实用信号源的设计与制作

南京信息工程大学电子设计竞赛报告课题名称____实用信号源的设计与制作学院____信息与控制学院_______学生姓名____侯旺盛___余坤___褚忠波指导老师________孙伟_____________2013.4.5目录摘要...............................................................第一章绪论.......................................................1.1选题背景及意义................................................1.2单片机概述....................................................1.3信号发生器分类................................................1.4研究题目及其意义..............................................1.5安排设计任务和要求............................................第二章信号源设计及选择............................................2.1方案的设计与选择..............................................2.2设计原理简介..................................................2.3设计功能......................................................第三章主要电路元器件介绍..........................................3.1AT89C51单片机简介.............................................3.1.1单片机介绍...............................................3.1.2主要特性.................................................3.1.3引脚说明.................................................3.2DAC0832........................................................3.2.1工作原理.................................................3.2.2主要特性参数.............................................3.2.3引脚功能简介.............................................3.3数码显示管.....................................................3.3.1原理及分类...............................................3.3.2显示器的工作方式.........................................3.3.3显示管字型码.............................................第四章单元电路的硬件设计.........................................4.1硬件和原理框图.................................................4.2单片机AT89C51系统的设计.......................................4.3时钟电路.......................................................4.4复位电路.......................................................4.5键盘接口电路...................................................4.6LED显示电路...................................................4.7数、模转换及放大电路...........................................第五章系统软件设计...............................................5.1主函数.........................................................5.1.1程序流程图................................................5.1.2简介......................................................5.2信号频率数据采集程序...........................................正弦波产生.....................................................第六章设计总结....................................................参考文献...........................................................附件系统电路图...................................................摘要本文设计低频信号发生器，以AT89C51单片机为核心，通过键盘输入控制信号类型和频率的的选择，采用DA转换芯片输出相应的波形，同时以LED显示器进行实时显示信号相关信息。我们采用C语言进行编程，可实现正弦波的产生，且波形的信号幅度可调。经测试该设计方案线路优化，结构紧凑，性能优越，满足设计要求。关键字：单片机，DA转换，信号发生器第一章绪论1.1选题背景及其意义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。能够产生多种波形，如方波、锯齿波、三角波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学领域内，函数信号发生器在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。1.2单片机概述单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机具有集成度高、系统结构简单、使用方便、实现模块化、可靠性高、处理功能强、速度快等特点，因为被广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。1.3信号发生器分类信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。因其应用广泛，种类繁多，特性各异，分类也不尽一致。按信号波形可分为正弦信号、函数信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类；按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器、标准信号发生器和功率信号发生器；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。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。1.4研究题目及其意义信号发生器是一种经常使用的设备，由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不方便、信号失真较大、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等要求，研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景。以满足工业领域对信号源的要求。本次试验实现利用单片机AT89S52和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现方波、锯齿波、三角波、正弦波这四种常用波形的发生。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断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。并且可以通过数码管和键盘显示模块，键盘可以实现对几种波形的切换。1.5章节安排设计的任务和要求第一章绪论：介绍选题的背景意思，单片机的概述，信号发生器的分类等第二章方案设计：介绍系统功能要求和整体结构，包括数码管的显示信号频率，按键波形选择及信号频率调整等。第三章系统的硬件设计：介绍各单元电路设计，主要介绍单片机主控制器，信号产生电路、显示电路、键盘电路等第四章系统的软件设计：介绍各子程序的算法和流程，包括主程序、方波、锯齿波、三角波、正弦波的信号产生、数码管显示、键盘扫描、按键处理等。第五章总结：设计体会，设计过程中俄困难与收获。第二章信号发生器方案设计与选择信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、波形信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。本文利用单片机构造低频信号发生器，可产生正弦波，方波，三角波，锯齿波四种波形，再通过D/A转换器DAC0832把数字信号转变为模拟信号，经OP07放大输出到示波器，与此同时外接8位LED显示输出信号的类型和频率。2.1方案的设计与选择方案一：采用单片函数发生器可产生正弦波、方波等，操作简单易行，用D/A转换器的输出来改变调节电压，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：利用芯片组成的电路输出波形，MAX038是MAXIM公司生产的一个只需要很少外部元件的精密高频波形产生器，他能产生准确的高频正弦波、三角波、方波。输出频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别地控制。所需的输出波形可由在A0和A1输入端设置适当的代码来选择，且具有输出频率范围宽、波形稳定、失真小、使用方便等特点。方案三：采用Atmel公司的AT89C51单片机编程方法实现，该方法的可以通过编程的方法控制信号波形的频率和幅度，而在硬件电路不便的情况下，通过程序实现频率的变化和输出波形的选择，并同时在显示器显示相应的结果。方案一输出信号频率不够稳定；方案二成本高，程序复杂度高；方案三，软硬件结合，硬件成本低，软件起点低，优化型相对比较好，容易实现，且满足设计要求。综合考虑，我们采用了方案三，用AT89C51单片机设计低频信号发生器，能够满足信号的频率稳定性和精度的准确行。2.2设计原理简介该设计设计一个低频信号发生器，我们采用的是AT89C51单片机用软件实现信号的输出。该单片机是一个微型计算机，包括中央处理器CPU，RAM，ROM、I/O接口电路、定时计数器、串行通讯等，是波形设计的核心。该信号发生器原理框图如图2.1，总体原理为：利用AT89C51单片机构造低频信号发生器，可产生正弦波，方波，三角波，锯齿波四种波形，通过C语言对单片机的编程即可产生相应的波形信号，并可以通过键盘进行各种功能的转换和信号频率的控制，当输出的数字信号通过数模转换成模拟信号也就得到所需要的信号波形，通过运算放大器的放大输出波形，同时让显示器显示输出的波形信息。本方案其主要模块包括复位电路、时钟信号、键盘控制、D/A转化及LED显示。其各个模块的工作原理如下：（1）复位电路是为单片机复位使用，使单片机