0 x82,0 x84,0 x86,0 x88,0 x8a,0 x8c,0 x8e,0 x90,0 x92,0 x94,0 x96,0 x98,0 x9a,0 x9c,0 x9e,0 xa0,0 xa2,0 xa4,0 xa6,0 xa8,0 xaa,0 xac,0 xae,0 xb0,0 xb2,0 xb4,0 xb
22、6,0 xb8,0 xba,0 xbc,0 xbe,0 xc0,0 xc2,0 xc4,0 xc6,0 xc8,0 xca,0 xcc,0 xce,0 xd0,0 xd2,0 xd4,0 xd6,0 xd8,0 xda,0 xdc,0 xde,0 xe0,0 xe2,0 xe4,0 xe6,0 xe8,0 xea,0 xec,0 xee,0 xf0,0 xf2,0 xf4,0 xf6,0 xf8,0 xfa,0 xfc,0 xfe;uchar code sjtab256=0 x00,0 x02,0 x04,0 x06,0 x08,0 x0a,0 x0c,0 x0e,0 x10,0 x12,0
23、x14,0 x16,0 x18,0 x1a,0 x1c,0 x1e,0 x20,0 x22,0 x24,0 x26,0 x28,0 x2a,0 x2c,0 x2e,0 x30,0 x32,0 x34,0 x36,0 x38,0 x3a,0 x3c,0 x3e,0 x40,0 x42,0 x44,0 x46,0 x48,0 x4a,0 x4c,0 x4e,0 x50,0 x52,0 x54,0 x56,0 x58,0 x5a,0 x5c,0 x5e,0 x60,0 x62,0 x64,0 x66,0 x68,0 x6a,0 x6c,0 x6e,0 x70,0 x72,0 x74,0 x76,0
24、x78,0 x7a,0 x7c,0 x7e,0 x80,0 x82,0 x84,0 x86,0 x88,0 x8a,0 x8c,0 x8e,0 x90,0 x92,0 x94,0 x96,0 x98,0 x9a,0 x9c,0 x9e,0 xa0,0 xa2,0 xa4,0 xa6,0 xa8,0 xaa,0 xac,0 xae,0 xb0,0 xb2,0 xb4,0 xb6,0 xb8,0 xba,0 xbc,0 xbe,0 xc0,0 xc2,0 xc4,0 xc6,0 xc8,0 xca,0 xcc,0 xce,0 xd0,0 xd2,0 xd4,0 xd6,0 xd8,0 xda,0
25、xdc,0 xde,0 xe0,0 xe2,0 xe4,0 xe6,0 xe8,0 xea,0 xec,0 xee,0 xf0,0 xf2,0 xf4,0 xf6,0 xf8,0 xfa,0 xfc,0 xfe,0 xfe,0 xfc,0 xfa,0 xf8,0 xf6,0 xf4,0 xf2,0 xf0,0 xee,0 xec,0 xea,0 xe8,0 xe6,0 xe4,0 xe2,0 xe0,0 xde,0 xdc,0 xda,0 xd8,0 xd6,0 xd4,0 xd2,0 xd0,0 xce,0 xcc,0 xca,名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共
26、21 页 -本科生课程设计（论文）13 0 xc8,0 xc6,0 xc4,0 xc2,0 xc0,0 xbe,0 xbc,0 xba,0 xb8,0 xb6,0 xb4,0 xb2,0 xb0,0 xae,0 xac,0 xaa,0 xa8,0 xa6,0 xa4,0 xa2,0 xa0,0 x9e,0 x9c,0 x9a,0 x98,0 x96,0 x94,0 x92,0 x90,0 x8e,0 x8c,0 x8a,0 x88,0 x86,0 x84,0 x82,0 x80,0 x7e,0 x7c,0 x7a,0 x78,0 x76,0 x74,0 x72,0 x70,0 x6e,0 x6
27、c,0 x6a,0 x68,0 x66,0 x64,0 x62,0 x60,0 x5e,0 x5c,0 x5a,0 x58,0 x56,0 x54,0 x52,0 x50,0 x4e,0 x4c,0 x4a,0 x48,0 x46,0 x44,0 x42,0 x40,0 x3e,0 x3c,0 x3a,0 x38,0 x36,0 x34,0 x32,0 x30,0 x2e,0 x2c,0 x2a,0 x28,0 x26,0 x24,0 x22,0 x20,0 x1e,0 x1c,0 x1a,0 x18,0 x16,0 x14,0 x12,0 x10,0 x0e,0 x0c,0 x0a,0 x0
28、8,0 x06,0 x04,0 x02,0 x00;void delay(uchar k)uchar j;while(k-)!=0)for(j=0;j=256)n=0;void fangbo()P2=0 xff;/方波delay(d1-p);P2=0;delay(d2-p);void juchi()P2=jctabn;n=n+p;if(n=127)n=0;void sanjiao()P2=sjtabn;n=n+p;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）14 if(n=255)n=0;void boxingkey()if(s1=0)P0
29、=0 xF9;s=1;n=0;p=4;else if(s2=0)P0=0 xA4;s=2;n=0;p=4;else if(s3=0)P0=0 xB0;s=3;n=0;p=4;else if(s4=0)P0=0 x99;s=4;n=0;p=4;else if(s5=0)/占空比增加 delay(10);/延时消抖if(s5=0)d1-;d2+;while(!s5);/松手检测，当 s5=1（松手）跳出死循环delay(10);/消抖while(!s5);/确实松手了 else if(s6=0)/占空比减小名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 21 页 -本科生课程设计（
30、论文）15 delay(10);/延时消抖if(s6=0)d1+;d2-;while(!s6);/松手检测，当 P1_0=1（松手）跳出死循环delay(10);/消抖while(!s6);/确实松手了 else if(s7=0)delay(10);if(s7=0)p=p+1;while(!s7);delay(10);while(!s7);else if(s8=0)delay(10);if(s8=0)p=p-1;if(p=0)p=0;while(!s8);delay(10);while(!s8);void main()d1=10;d2=10;n=0;p=4;P0=0 xff;P1=0 xff;
31、名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）16 while(1)boxingkey();switch(s)case 1:zhengxian();break;case 2:fangbo();break;case 3:juchi();break;case 4:sanjiao();break;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 21 页 -本科生课程设计（论文）17 附 录 III元件清单序号名称型号数量1 单片机AT89C51 1 2 芯片DAC8032 1 3 电容33pF 3 5 运放器LM324 1 6 键盘button 5 7 排电阻10K 1 8 电阻10K 1 9 电阻1K 1 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 21 页 -