简易低频信号发生器.docx

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简易低频信号发生器

课程设计报告书

题目简易低频信号发生器

物电系电子信息工程专业082班

姓名

指导教师

时间2011年9月16日

课程设计任务书

班级

电信082

姓名

题目

简易低频信号发生器

技术参数、设计要求、

检测数据等

设计要求、检测数据：

1、能输出正弦波、三角波和方波信号；

2、正弦波和三角波信号可以用按键选择输出；

3、信号的频率能在0.1－50Hz范围内调整。

设计进度安排或工作计划

2011.9.5~2011.9.7：

教师布置课题，学生查询相关资料，完成方案选择、确定验证方案。

2011.9.8~2011.9.11：

设计模块划分、实现及各模块仿真图设计。

2011.9.12~2011.9.15：

设计整体实现、调试及验证，并开始撰写报告。

2011.9.16：

课程设计报告撰写并定稿，上交。

其它

认真阅读单片机原理课程设计报告撰写规范；课题小组经协商好要指定组长并明确分工，形成良好团队工作氛围；基于课题基本要求，各小组与指导老师讨论，再将课题细化、增加要求；课题小组每成员均需各自撰写一份课程设计报告。

简易低频信号发生器

摘要

信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

例如在通信、广播、电视系统中都需要射频发射，这就需要信号发生器，在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振图像等，都需要功率或大或小、频率或高过低的信号。

在现代社会中，自动化技术早已渗透到社会生产的各个领域中，高精度、宽频率、高稳定性的信号发生器对于所属整体系统的性能改善和提高起着至关重要的作用。

多波形的函数信号发生器是电子实验室的基础设备之一，目前各类学校广泛使用的是标准产品，虽然功能齐全，性能指标高，但是价格昂贵，本文所研究的信号发生器采用单片机[1]和DAC0832结合起来，通过数字电子电路向模拟电路转化，该系统虽然性能指标不如标准产品，但是它体积小，成本低，便于携带等特点，亦可作为电子随身设备之一。

系统通过单片机产生数字信号通过DAC0832转换为模拟信号，通过几个按键切换想要的波形[2]。

关键词信号发生器；单片机；数模转换芯片DAC0832；

1.设计概述

1.1.课题的背景及主要技术

自20世纪90年代以来，单片机已进入了一个高速发展的阶段，世界上著名的半导体厂商都注重新型单片机的研制、生产和推广。

单片机的应用已经深入到国民经济的各个领域中，由单片机控制的微型电脑产品比比皆是。

单片机正朝着面向多层次用户的多品种多规格方向发展。

基于单片机和DAC0832的函数信号发生器的设计，本课题是充分运用大学期间对所学专业知识，结合现在使用的信号发生器的基本功能，完成一个系统的设计的全过程，通过单片机和模数转换芯片以及放大器产生多种波形的函数信号发生器在控制领域有着相当广泛的应用。

应用单片机控制的信号发生器的设计，整个系统控制简单，能够全方位的掌握在校期间所学的大部分知识，对单片机的学习是必不可少的，数模转换也是一个非常重要的知识，在对于数字电子和模拟电子的掌握上有非常大的应用，运算放大器的使用更加增强了对模拟模拟电路得理解，整个系统体积小，成本低廉，功能齐全，通过不同的按键，系统输出相应的波形，从而对所学的知识做了全面的深入的学习和掌握。

1.2.课题的工作

本课题主要研究基于单片机和DAC0832结合起来的简易低频信号发生器，用于产生方波，正弦波，三角波。

设计内容：

以单片机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、矩形波），且频率可变的函数发生器。

设计要求：

设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图和仿真图，并编写出控制波形的程序。

2.设计方案

2.1模拟量的计算

（1）利用单片机产生方波、正弦波、三角波等信号波形，信号的频率可变。

（2）将一个周期的信号分离成256个点（按X轴等分），每两点之间的时间间隔为

T，用单片机的定时器产生，其表示式为：

T=T/256。

如果单片机的晶振为12MHz，采用定时器方式1，则定时器的初值为：

X=216—

T/Tmec（2.1）

定时时间常数为：

TL=（65536—

T）MOD256（2.2）

TH=（65536—

T）/256（2.3）

MOD256表示除256取余数

（3）正弦波的模拟信号是D/A转换器的模拟量输出，其计算公式为：

Y=（A/2sin

t）+A/2（其中A=VREF）（2.4）

t=N

T（N=1~256）（2.5）

那么对应着存放在计算机里的这一点的数据为：

（2.6）（4）一个周期被分离成256个点，对应的四种波形的256个数据存放在Tosin的数组中。

2.2.频率的显示

方案一：

采用LED显示

LED的优点：

1.屏幕可以做的更薄

2.画面效果更好

3.不会发黄变暗

4.更加省电

方案二：

采用LCD显示

Lcd缺点：

1.使用寿命较短。

2.限制了液晶显示器色彩的发挥

3.结构复杂、亮度输出均匀性差。

4.体积较大，功耗不理想。

本实验只需要显示频率即可，采用led显示即可，不需要采用Lcd。

3.设计实现

3.1.主要设备

本课题主要采用单片机AT89C51芯片[3]和DAC0832芯片[4]。

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

单片机也被称为微控制器（Microcontroller），由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。

单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统集成于同一硅片的器件。

单片机用于控制有利于实现系统控制的最小化和单片化，简化一些专用接口电路，如编程计数器、锁相环（PLL）、模拟开关、A/D和D/A变换器、电压比较器等组成的专用控制处理功能的单板式微系统。

单片机是所有微处理机中性价比最高的一种，随着种类的不断全面，功能不断完善，其应用领域也迅速扩大。

单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。

当前，8位单片机主要用于工业控制，如温度、压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合；高效能的16位单片机（如MCS-96、MK-68200）可用在更复杂的计算机网络。

纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：

1．低功耗CMOS化

2．微型单片化

3．主流与多品种共存

本实验所用的单片机为AT89C51，如图31所示。

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。

与微处理器完全兼容。

这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。

D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

DAC0832进行D/A转换，可以采用两种方法对数据进行锁存。

第一种方法是使输入寄存器工作在锁存状态，而DAC寄存器工作在直通状态。

具体地说，就是使和都为低电平，DAC寄存器的锁存选通端得不到有效电平而直通；此外，使输入寄存器的控制信号ILE处于高电平、处于低电平，这样，当端来一个负脉冲时，就可以完成1次转换。

第二种方法是使输入寄存器工作在直通状态，而DAC寄存器工作在锁存状态。

就是使和为低电平，ILE为高电平，这样，输入寄存器的锁存选通信号处于无效状态而直通；当和端输入1个负脉冲时，使得DAC寄存器工作在锁存状态，提供锁存数据进行转换。

根据上述对DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器不同的控制方法，DAC0832有如下3种工作方式：

⑴单缓冲方式。

单缓冲方式是控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收资料，或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。

此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。

⑵双缓冲方式。

双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到DAC寄存器，即分两次锁存输入资料。

此方式适用于多个D/A转换同步输出的情节。

　⑶直通方式。

直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即CS*，XFER*，WR1*，WR2*均接地，ILE接高电平。

此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过另加I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A转换。

DAC0832芯片引脚图如图3-2所示。

图31AT89C51芯片引脚图图32DAC0832芯片引脚图

3.2.程序流程图

本文中子程序的调用是通过按键的选择来实现，在取得按键相应的键值后，启动计时器和相应的中断服务程序，再直接查询程序中预先设置的数据值，通过转换输出相应的电压，从而形成所需的各种波形。

主程序的流程图如图3-3所示，在程序开始运行之后，判断信号频率值，如符合所需的频率，则重置时间常数，并通过显示器显示出来，不符则返回。

在中断结束后，还要来判断波形是否符合，如符合，则显示其频率，不符则返回，重新判断。

图3-4为各波形子程序的流程图。

如图所示，在中断服务子程序开始后，通过判断来确定各种波形的输出，当判断选择的不是方波后，则转向对正弦波的判断，如此反复。

如果选择的是方波，则用查表的方法求出相应的数据，并通过D/A转换器将数据转换成模拟信号，形成所需波形信号。

图3-3主程序的流程图图3-4各波形子程序的流程图

3.3总电路图

4.设计验证

运行方法及结果：

1）.开关K2打开，开始运行，示波器显示正弦波，按下按键K1后，在一定延时后示波器显示三角波，如图4-1所示。

图4-1正弦波转三角波

2）当开关K2闭合后，无论是否按下按键K1，示波器都将显示为方波，如图4-2所示。

图4-2方波

3）当按键K3按下，这所显示的波形频率发生变化，每按一次，频率增加1Hz。

5.总结

通过2星期的学期课程设计，我们真正体会到什么是团队协作，真正的了解到团队合作的有利之处，真正感受到团队成员为了共同的目标联合在一起时的强大的力量。

主要有以下心得体会：

（1）要有奉献精神，不要怕自己多做，不要怕自己承担的任务有多重，而其他成员做的很少。

这样当其他成员不能有效地完成任务时，团队还可以有效地运行。

团队成员之间应团结互助，不计功过得失。

（2）分工上不能马虎，要具体到个人，每个人负责哪部分任务，什么时候完成，都要有明确的说明。

分配各成员工作时，应各尽其能，做到资源优化配置。

（3）具体工作时，各成员应频繁交流，避免各自为政，最后导致软硬件不兼容。

（4）当工作出现问题时，各成员应仔细商讨，尽快找到问题的症结，决不应推卸责任，更不能互相埋怨。

（5）每个团队都应有一个核心，负责协调各成员之间的工作。

还有重要的一点，我学会了一种快速有效的学习方法。

以往的学习都是老师讲学生记，不懂的地方就靠解答大量习题帮助记忆，学习的主要目的是通过最后的考试。

课程设计使我发现考试真的并不是最重要，最重要的是能运用所学的知识。

在整个单片机课程学习中，我们突破了传统学习模式，把被动接受转变为主动学习。

不再是用学到的知识解题，而是在实际运用时遇到什么学什么，重在把知识应用于实际。

不过，在此次课程设计中也遇到了一些困难，就是女生对于编程相对处于弱势，不过最后在大家的共同努力下还是解决了编程的问题。

　总之，这学期的嵌入式程序设计，让我学到了很多，受益匪浅。

在本次课程设计中，我所分配到的工作是查资料，画原理图，写报告。

参考文献

[1]程朗.基于8051单片机的双通道波形发生器的设计与实现[J].计算机工程与应用，2004.8：

100～103.

[2]杜华.任意波形发生器及应用[J].国外电子测量技术，2005.1：

38～40.

[3]李叶紫.MCS-51单片机应用教程[M].北京：

清华大学出版社，2004.232～238.

[4]童诗白.模拟电路技术基础[M].北京：

高等教育出版社，2000.171～202.

附录

电路图

图31AT89C51芯片引脚图图32DAC0832芯片引脚图

图3-3主程序的流程图图3-4各波形子程序的流程图

代码见工程文件。

教师评语