数控信号源设计报告书.docx
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数控信号源设计报告书
企业实践报告书
课程名称：
企业实践
题目：
数控信号发生器设计
学生姓名：
陈喜
专业：
自动化
班级：
自131
学号：
3130413012
指导教师：
李强
日期：
2015年09月06日
课程设计任务书1
一、设计题目：
1
二、主要内容及要求1
数控信号源设计2
一、计任务与要求2
二、方案设计与论证3
三、单元电路设计与参数计算4
四、总电路工作原理及元器件清单9
五、结论与心得11
六、参考文献12
课程设计任务书
一、设计题目：
数控信号源设计
二、主要内容及要求
（一）设计任务
设计一个频率和电压都可调的信号发生器，该信号发生器能产生正弦波、矩形波和锯齿波信号，其原理示意图如下所示：
信号输出
（二）设计要求
1.基本要求
⑴输出正弦波、矩形波和锯齿波三种波形，用开关切换输出；
⑵信号频率在100Hz～10kHz内；
⑶具有“+”、“-”步进调整功能，步进100HZ；
⑷可设置输出信号频率，并由数码管显示；
（5）自制稳压电源。
2.发挥部分
⑴频率可设置在10Hz～10kHz之间的任意一个值，步进10HZ；
⑵输出信号的电压在0～5V；
（3）输出电压具有“+”、“-”步进调整功能，步进0.1V。
数控信号源设计
一、计任务与要求
设计一个频率和电压都可调的信号发生器，该信号发生器能产生正弦波、矩形波和锯齿波信号，其原理示意图如下所示：
“+”“—”键
数控部分
信号输出
稳压电源
数字显示
图一：
原理示意图
（一）设计要求
1.基本要求
⑴输出正弦波、矩形波和锯齿波三种波形，用开关切换输出；
⑵信号频率在100Hz～10kHz内；
⑶具有“+”、“-”步进调整功能，步进100HZ；
⑷可设置输出信号频率，并由数码管显示；
（5）自制稳压电源。
2.发挥部分
⑴频率可设置在10Hz～10kHz之间的任意一个值，步进10HZ；
⑵输出信号的电压在0～5V；
（3）输出电压具有“+”、“-”步进调整功能，步进0.1V。
（二）系统组成框图
电源电路
图二：
系统组成框图
频率调节电路接收操作人员的指令，改变振荡电路的输出频率，该信号经波形调节电路处理成各种波形信号，送入显示电路，显示波形信号的频率，最后经幅度调节电路后输出。
二、方案设计与论证
（一）设计思路：
根据设计要求信号频率：
10Hz∽100kHz，步进调整，调整步距为10Hz，可以通过单片机来产生波形信号，并通过改变数据的输出速度来控制波形的频率；同样，想要设计实现0V∽5V步进调整，调整步距为0．1V，也可以通过改变单片机的输出实现波形的幅度调节。
（各个元件电路设计思路在下面做详细说明）
（二）方案：
1.人机接口模块
本系统采用4×4的矩阵键盘作为输入设备，用6位数码管作为显示器
2.信号发生部分
方案一：
由硬件产生。
由硬件产生的信号没有阶梯，波形光滑。
如果采用压控振荡器，
就可单片来控制信号的频率，能过电子开关来选择不同的振荡器投入工作，就可以输出不同的波形。
不过，不同波形需要用不同的振荡器来实现，电路较复杂，难以输出超低频的信号。
方案二：
由软件产生。
将各种波形的数据固定在单片机的程序存储器里，通过改变这些数据的输出速度便可以改变信号的频率，通过改变D/A转换器的参考电压便可以改变信号的最大值，硬件电路简单，成本低。
但输出的信号会出现阶梯。
3.D/A转换部分
单片输出的是数字信号，必须通过D/A转换后才能模拟信号。
方案一：
采用D/A转换器AD7543。
AD7543是一种串行的D/A转换器，1与单片机之间的连线少，布线方便，而且又是12位的D/A转换器，精度高。
但串行数据传输速度慢,当频率较高时,必须减少每周期输出的点数,这将会导致阶梯现象更加明显,因此,此方案不宜使用.
方案二：
采用DAC0832。
这是8位的并行D/A转换器，转换速度快。
方案三：
采用2片DAC0832。
由其中一芯片的输出电压作为另一芯片的参考电压，这样就可以方便的控制最大输出电压。
若采用方案二，在输出电压较低的情况下，比如为1V时，输出的最大电压只有参考电压的1/5，这将会使精度降低，而方案三刚好可以解决这个问题，因此，本系统选择了方案三。
单片机
2号D\A
转换器
LCD1602构成显示电路
4*4矩阵键盘
参考电压
1号D\A
转换器
输出
图三：
系统原理参考框图
3、单元电路设计与参数计算
（一）电源模块
电源模块，输入为电压为220V频率为50HZ的市电，要求分别输出+12V、-12V、+5V、-5V的直流电。
因此经过变压、整流、滤波、稳压等环节后可实现题目要求。
图四：
电源模块电路
（二）单片机最小系统的设计
AT89C52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80C51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
（2）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。
应用系统开发具有特殊性。
图五：
单片机最小系统
（三）波形产生模块设计
由单片机采用编程方法产生三种波形、通过DA转换模块DAC0832将数字信号转化为模拟信号，再经过滤波放大之后输出。
其电路图如下：
图六：
波形产生电路
如上图所示，单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端，DAC0832的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。
DAC0832的为八位数据并行输入的，其结构图如下：
图七：
DAC0832的内部结构
（四）波形幅度调节电路
第一片DAC0832可实现将单片机产生的数字信号转化为模拟信号。
其输出作为第二片DAC0832的基准电压。
因为DAC0832的最大输出电压是由其输入的基准电压来控制的，只要能控制D／A的基准电压便可以控制输出幅度，因此只需在D／A转换器基准电压上加上另一片DAC0832的输出，便可以方便地改变其输出信号的幅度。
设计用两片DAC0832来完成输出信号的工作，第一片DAC0832可实现将单片机产生的数字信号转化为模拟信号。
其输出作为第二片DAC0832的基准电压。
第二片D／A用来控制第一片D／A的基准电压，其中单片机用P0口作为两片D／A芯片的数字量输入，用P3.5、P3.6作为两片DAC0832片选信号数字量输入。
图八：
幅度调节电路
（五）显示模块的设计
通过液晶1602显示输出的波形、频率。
如下图所示，1602的八位数据端接单片机的P1口，其三个使能端RS、RW、E分别接单片机的P3.2—P3.4。
通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类以及波形的频率。
图九：
液晶显示电路
（六）键盘控制模块
键盘模块采用4*4矩阵键盘，采用集成的键盘模块，其八个接口与单片机的P2口连接。
四、软件设计流程
本系统采用AT89C52单片机，用编程的方法来产生四种波形，并通过编程来切换四种波形以及波形频率的改变。
具体功能有：
（1）各个波形的切换；
（2）各种参数的设定；（3）频率增减等。
本文中外部中断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九所示，在程序开始运行之后，首先是对电路进行初始化并且设定初始频率值，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。
图十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，然后经过第二片ＡＤ转换器进行波形幅度调节后，形成所需波形信号。
开始
调用初始化程序
输入信号频率
根据信号频率设置新的时间常数
调用外部中断
显示波形和频率
Y
判断是否有新的输入
N
结束
图十：
主程序流程图
外部中断
N
查表调出数据
是方波？
查表调出数据
Y
N
查表调出数据
是锯齿波？
Y
是正弦波？
发出A/D转换值
Y
频率调节
发出A/D转换值
频率调节
发出A/D转换值
频率调节
返回
图十一：
外部中断1
软件调试后，通过编程器下载到AT89C52芯片中，然后插到系统中即可独立完成所有的控制。
五、总电路工作原理及元器件清单
1．总原理图
图十三：
总原理图
2.元件清单
Description
Designator
Footprint
LibRef
Quantity
10uF
Capacitor
C1
RAD0.1
普通电容
1
30pF
Capacitor
C2,C3
RAD0.1
普通电容
2
1uF
Capacitor
C4,C5,C9
RAD0.1
普通电容
3
CapPol1
PolarizedCapacitor（Radial）
C6,C7
电容
CapPol1
2
0.33uF
Capacitor
C8
RAD0.1
普通电容
1
0.22uF
Capacitor
C10,C11,C16,C17
RAD0.1
普通电容
4
CapPol1
PolarizedCapacitor（Radial）
C12,C13,C18,C19
RB7.6-15
CapPol1
4
Cap
Capacitor
C14
CAPR2.54-5.1x3.2
Cap
1
CAP
Capacitor
C15
RAD-0.3
CAP
1
Diode1N4006
1AmpGeneralPurposeRectifier
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8
DIO10.46-5.3x2.8
Diode1N4006
8
LCD1602
LCD1
1602LCD
LCD1602
1
Header3
Header,3-Pin
P1
3位端子
Header3
1
Header8
Header,8-Pin
P2
HDR1X8
Header8
1
Header9
Header,9-Pin
P3
HDR1X9
Header9
1
Header2
Header,2-Pin
P4
2位端子
Header2
1
Res2
Resistor
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7
AXIAL-0.4
Res2
7
*双路变压器
shuang1
双路变压器
双路变压器
1
SIJIAO
SI1
4脚开关
SIJIAO
1
AT89C52
8-BitMicrocontrollerwith8KFlashROM
U1
DIP40
AT89C52
1
MC7812CT
3-TerminalPositiveFixedVoltageRegulator
U2
221A-04
MC7812CT
1
MC7912CT
Three-TerminalNegativeFixedVoltageRegulator
U3
221A-04
MC7912CT
1
DAC0832LCN
8-bitMicroprocessorCompatible,Double-BufferedD/AConverter
U4,U5
N20A
DAC0832LCN
2
MC7805CT
3-TerminalPositiveFixedVoltageRegulator
U6
221A-04
MC7805CT
1
MC7905CT
Three-TerminalNegativeFixedVoltageRegulator
U7
221A-04
MC7905CT
1
LM324N
QuadDifferentialInput,Low-PowerOperationalAmplifier
U8
646-06
LM324N
1
XTAL
CrystalOscillator
Y1
BCY-W2/D3.1
XTAL
1
整流桥
zheng1
整流桥
整流桥
1
六、结论与心得
回首此次企业实践的整个过程，过程很曲折，甚至感到有些许紧张，但感觉更多的是充实。
从开始实习的那一刻起，便开始忙碌了起来。
整天沉浸在对软件的学习和思索中，大部分时间都学习软件和网上查资料。
通过前两天时间查看了大量资料，并且根据设计的要求进行仔细的研究和反复演算，虽然最终没有实现最终的目标，但是在这次设计中，我学到了许多知识，让我了解到了数控信号源的工作原理，从中也对许多器件的相关知识有了更深入的体会。
也让我学会了使用ＡＤ软件构建电路图。
总之，通过这次实习不仅加强了我思考问题的能力，解决问题的能力。
同时，也使我对课本的理论基础知识有了更好的巩固和加强，在从电路图的构建、电路板的焊接的过程中，让我明白了许多电子元件的引脚使用方法，并能够熟悉使用它们。
本设计采用模拟集成电路（集成运放电路）及其他元器件，设计中实现了数控信号源的频率可调和幅度可调。
在此次设计中，我发现其主要是用到了电子电子技术里的知识的运用，让我认识到把理论与实践结合起来是很重要的，只是掌握理论知识是远远不够的，只有把理论与实践结合起来，在设计过程中结合实际中路灯的原理和功能，达到实用的目的。
虽然，最终并没有实现课题要求，但是让我明白了自己的欠缺，看到了自己在电子设计上的短板所在．在今后的学习中，我会努力补上这些短处．
最后，我深深的体会到做什么事情都必须要学会坚持，要认真谨慎，尽管设计过程中会遇到很多困难的问题，但是，只要不放弃，不断探索，不断专研就一定能解决。
七、参考文献
[1].模拟电子技术基础教程清华大学出版社（2007.8.1）
[2].电子技术课程设计指导高等教育出版社（1997.10.1）
[3].电子线路设计·实验·测试华中科技大学出版社（2000.5.31）
[4].电子技术基础课程设计华中科技大学出版社（2009.3）
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