多种波形发生器设计论文

西安建筑科技大学课程设计（论文）共1页共30页西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书专业班级：学生姓名：指导教师（签名）：1、课程设计（论文）题目多种波形发生器设计2、本次课程设计（论文）应达到的目的课程设计的基本教学目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力以及科技写作或设计能力。要求学生在做课程设计的过程中要有意识地培养自己的实际能力。通过本次课程设计的实践，了解单片机工作的原理及应用技术，掌握根据硬件电路设计软件的方法，了解设计过程中的各个基本环节，也为今后的实际应用奠定基础。3、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）设计任务：设计一个能产生正弦波、方波、三角波、梯形波、锯齿波的波形发生器，完成原理图设计，软件编制及设计报告。具体要求如下：1）以单片机为核心，利用数摸转换芯片0832完成数模转换。2）以按键来选择要产生的波形3）用示波器观察波形。设计步骤：1）按照任务书的要求完成系统需求分析及功能定义。2）使用proteus进行原理性设计与仿真。3)完成代码编写，给出软件流程图。4）撰写设计报告。详见《西安建筑科技大学本科课程设计（论文)管理规定（试行）的规定》。4、应收集的资料及主要参考文献：单片机系统教材及相关元器件的数据手册5、审核批准意见教研室主任（签字）西安建筑科技大学课程设计（论文）共2页共30页摘要随着电子技术的飞快发展，单片机也应用得越来越广泛，基于单片机的智能仪器的设计技术不断成熟。单片机构成的仪器具有高可靠性，高性价比。单片机技术在智能仪表和自动化等诸多领域有了极为广泛的应用，并用到各种家庭电器，单片机技术的广泛应用推动了社会的进步。利用单片机采用程序设计方法来产生波形，线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强等优点，而且还能对波形进行细微的调整，改良波形，易于程序控制。只要对电路稍加修改，调整程序，就能实现功能的升级。本系统利用单片机AT89C52采用程序设计方法产生锯齿波、三角波、正弦波、梯形波四种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，并通过按键来控制四种波形的类型选择。本次设计主要由信号发生模块、数模转换模块和仿真模块。关键词AT89C52单片机，DAC0832，独立式键盘,Proteus，Keil西安建筑科技大学课程设计（论文）共3页共30页目录1绪论..............................................................41.1波形发生器的概述.............................................41.2各种设计方案的比较...........................................41.2.1纯硬件设计法...........................................41.2.2纯软件设计法...........................................51.2.3软硬件结合设计法.......................................52硬件电路设计......................................................62.1主要芯片介绍.................................................62.1.1单片机AT89C52..........................................62.1.2DAC0832数模转换器.....................................92.1.3其他器件..............................................102.2硬件连接图..................................................102.2.1主控电路..............................................102.2.2独立式键盘............................................112.2.3数模转换电路..........................................122.2.4驱动电路..............................................132.3总电路图....................................................133程序设计.........................................................143.1主流程图的设计..............................................143.2子程序的设计...............................................153.2.1锯齿波的产生..........................................153.2.2三角波的产生..........................................153.2.3梯形波的产生..........................................163.2.4正弦波的产生..........................................173.2.5主程序................................................184应用软件.........................................................194.1Proteus....................................................194.2KeilC51....................................................215调试与仿真结果...................................................226总结.............................................................25参考文献...........................................................26附录...............................................................27西安建筑科技大学课程设计（论文）共4页共30页1绪论1.1波形发生器的概述在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。1.2各种设计方案的比较依据应用场合．需要实现的波形种类，波形发生器的具体指标要求会有所不同。依据不同的设计要求选取不同的设计方案。通常，波形发生器需要实现的波形有正弦波、方波、三角波和锯齿波。有些场合可能还需要任意波形的产生。各种波形共有的指标有：波形的频率、幅度要求，频率稳定度，准确度等。对于不同波形，具体的指标要求也会有所差异，例如，占空比是脉冲波形特有的指标。波形发生器的设计方案多种多样，大致可以分为三大类：纯硬件设计法、纯软件设计法和软硬件结合设计法。1.2.1纯硬件设计法波形发生器设计的纯硬件法早期，波形发生器的设计主要是采用运算放大器加分立元件来实现。实现的波形比较单一，主要为正弦波、方波和三角波。工作原理嗍也相对简单：首先是产生正弦波，然后通过波形变换(正弦波通过比较器产生方波，方波经过积分器变为三角波)实现方波和三角波。在各种波形后加上一级放大电路，可以使输出波形的幅度达到要求，通过开关电路实现不同输出波形的切换，改变电路的具体参数可以实现频率、幅度和占空比的改变。通过对电路结构的优化及所用元器件的严格选取可以提高电路的频率稳定性和准确度。纯西安建筑科技大学课程设计（论文）共5页共30页硬件法中，正弦波的设计是基础，实现方法也比较多，电路形式一般有LC、RC和石英晶体振荡器三类。LC振荡器适宜于产生几Hz至几百MHz的高频信号；石英晶体振荡器能产生几百kHz至几十MHz的高频信号且稳定度高；对于频率低于几MHz，特别是在几百Hz时，常采用RC振荡电路。RC振荡电路又分为文氏桥振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等类型。其中，以文氏桥振荡电路最为常用。目前，实现波形发生器最简单的方法是采用单片集成的函数信号发生器。它是将产生各种波形的功能电路集成优化到一个集成电路芯片里，外加少量的电阻、电容元件来实现。采用这种方法的突出优势是电路简单，实现方便，精度高，性能优越；缺点是功能较全的集成芯片价格较贵。实际中应用较多的单片函数信号发生器有MAX038(最高频率可达40MHz)和ICL8038(最高频率为300kHz)。1.2.2纯软件设计法波形发生器设计的纯软件法波形发生器的设计还可以采用纯软件的方法来实现。虚拟仪器鞠使传统仪器发生了革命性的变化，是21世纪测试仪器领域技术发展的重要方向。它以计算机为基础，软件为核心，没有传统仪器那样具体的物理结构．在计算机上实现仪器的虚拟面板，通过软件设计实现和改变仪器的功能。例如用图形化编程工具LabVIEW来实现任意波形发生器的功能：在LabVIEW软件的前面板通过拖放控件，设计仪器的功能面板(如波形显示窗口，波形选择按键，波形存储回放等工作界面)，在软件的后面板直接拖放相应的波形函数并进行参数设置或直接调用编程函数来设计任意波形以实现波形产生功能；完成的软件打包后，可脱离编程环境独立运行。实现任意波形发生器的功能。采用纯软件的虚拟仪器设计思路可以使设计简单、高效，仅改变软件程序就可以轻松实现波形功能的改变或升级。从长远角度来看，纯软件法成本较低。软件法的缺点是波形的响应速度和精度逊色于硬件法。1.2.3软硬件结合设计法（1）软硬件结合法软硬件结合的波形发生器设计方法同时兼具软硬件设计的优势：既具有纯硬件设计的快速、高性能，同时又具有软件控制的灵活性、智能性。如以单片机和单片集成函数发生器为核心，辅以键盘控制、液晶显示等电路，设计出智能型函数波形发生器，采用软硬件结合的方法可以实现功能较全、性能更优的波形发生器，同时还可以扩展波形发生器的功能，比如通过软件编程控制西安建筑科技大学课程设计（论文）共6页共30页实现波形的存储、运算、打印等功能，采用USB接口设计。使波形发生器具有远程通信功能等。目前，实验、科研和工业生产中使用的信号源大多采用此方法来实现。（2）纯硬件设计法功能较单一，波形改变困难、控制的灵活性不够，不具备智能性，其中由运算放大器加分立元件组成的波形发生器，除在学生实验训练中使用外。基本不被采用。纯软件设计法实现简单，程序改变及功能升级灵活，但实现的波形精度及响应速度不如硬件法高。纯软件法主要适用于对波形精度、响应速度