电子技术课程设计-函数信号发生器.doc

长安大学电子技术课程设计课题名称：函数信号发生器学 院： 姓 名：学 号：指导教师：日 期：2011-01-02目录前言03摘要03关键字03设计要求03第一章 系统概述04第二章 单元电路设计与分析04一、 信号发生器04二、 数字显示信号测量频率05三、 数字显示电压测量幅值05第三章 电路的安装与调试09 一、 信号发生器09二、 数字显示信号频率10三、 数字显示电压幅值11结束语13参考文献13鸣谢14元器件明细表14附图15收获与体会及存在的问题15评语17前言课程设计是继”模拟电子技术”及“数字电子技术”理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节，它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，综合所学知识进一步学习掌握电子电路的设计方法和试验方法，为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。摘要本系统以lf353、at89c51、555、adc0808为核心器件，外加电容电阻及基本逻辑器件，运用数模电路基本知识，基本实现了设计要求。三种函数信号的产生以及一定限度的改变频率和幅值，数值显示输出频率及幅值均满足要求。关键字lf353、at89c51、555、adc0808、函数信号发生器、数字万用表、数字频率计设计要求1. 信号频率范围1hz100khz；2. 输出波形：方波、三角形、正弦波；3. 输出信号幅值范围：010v；4. 具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。第一章 系统概述该系统主要由函数信号发生器产生三种信号，外加控制电路，实现对信号频率、幅度的调节，以及数字频率计模块对输出波形的频率进行测量并显示，数字万用表模块可对输出波形的幅度进行测量，系统框图如下：信号产生电路控制电路频率测量幅度测量 第二章 单元电路设计与分析一、 信号发生器（1）方案分析：在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。其电路使用的元件可以使分立元件，也可以是集成芯片。具体方案如下：正弦波振荡器比较积分电路方案一：方案二：方波发生器积分电路差动放大器icl8038方波三角波正弦波方案三： 方案四：正弦波振荡器方波发生器积分电路正弦波 方波 三角波方案四选择了用rc正弦波振荡器直接产生正弦波，用方波发生器和积分电路产生方波和三角波，从而避免了方案一和方案二中不理想的情况，能够得到比较好的波形，所以我们决定选择此方案。（2）单元电路设计：正弦波发生电路方波三角波发生电路二、数字显示信号测量频率（1）方案分析：方案一：选用专用八位通用频率计数器icm7216b组成频率计。方案二：选用数字电路芯片设计。由于方案二所用芯片比较熟悉，设计易实现，故选方案二。（2）单元电路设计时基电路；逻辑控制电路；译码显示电路。三. 数字显示电压测量幅值（1）方案分析方案一：以a/d转换器mc14433为核心器件，它有多路调制bcd码输出端和超量程，采用动态扫描显示，便于实现自动控制。它连接着输入放大器、基准电源、计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，a/d转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将a/d转换器中各组模拟开关接通或断开，保证a/d转换正常进行。a/d转换结果通过计数译码电路变换成笔段码，最后驱动显示器显示相应的数值。方案二：采用单片机89c51作为系统的控制核心,以a/d转换器adc0808作为主要部件，原理是模数（a/d）转换芯片的基准电压端，北侧电压输出端分别输入基准电压和被测电压。模数（a/d）转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法来计算出被测量电压的值，最后单片机系统将计算好了的被测电压按一定的是与送入显示电路模块加以显示。对比两种方法，第一种方案比较麻烦，要用到的芯片比较多，而且不容易控制，设计难度比较大。第二种方案运算功能较强、编程灵活、设计成本也较低，能较准确地测量输入电压。因此选择方案二进行设计。（2）单元电路设计ad模块检波电路单片机显示模块系统框图：系统电路图：检波电路：检波电路是一个二端网络，在此设计中是测量正弦波幅值必须有的转化电路。由于测量显示电路是针对直流电压设计的，而信号发生器的输出是交流信号，所以要得到交流信号的峰值并将其峰值检出来，检波电路就可以达到要求.如图示二段网络的左端为交流输入端，右端为交流信号峰值的直流输出端，将右端的输出加到下一级电路就可以进行测量。测量及数字显示电路：芯片介绍（由于仿真软件的原因，元件库中没有at89s51，故用at89c51替代）89c51：89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压、高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的89c51是一种高效微控制器，89c2051是它的一种精简版本。89c单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性：与mcs-51 兼容 4k字节可编程闪烁存储器 全静态工作：0hz-24mhz 三级程序存储器锁定 128*8位内部ram 32可编程i/o线两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路管脚说明：vcc：供电电压。gnd：接地。p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。rst：复位输入。/psen：外部程序存储器的选通信号。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。adc0808：adc0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行a/d转换。adc0808是adc0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用adc0808进行a/d转换，实际使用时采用adc0809进行a/d转换。内部结构adc0808是cmos单片型逐次逼近式ad转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型a/d转换器。引脚功能adc0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。各引脚功能如下：15和2628（in0in7）：8路模拟量输入端。8、14、15和1721：8位数字量输出端。22（ale）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。6（start）： ad转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动a/d转换）。7（eoc）： ad转换结束信号，输出，当ad转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。9（oe）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当ad转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。10（clk）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640khz。12（vref（+）和16（vref（-）：参考电压输入端11（vcc）：主电源输入端。13（gnd）：地。2325（adda、addb、addc）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。第三章 电路的安装与调试一、信号发生器仿真电路正弦波发生电路：方波三角波发生电路：二、数字显示信号频率仿真电路三、数字显示电压测量幅值仿真电路及仿真结果检波电路功能仿真结果：测量及数字显示仿真结果：仿真所用c语言源程序：#include unsigned char code dispbitcode=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f; unsigned char code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66， 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00; unsigned char dispbuf8=10,10,10,10,10,0,0,0; unsigned char dispcount; unsigned char getdata; unsigned int temp; long int i; unsigned int r1; sbit st=p30; sbit oe=p31; sbit eoc=p32; sbit clk=p33; void main(void) st=0; oe=0; et0=1; et1=1; ea=1; tmod=0x12; th0=216; tl0=216; th1=(65536-5000)/256; tl1=(65536-5000)%256; tr1=1; tr0=1; st=1; st=0; while(1) if(eoc=1) oe=1; getdata=p0; oe=0; i=getdata*196;dispbuf5=i/10000; i=i%10000; dispbuf6=i/1000;i=i%1000; dispbuf7=i/100; st=1; st=0; void t0(void) interrupt 1 using 0 /定时器0 中断服务 clk=clk; void t1(void) interrupt 3 using 0 /定时器1 中断服务 th1=(65536-6000)/256; tl1=(65536-6000)%256; p2=0xff; p1=dispcodedispbufdispcount; p2=dispbitcodedispcount; if(dispcount=5) p1=p1 | 0x80; dispcount+; if(dispcount=8) dispcount=0; 结束语本次函数信号发生器的设计关键有三大模块，即信号信号产生模块、信号峰值测量及显示模块、信号频率检测及显示模块。三大模块的设计总体上是彼此紧密联系的，但就每个模块的设计而言，他们是彼此分立的。每个模块功能的实现与否都影响着总体功能的实现与否。三大模块的设计难度相对都比较大，设计过程中参考了大量的资料。经过一段时间的努力，电路的设计都有了雏形，但是有的模块功能的实现离设计的要求还有一定的差距，这需要我们进行进一步的细化工作。虽然三大模块功能电路的设计有一些小瑕疵，但是整个设计过程我们收获不少。参考文献1. 电子技术试验与课程设计/贾更新主编.西北工业大学出版社，2010.12. 数字电子技术基础/林涛主编.清华大学出版社，20063. 模拟电子技术基础/林涛主编.重庆大学出版社，2003.34. 高频电子线路/曾兴雯主编.高等教育出版社，2004.15. 51单片机技术与应用系统开发/江志红编著清华大学出版社，2008.126. 基于proteus的电路设计与仿真/周景润，张丽娜，丁莉编著.北京航空航天大学出版社，2009.12鸣谢对于此次课程设计的顺利完成，首先要感谢教我们模拟电子技术的xxx老师，以及数字电子技术的xxx老师，以及教模拟电子技术实验的xxx老师，教数字电子技术实验的xx老师，还有课设指导老师xxx，楚岩老师。他们博学多知，严谨求实，还有诲人不倦的态度确实让我很受感动。其他有助于此次课程设计的朋友在此也一并表示感谢。元器件明细表序号名称型号参数数量备注1集成运放lf3535无2电容c若干无极性3可变电阻r若干无4固定电阻r1若干无5二极管1n4007若干普通二极管6电源vcc若干-18v/-5v7电源vdd若干18v/5v8导线若干无9集成运放lf3535无10单片机at89c511无11ad转换芯片adc08081无12电容c1独石、耐压值大于15v13开关2单刀单掷/双掷14七段显示数码管8共阴极15555芯片lm555cm2无16与非门74ls004无17计数器74ls90n16无18锁存器74ls2732无19单稳触发器74ls1212无附图 收获与体会及存在的问题：此次电子技术课程设计是一次理论联系实际的好机会，我从中也收获了许多，比如知道了如何去使用multisim和proteus软件，懂得了怎样去把理论融入到实际，同时也有许多问题，有时候理论的东西，放到实际中就是不能出结果，或者说不能很好的出结果，这就是理论与实际的区别，而且在理论的学习过程中通常不注意元器件参数的选取，可是这在实际中是行不通的，比如lf353的供电电压就是加18v而不是12v，虽然12v也能工作，但是输出波形带一定幅度后就会失真，如果加到18v就能解决此问题。此次电路基本实现要求，但是也有许多不足之处，比如电路在频率较高时波形失真