畢業論文--基于單片機的信號發生器的設計-wenkub

　

【正文】 常用的方法之一 。按照輸出波形分類可以分為：正弦信號發生器和非正弦信號發生器，非正弦信號發生器又包括：脈沖信號發生器，函數信號發生器、掃頻信號發生器、數字序列波形發生器、圖形信號發常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業設計說明書 2 生器、噪聲信號發生器等。 盡管信號發生器已廣泛應用到我們生活的方方面面，但是 市面上能看到的儀器 在頻率精度、帶寬、波形種類及程控方面都已不能滿足我們生活、實驗和 工業生產等多方 面實際應用的需求。 就 目前來說信號發生器的發展趨勢是向著低 功耗、寬頻率覆蓋、高頻率精度、自動化、多功能和智能化的方向發展 。 第八章 參考文獻 ................................ 錯誤 !未定義書簽。 ................................. 9 AT89C51 簡介 ....................................... 9 AT89C51 管腳說明 ................................... 9 AD9850 芯片簡介 .................................. 12 系統硬件電路基本組成 .................................. 17 系統總體硬件框圖 ....................... 錯誤 !未定義書簽。DAC0832 DAC square wave triangle wave and sine wave sawtooth wave. 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業設計說明書 目 錄 摘 要 .......................................................... I Abstract....................................................... II 第一章 引言 .................................................... 1 ........................................... 1 ..................................... 2 ..................................... 3 生器中的應用 ........................... 4 具有優異的性能價格比 ............................... 4 控制功能強 ......................................... 4 集成度高、體積小、可靠性高 ......................... 4 低電壓、低功耗 ..................................... 4 第二章 設計方案的確定 .......................................... 5 信號發生器的設計要求 .................................... 5 設計方案的選擇 .......................................... 5 ........................... 錯誤 !未定義書簽。 所設計的 函數信號發生器以單片機 (AT89C51) 系統 為控制 中心 ，由晶體振蕩電路、地址產生電路 (直接數字頻率合成 DDS)、波形產生電路、控制電路及串行通訊電路組 成。常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業設計說明書 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 畢 業 設 計 說 明 書 題目 ： 基于單片機的信號發生器的設計 二級學院： 專 業： 班級： 學生姓名： 學號： 指導教師： 職稱： 評閱教師： 職稱： 2022 年 6 月 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業設計說明書 I 摘 要 在 科學研究、工程教育及生產實踐中 ,我們經常會 用到低頻信號發生器，而且，隨著信息技術的不斷發展，信號發生器也在不斷得進步，現在的信號發生器體積越來越小、功能越來越強、功耗越來越低、體積越來越小，在我們生活中的各個領域都得到了廣泛的應用 。本文采用了直接數字頻率合成技術，較大幅度的提高了輸出波形的頻率， 可滿足輸出頻率 20Hz2MHz 的變化范圍； 采用串行通訊電路可以直接方便的通過上位機改變波形的頻率 ,確定輸出波形的類型。 DDS的原理 ............................................... 6 ..................... 錯誤 !未定義書簽。 鍵盤與顯示電路 ........................................ 18 矩陣鍵盤的設計 ................................... 18 LCD顯示器的設計 ................................. 19 幅度調節 的設計 ........................................ 26 AD9850 外圍電路設計 ..................................... 19 晶振的選擇 ........................................ 21 AD9850 與單片機接口電路 ........................... 22 濾波電路 .......................................... 22 輸出接口電路設計 .................................. 24 第四章 軟件設計 ............................................... 28 軟件總體流程 .......................................... 28 AD9850 控制字 ........................................... 31 系統初始化 ............................................. 29 鍵盤掃描及按鍵識別子程序 ............................... 33 ............................................ 34 常州工學院 電子信息與電氣工程學院畢業設計說明書 第五章 總結 .................................................. 35 第六章 測試結論 ................................ 錯誤 !未定義書簽。 第九章 附錄 ................................................... 39 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業設計說明書 1 第一章 基于單片機信號發生器設計概述 信號發生器現狀 隨著電子測量及電路實驗 ,儀器設備對信號發生器的廣泛需求 ,促使信號發生器發展迅速 ,種類增多而且性能 不斷 提高。 信號發生器作為一種常用的電子儀器，在生產、科研、測控、通訊等多個領域都得到了廣泛的應用。開發低功耗、寬頻帶，能產生多種波形并具 有程控等低頻的信號發生器就顯得更加重要和更具意義。按照信號發生器性能指標可以分為一般信號發生 器和標準信號發生器。不過這種電路 存在 一定 的缺點如：波形的質量差、比較難控制、可以調節的范圍小、電路比較復雜和體積較大等。 70年代以前的波形發生器大都使用模擬電子技術，但是模擬器件組成的電路存在著一些缺點，比如說：尺寸大、價格貴、功耗大等，并且要產生相對來說比較復雜的信號波形，那么電路結構就會非常復雜。 90年代末期，出現了一些真正的性能高、價格高的函數發生器、不過 HP公司生產了型號為 HP770S 的信號模擬裝置系統，它是由 HP8770A任意波形數字化和 HP1776A波形發生軟件組成的。 信號發生器技術 發展 方向 近些年來，函數信號發生器的技術發展特點主要表現在以下 幾個方面： （ 1）輸出波形頻率的不斷提高，讓信號發生器的應用越來越廣泛。因此促進了函數信號發生器向可以產生任意波形的方向發展，而且計算機語言的快速發展對信號發生器的軟件技術也起到了一定的促進。因為 VXI總線的逐步成熟，而且對測量儀器要求的增高，很多方面都使用 VXI系統來測量產生復雜的波形， VXI里面的系統資源辦證了它的優勢，不過因為開發 VXI模塊的周期較長，還需要有 VXI機箱的配套，讓 VXI模塊局限于航空、軍事和國防等重大領域； 民用的方面， VXI 模塊還不如臺式的儀器方便。外形大小和價格 都要相對于過去類似的產品有很大的減少。 由于單片機的這種特殊的結構形式， 在某些應用領域中，它承擔了大中型計算機和通用微型計算機 所無法完成的一些工作；使其具有很多顯著的優點和特點， 在各個領域中都得到了迅猛的發展。其邏 輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。 4） 低電壓、低功耗 單片機大量用于攜帶式產品和家用消費類產品，低電壓和低功耗尤為重要。只要對電路稍加修改，調整程序，即可完成功能升級。 方案二：采用函數信號發生器 ICL8038 集成的模擬芯片，它是可以同時產生方波、三角波、正弦波的專用集成電路。 方案四： 采用 AT89C51 和 專用直接數字合成ＤＤＳ芯片的函數發生器 ，能產生任意波形并達到很高的頻率，而且該方案電路較簡單， 性價比高。各模塊的功能：波形產生由單片機控制模塊和數字合成模塊實現，濾波模塊及運放模塊用來對波形進行處理。 （ 3）數字合成和濾波模塊 DSS芯片 是本設計的核心 模塊 ， 主要 是 由相位累加器、正弦波形表、 D/A轉換器、低通濾波器組成 ，其基本組成 如圖 21。雖然的幅度增量是非線性的 ,但是它的相位增量卻是線性的 ,因此 DDS 利用相位增量 的線性變化，在時鐘脈沖 下，讓相位實現一個個步長的增加，來決定輸出信號的頻率與精度。每 2N 是一個周期 ,周期過后寄存器中的數值歸零 ,如此循環、周 而復始的相加。 DAC 的分辨率會對輸出波形的精度產生較大影響 ； DAC 的分辨率越高 ,組成正弦波的階梯數就越多、越密集 ,形狀就越接近與正弦波形 ,輸出波形的精度也就越高。用戶通過鍵盤輸入的波形參數被 AT89S51接收，并經其處理后將計算出的控制字傳送給 AD9850，由其輸出可控波形。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器。 P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據 /地址的低八位。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為低八位地址接收。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數據存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。當 P3口寫入“ 1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。 ：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低八位字節。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業設計說明書 11 時，將跳過一個 ALE 脈沖。如果微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止，置位無效。 10./EA/VPP：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。 ：來自反向振蕩器的輸出。 MCS51內部都有一個反相放大器， XTAL XTAL2分別為反相放大器輸入和輸常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業設計說明書 12 出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產生時鐘送至單片機內部的各個部件。本設計選電容為 典型值 30pF，系統時鐘頻率為 12MHz，晶振電路如圖 32所示。 其中單片機復位方式包括上電自動復位和按鍵復位兩種，本設計中采用按鍵復位的方式來對AT89C51進行復位，復位電路如圖 32。 供電時僅為 155mW，擴展工業級溫度范圍為 40～ 80℃ ，采用 28腳 SSOP表面封裝形式。此電阻設置了 DAC輸出電流的幅值，在 一般情況下 Iout=3mA。 AVDD：模擬電路電源。在此時鐘的上升沿， DDS將刷新已輸入到數據輸入寄存器中的頻率 (或相位 )字，使輸入數據寄存器歸零。這是整片的重新設置功能，即當此腳置為高電平時，它清除 (除輸入寄存器 )所 有寄