馬琳-基于單片機的函數(shù)信號發(fā)生器論文答辯PPT

1、研究目的及意義研究目的及意義課題研究內(nèi)容課題研究內(nèi)容研究方案的設(shè)計與選擇研究方案的設(shè)計與選擇硬（軟）件設(shè)計構(gòu)思硬（軟）件設(shè)計構(gòu)思總結(jié)總結(jié)12345答辯主要內(nèi)容答辯主要內(nèi)容研究目的及意義研究目的及意義 函數(shù)信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用函數(shù)信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用于物理學、電工學教學實驗，電子線路和微機原理、于物理學、電工學教學實驗，電子線路和微機原理、接口技術(shù)實驗，自動化測控系統(tǒng)等領(lǐng)域。接口技術(shù)實驗，自動化測控系統(tǒng)等領(lǐng)域。 目前目前, , 市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而成。成。 利用單片機采用程序設(shè)計方法來產(chǎn)生利用單片機采用程

2、序設(shè)計方法來產(chǎn)生低頻信號，其頻率底線很低。具有線路低頻信號，其頻率底線很低。具有線路相對簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，頻率相對簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等優(yōu)點，并且能夠?qū)Σㄐ芜M行細微調(diào)整，優(yōu)點，并且能夠?qū)Σㄐ芜M行細微調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級。功能升級。課題研究內(nèi)容課題研究內(nèi)容 本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設(shè)計，將本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設(shè)計，將采用編程的方法來實現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、采用編

3、程的方法來實現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計的要求，對各種波形的頻正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計的要求，對各種波形的頻率和幅度進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片率和幅度進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機的程序存儲器中。在程序運行中，當接收到來自機的程序存儲器中。在程序運行中，當接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時再調(diào)用相應(yīng)的中外界的命令，需要輸出某種波形時再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/ /模轉(zhuǎn)模轉(zhuǎn)換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出?？谳敵?。 研究方案的設(shè)計

4、與選擇研究方案的設(shè)計與選擇 方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如80388038），），80388038可同時產(chǎn)生正弦可同時產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用波、方波等，而且方法簡單易行，用D/AD/A轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制電壓，也可以實現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號的頻率穩(wěn)定度不高。電壓，也可以實現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號的頻率穩(wěn)定度不高。方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCOVCO）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難以達）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，

5、該方案性能良好，但難以達到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復雜。到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復雜。方案三：采用單片機編程的方法來實現(xiàn)。該方法可以通過編程的方案三：采用單片機編程的方法來實現(xiàn)。該方法可以通過編程的方法來控制信號波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下方法來控制信號波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實現(xiàn)頻率的變換。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生，通過改變程序來實現(xiàn)頻率的變換。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號，所以信號的精度可以做的很高。的是數(shù)字信號，所以信號的精度可以做的很高。硬件電路的實現(xiàn)原理與構(gòu)思硬件電路的實現(xiàn)原理與構(gòu)思 如圖所示如圖所示80C

6、5180C51單片機為硬件系統(tǒng)的核心，單片機對鍵單片機為硬件系統(tǒng)的核心，單片機對鍵盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率，通過顯示電路顯示頻率盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率，通過顯示電路顯示頻率值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器放大電路輸出波形，通過示波器可以值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器放大電路輸出波形，通過示波器可以觀察波形與頻率，復位電路用于系統(tǒng)復位重啟。觀察波形與頻率，復位電路用于系統(tǒng)復位重啟。顯示電路顯示電路鍵盤電路鍵盤電路單單片片機機數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)模轉(zhuǎn)換電路換電路復位電路復位電路放大電路放大電路波形輸出波形輸出數(shù)數(shù)/模電路模電路數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路AT89C51單片機控制兩片單片機控制兩片DAC0832的原理圖：的原理

7、圖： 輸出輸出AT89C51單片單片機機DAC0832DAC0832基準電壓基準電壓D/AD/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準電壓來控制的，所以只要能控制電壓來控制的，所以只要能控制D/AD/A的基準電壓便可的基準電壓便可 以控制輸出幅度，實現(xiàn)幅度可調(diào)。所以設(shè)計用兩片以控制輸出幅度，實現(xiàn)幅度可調(diào)。所以設(shè)計用兩片DAC0832DAC0832來輸出信號，第一片來輸出信號，第一片D/AD/A用來輸出信號，第用來輸出信號，第二片二片D/AD/A用來控制第一片用來控制第一片D/AD/A的基準電壓。的基準電壓。系統(tǒng)電路原理圖系統(tǒng)電路原理圖系統(tǒng)原理分析系統(tǒng)原

8、理分析按下復位鍵后系統(tǒng)對按下復位鍵后系統(tǒng)對82558255初始化，初始化， PAPA口用于掃描鍵盤口用于掃描鍵盤狀態(tài)，狀態(tài)，PBPB口用于點亮一個數(shù)碼管顯示當前頻率值，口用于點亮一個數(shù)碼管顯示當前頻率值，PCPC口用于選擇數(shù)碼管?？谟糜谶x擇數(shù)碼管。通過掃描鍵盤將鍵盤狀態(tài)通過通過掃描鍵盤將鍵盤狀態(tài)通過P0P0送入單片機，如果掃送入單片機，如果掃描得出無按鍵按下則返回繼續(xù)掃描直到有頻率選擇鍵描得出無按鍵按下則返回繼續(xù)掃描直到有頻率選擇鍵按下，如果掃描得出頻率不符即頻率切換則重新置計按下，如果掃描得出頻率不符即頻率切換則重新置計數(shù)初值，更改調(diào)用頻率選擇子程序改變頻率，否則不數(shù)初值，更改調(diào)用頻率選擇子

9、程序改變頻率，否則不予改變繼續(xù)往下執(zhí)行。予改變繼續(xù)往下執(zhí)行。系統(tǒng)原理分析系統(tǒng)原理分析單片機通過P2口發(fā)出控制信息，一方面控制8255的PB口、PC口來輸出當前頻率選擇值。根據(jù)鍵盤掃描值判斷波形選擇按鍵是否按下，沒有按下則返回等待，繼續(xù)掃描直到有波形選擇按鍵按下。有鍵按下但是不符即波形已經(jīng)切換，則更改波形選擇特征值更改波形調(diào)用子程序，根據(jù)預(yù)先設(shè)計好了的表文件控制DAC0832實現(xiàn)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)波形。軟件設(shè)計的構(gòu)思軟件設(shè)計的構(gòu)思1 1 幅度控制幅度控制由于由于D/AD/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的最大幅度可以用其基準電壓來控制，所以控制第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的最大幅度可以用其基準電壓來控制，所以控制第二

10、片片D/AD/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給第一片數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給第一片D/AD/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電壓值就可控制信號幅度。因數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電壓值就可控制信號幅度。因此，送入第二片的值是幾個固定的值。由于此，送入第二片的值是幾個固定的值。由于DAC0832DAC0832內(nèi)部具有鎖存器，所以只需內(nèi)部具有鎖存器，所以只需向第二片向第二片D/AD/A送值一次，直到下一次改變信號幅度。送值一次，直到下一次改變信號幅度。 2 2 頻率控制頻率控制 單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)只有單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)只有0 0、1 1之分，所產(chǎn)生的信號也都是離散信號。為了能夠讓之分，所產(chǎn)生的信號也都是離散信號。為了能夠讓單片機輸出所需的數(shù)字信號，我們采用對信

11、號采樣、量化的方法來實現(xiàn)由單片機單片機輸出所需的數(shù)字信號，我們采用對信號采樣、量化的方法來實現(xiàn)由單片機產(chǎn)生所需信號。在本設(shè)計中，對信號的四分之一周期采樣產(chǎn)生所需信號。在本設(shè)計中，對信號的四分之一周期采樣1919個幅度值，通過反復個幅度值，通過反復查表來輸出幅度值，而整個信號是通過正查表和逆向查表來實現(xiàn)的。采樣的點越查表來輸出幅度值，而整個信號是通過正查表和逆向查表來實現(xiàn)的。采樣的點越密，信號失真度也就越小。兩次采樣點的輸出時間間隔是由定時、計數(shù)器來控制密，信號失真度也就越小。兩次采樣點的輸出時間間隔是由定時、計數(shù)器來控制，因此，通過控制不同的計數(shù)初值就可以控制整個信號的頻率。，因此，通過控制不

12、同的計數(shù)初值就可以控制整個信號的頻率。主程序流程圖主程序流程圖方波仿真方波仿真如圖為方波圖，當如圖為方波圖，當“S0”S0”鍵按下時將產(chǎn)生方波。橫坐標為時間軸每小格表示鍵按下時將產(chǎn)生方波。橫坐標為時間軸每小格表示 1.33ms1.33ms，縱坐標為幅值軸每小格為，縱坐標為幅值軸每小格為1.00mv1.00mv。正弦波仿真正弦波仿真如圖為正弦波圖，當如圖為正弦波圖，當“S1”S1”鍵按下時將產(chǎn)生正弦波。橫坐標為時間軸每小格表示鍵按下時將產(chǎn)生正弦波。橫坐標為時間軸每小格表示 1.33ms1.33ms，縱坐標為幅值軸每小格為，縱坐標為幅值軸每小格為1.00mv1.00mv。 三角波仿真圖三角波仿真圖

13、如圖為三角波圖，當如圖為三角波圖，當“S2”S2”鍵按下時將產(chǎn)生三角波。橫坐標為時間軸每小格表鍵按下時將產(chǎn)生三角波。橫坐標為時間軸每小格表 1.33ms1.33ms，縱坐標為幅值軸每小格為，縱坐標為幅值軸每小格為1.00mv1.00mv。總結(jié)總結(jié)這個信號發(fā)生器的設(shè)計中涉及到一個典型的控制過程。通這個信號發(fā)生器的設(shè)計中涉及到一個典型的控制過程。通過單片機控制數(shù)轉(zhuǎn)換器過單片機控制數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832等幾個芯片產(chǎn)生所需要的電等幾個芯片產(chǎn)生所需要的電流，然后使用運算放大器可以將其電流輸出線性地轉(zhuǎn)換成電流，然后使用運算放大器可以將其電流輸出線性地轉(zhuǎn)換成電壓輸出，通過程序的控制，可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的波形。壓輸出，通過程序的控制，可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的波形。此設(shè)計方案硬件較為簡單，主要是由單片機跟此設(shè)計方案硬件較為簡單，主要是由單片機跟DAC0832DAC0832等等幾個芯片構(gòu)成，連線也較簡便。鍵盤電路為獨立未編碼結(jié)構(gòu)，幾個芯片構(gòu)成，連線也較簡便。鍵盤電路為獨立未編碼結(jié)構(gòu)，一個鍵控制一個波形。顯示電路主要是由發(fā)光二極管構(gòu)成，一個鍵控制一個波形。顯示電路主要是由發(fā)光二極管構(gòu)成，利用發(fā)光二極管的導通即發(fā)光