多频率的正弦波低频信号发生器的设计

机械与电子工程学院接口技术课程设计报告题目：多频率的正弦波低频信号发生器的设计摘要:本系统利用单片机AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808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，能产1Hz,10Hz,100Hz,1000Hz的波形。通过键盘来控制正弦波频率的变化，并通过数码管显示其数值，系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分以及显示部分三部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。关键词：单片机AT89C51、DAC0808、74HC573目录1.设计任务及要求..........................................................................................................................12.方案选择......................................................................................................................................13.硬件系统设计..............................................................................................................................13.1总体系统设计思路..........................................................................................................13.2电路构成介绍...................................................................................................................23.2.1单片机最小系统...................................................................................................23.2.2波形产生电路设计...............................................................................................33.2.3频率显示电路的设计...........................................................................................43.2.4键盘显示电路的设计...........................................................................................43.2.5系统整体电路.......................................................................................................54.软件系统设计............................................................................................................................65.系统调试与存在的问题..............................................................................................................65.1Proteus仿真结果...............................................................................................................65.2结果分析..........................................................................................................................95.3存在问题..........................................................................................................................96.心得体会......................................................................................................................................9参考文献........................................................................................................................................10附录1：程序.................................................................................................................................1111.设计任务及要求（1）设计任务为多频率的正弦波低频信号发生器（2）要求正弦波低频信号发生器产生1Hz,10Hz,100Hz,1000Hz的波形，频率可由开关选择。2.方案选择信号发生电路方案论证：方案一：通过单片机控制D/A，输出正弦波。此方案输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。但此方案电路简单、成本低。方案二：使用传统的锁相频率合成方法。通过芯片IC145152，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波。此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。方案三：利用MAX038芯片组成的电路输出波形。MAX038是精密高频波形产生电路，能够产生准确的正弦波周期性波形。但此方案成本高，程序复杂度高。综合考虑以上三种方案，本设计选择方案一。3.硬件系统设计3.1总体系统设计思路本设计系统由主控制模块、数模转换模块、显示模块、控制模块共四个模块组成。主控芯片使用AT89C51单片机，数模转换模块采用DAC0808实现，显示模块采用4个数码管构成，利用键盘控制正弦波频率的改变。系统整体模块如图1所示。图1系统整体模块23.2电路构成介绍利用单片机AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808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，能产1Hz,10Hz,100Hz,1000Hz的波形。通过键盘来控制正弦波频率的变化，并通过数码管显示其数值，系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分以及显示部分三部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。3.2.1单片机最小系统AT89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用AT89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图89C51单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：(1)有可供用户使用的大量I/O口线。(2)内部存储器容量有限。(3)应用系统开发具有特殊性。图2AT89C51单片机最小系统33.2.2波形产生电路设计由单片机采用编程方法产生正弦波波形、通过D/A转换模块DAC0808在进过滤波放大之后输出。单片机的P2口连接DAC0808的八位数据输入端，DAC0808的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。DAC0808的为八位数据并行输入的，DAC0808的引脚图如图3所示，其结构图如图4所示：图3DAC0808引脚图图4DAC0808的内部结构4其连接电路图如下：图5波形产生电路如图所示,VEE接-5V电压，COMP端与VEE之间接0.1uF电容，VREF(+)通过5K电阻接+5V电源，VREF(-)接地。输出端IOUT连接运算放大器反向输入端。运算放大器同相输入端接地。3.2.3频率显示电路的设计通过4个74HC753连接4个数码管显示输出的正弦波的频率，其电路图如下：图6正弦波频率显示如上图所示，74HC753输入端接单片机的P0口，其LE端分别接单片机的P3.1—P1.4。通过软件控制可以显示波形的频率。3.2.4键盘显示电路的设计由于本系统所用按键少，其连接电路图如下：5图7键盘图中独立键盘引出的线接单片机的P1.0-P1.1，开关的功能如图所示。P11每按一次频率×10，P22每按一次频率÷10。3.2.5系统整体电路系统整体电路图如图8所示；图8整体电路图单片机AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，最终由示波器显示出来，能产1Hz,10Hz,100Hz,1000Hz的波形。通过键盘来控制正弦波频率的变化，并通过数码管显示其数值。64.软件系统设计软件的流程图：本系统采用AT89C51单片机，用编程的方法来产生正弦波波形，设置初始值，并通过编程来切换波形频率的改变。具体功能有：（1）正弦波波形的显示；（2）频率增减。软件调试后，通过编程器下载到AT89C51芯片中，首先初始化函数，接着键盘扫描，定时器初始化，分离函数，最后显示出正弦波频率。软件的流程图如下：图9软件的流程图5.系统调试与存在的问题5.1Proteus仿真结果7仿真结果如下所示：图10频率为1Hz时波形图AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，最终由示波器显示出来，能产1Hz。图11频率为10Hz时波形图AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，最终由示波器显示出来，能产10Hz。8图12频率为100Hz时波形图AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，最终由示波器显示出来，能产100Hz。图13频率为1000Hz时波形图AT89C51采用程序设计方法产生正弦波，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，最终由示波器显示出来，能产1000Hz。95.2结果分析本系统通过对AT89C51加载程序使其输出正弦波波形，同时可以通过按键正弦波频率。设置初始频率为1Hz，当第一次按下K键时，选择要改变正弦波的频率为10Hz，第二次按下K键时，选择要改变正弦波的频率为100Hz，第三次按下K键时，选择要改变正弦波的频率为1000Hz，第四次按下K键时，正弦波的频率恢复到初始状态1Hz，同时输出各个频率对应的波形，能正确显示波形及其频率。5.3存在问题刚开始用4位数码管显示的时候，正弦波频率到了100Hz和1000Hz的时候数码管就会不停地闪烁。之后换用74HC573连接静态数码管，前面的问题得到解决，不过当正弦波频率到了1000Hz以后，有时候按下×10键就回不到程序要求的1Hz。6.心得体会在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多。对于单片机设计，其硬件电路