PWM信号发生器设计开题报告

开题报告毕业设计题目：PWM信号发生器设计浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班级10电子1班姓名课题名称PWM信号发生器设计目录：一、选题意义二、国内外研究现状三、研究的基本内容与拟解决的主要问题四、总体研究思路(方法与技术路线)五、可行性分析六、预期研究成果七、研究工作计划参考文献成绩：答辩意见答辩组长签名：年月日系主任审核意见签名：年月日1PWM信号发生器设计开题报告一、选题意义PWM是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点[1]。PWM信号发生器是实验室常见的一种仪器，其控制方法也是包括模拟电路、数字电路和计算机控制等方法。其中，计算机控制的数字信号发生器因为功能多、精度高成为现代信号发生器的主要控制方法。本设计将采用单片机实现各种信号的频率、幅值的控制，硬件电路设计是以AT89C52单片机为核心控制器构成的，由信号发生电路，频率可调电路、幅值可调输出电路，键盘显示器电路、电源电路等模块组成[2]。二、国内外研究现状信号发生器又称波形发生器，是一种常用的信号源，被广泛地应用于无线电通信、自动测量和自动控制等系统中。传统的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成，借助电阻电容，电感电容、谐振腔、同轴线作为振荡回路产生正弦或其它函数波形。频率的变动由机械驱动可变元件完成，当这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，虽然其低频性能好但体积较大，价格较贵[3]。在今天，随着大规模集成电路和信号发生器技术的发展，许多新型信号发生器应运而生。用信号发生器并配置适当接口芯片产生程控正弦信号，则可替代传统的正弦信号发生器，从而有利于测试系统的集成化、程控化和智能仪表的多功能化。而信号发生器的最大特点是面向控制，由于它集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低，因此在数据采集、智能化仪器等技术中得到广泛的应用，从而使得信号发生器的应用成为工程技术多学科知识汇集的一个专门研究领域，其应用产生了极高的经济效益和社会效益[4]。22.1信号发生器的发展单片微型计算机简称信号发生器，是指集成在一块芯片上的计算机，信号发生器的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步,自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来,它的发展到目前为止大致可分为5个阶段：第1阶段（1971～1976）：信号发生器发展的初级阶段。发展了各种4位信号发生器，第2阶段（1976～1980）：初级8位机阶段。以1976年Intel公司推出的MCS—48系列为代表，采用将8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构，功能上可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表等的需要。第3阶段（1980～1983）：高性能信号发生器阶段。这一阶段推出的高性能8位信号发生器普遍带有串行口，有多级中断处理系统，多个16位定时器/计数器。片内RAM、ROM的容量加大,且寻址范围可达64KB。第4阶段（1983～80年代末）：16位信号发生器阶段。1983年Intel公司又推出了高性能的16位信号发生器MCS—96系列，网络通信能力有显著提高。第5阶段（90年代）：信号发生器在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展[5]。2.2信号发生器的现状目前，信号发生器正朝着高性能和多品种方向发展，尤其是八位信号发生器已成为当前信号发生器中的主流。信号发生器的发展具体体现在如下四个方面：1、CPU功能增强CPU功能增强主要表现在运算速度和精度的提高方面。为了提高运算速度和精度，信号发生器通常采用布尔处理机和把CPU的字长增加到16位或32位。例如MCS—96/98和HPCI6040等信号发生器。2、内部资源增多目前，信号发生器内部的ROM容量已达32KB，RAM数量已达1KB，并具有掉电保护功能，常用I/O电路有串行和并行I/O接口，A/D和D/A转换器，定时器/计数器，定时输出和信号捕捉输入，系统故障监测和DMA通道电路等。33、引脚的多功能化随着芯片内部功能的增强和资源的丰富，信号发生器所需的引脚数也会相应增加，这是不可避免的。例如：一个能寻址1MB存储空间的信号发生器需要20条地址线和8条数据线。太多的引脚不仅会增加制造时的困难，而且也会使芯片的集成度大为减小。为了减少引脚数量，提高应用灵活性，信号发生器中普遍采用一脚多用的设计方案。4、低电压和低功耗在许多应用场合，信号发生器不仅要有很小的体积，而且还需要较低的工作电压和极小的功耗。因此，信号发生器普遍采用CHMOS工艺，并增加空闲和掉电两种工作方式[6]。三、研究的基本内容与拟解决的主要问题本设计的硬件电路设计是以AT89C52单片机为核心控制器构成的，由信号发生电路，频率可调电路、幅值可调输出电路，键盘显示器电路、电源电路等模块组成。根据本设计的要求，需要实现的内容如下：键盘电路输入频率、幅值、占空比大小，经AT89C52单片机输出一定频率的数字PWM信号和幅值控制信号，再经D/A转换、和幅值可调电路输出PWM信号。频率和幅值由液晶显示电路显示。设计要求（技术指标、内容）：1、输出电路的选择和设计。2、键盘电路要求实现设置PWM信号参数。3、显示电路要求采用液晶显示。4、控制要求：当正常运行时，能根据输入值控制输出。信号的参数可以通过键盘任意改动。四、总体研究思路(方法与技术路线)44.1硬件部分图1硬件框图4.1.1键盘电路由于需要输入幅值和频率这两个参数，并且要有幅值的增加、减少和频率的增加、减少功能键，采用4*4的矩阵键盘，16个键中10个键输入数值，4个键控制幅值和频率，另外2个键则用于数据的确认和清除。这样便可实现设计要求的键盘控制。键盘电路如下图2。图2键盘电路4.1.2信号发生电路AT89C52单片机输出可调频率的PWM波信号。由于单片机输出的是数字信号，需经过D/A转换才能得到模拟信号。该方案产生的信号频率易调节，性能高。4.1.3幅值可调电路可在AT89C52输出的数字PWM信号上乘以一个数以达到幅值的变化。但单片机做乘法运算时需要很长时间达不到较高的频率要求，所以采用外加一个运算放大器的键盘显示器单片机幅值调节电路D/A转换PWM信号控制信号所需PWM波5放大电路对其幅度调节[7]。4.1.4显示电路显示电路采用LCD液晶显示器1602。4.2．软件程序框图软件部分以AT89C52为核心，获取键盘的输入信息，从而输出一定频率的数字PWM信号和幅值调节信号，并在显示器上显示。AT89C52的程序框图如下：图3软件总框图五、可行性分析本设计以AT89C52单片机为核心，主要优点是性能高、稳定性好、操作方便。AT89C52是一种低功率消耗、性能较高CMOS8位微控制器，具备8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器高技术制作，可以与工业80C51产品指令和引脚全部兼容片上。Flash能够允许程序存储器在系统可编程执行，亦适合于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案[8]。初始化延时等待按键PWM设定输出信号延时显示64X4矩阵键盘电路减少了引脚的使用。1602显示器是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。D/A转换电路和幅值调节电路的设计则需根据设计所需的参数进行设计和芯片的挑选。六、预期研究成果在掌握了总体方案之后进行编程、调试，并将各部分电路焊接完成，预期能在过程中学会如何使用单片机输出幅值、频率可控制的信号，并学会设计有一定精度要求的电路。在电路设计完成后，调试并修改各部分电路，使之符合要求。并且将程序改进，实现用AT89C52单片机得到符合设计要求的PWM波。七、研究工作计划2013年12月25日――2014年2月2日了解课题内容；阅读参考资料及文献；撰写开题报告2014年2月5日――2014年3月2日撰写文献综述；阅读及翻译英文资料；2014年3月5日――2007年3月11日修改开题报告、文献综述和英文翻译2014年3月12日――2014年3月18日总体方案设计2014年3月19日――2014年3月25日软件总体框图设计2014年3月26日――2014年4月1日程序设计72014年4月2日――2014年4月8日程序的修改和完善2014年4月9日――2014年4月15日程序的彷真2014年4月16日――2014年4月29日硬件电路的调试2014年4月30日――2014年5月6日撰写论文2014年5月7日――2014年5月13日论文修改，准备答辩2014年5月14日――2014年5月20日论文答辩参考文献[1]刘树林编.开关变换器分析与设计[M],北京，机械工业出版社，2011[2]杨宁主编，单片机与控制技术[M]．第一版．北京：北京航空航天大学出版社，2005年．[3]楼然苗李光飞编著.51系列单片机设计实例.北京：航空航天大学出版社204年.[4]阉石主编．数字电子技术基础．高等教育出版社，2005年．[5]赖麟文编著．8051单片机嵌入式系统应用．科学出版社，2005年.[6]高峰编著．单片机微型计算机原理与接口技术．科学出版社，2005年．[7]谢嘉奎主编.电子线路．高等教育出版社，2004年.[8]戴仙金主编,51单片机及其C语言程序开发实例[M].北京:清华大学出版社,2008[9]李金平,沈明山,姜余祥.电子系统设计[M].北京：电子工业出版社,2007[10]毕满清等.模拟电子技术基础[M].电子工业出版社,2008.6[11]V.Yu.Teplov,A.V.Anisimov.ThermostattingSystemUsingaSingle-ChipMicrocomputerandThermoelectricModulesBasedonthePeltierEffect[J],20028[12]YeagerBrent.Howtotroubleshootyourelectronicscale[J].PowderandBulkEngineering.1995[13]MeehanJoanne,MuirLindsey.SCMinMerseysideSMEs:Benefitsandbarriers[J].TQMJournal.2008