课程设计（论文）-幅度频率可调正弦波发生器.doc

桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 23 页 共 24 页 课程设计(论文)说明书题 目： 幅度频率可调正弦波发生器 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 2010年 12 月 14 日摘 要正弦波是应用比较广泛的信号之一，产生的方法也比较多。本实验由单片机产生一个数字正弦信号，后有数模转换器进行转换，输出模拟正弦信号。将5v直流电压转换为幅度频率可调的正弦波。关键词：单片机; 数模转换器 ；频率幅度可调abstractcomparison of sine wave is one of a wide range of signals, the resulting method will be more. in this study, the microcontroller generates a digital sinusoidal signal, the conversion after the dac, the output analog sinusoidal signals. will be converted to 5v dc voltage adjustable frequency range of sine wave.key words：scm; dac; frequency range adjustable目 录引言31 电路原理32 芯片介绍32.1 tlc5618数模转换芯片32.2 51单片机62.3 lm358功率放大器73 总体设计93.1电路设计总思路93.2 单片机的设计93.3 数模转换器设计.10 3.4 各部分电路功能介绍.113.5 新板子-电感三点式振荡器.134 调试步骤及结果174.1 检查连线174.2 通电检测174.3 观察调节174.4 分步调试174.5 实验结果175 设计总结17谢辞18参考文献19附录20引言本次实验做的是正弦波发生器，我的思路是微机原理老师上课时讲到的一种方法。由单片机产生一个正弦波信号，用数模转换器转换成正弦波的模拟信号。实验的重点在于单片机的编程以及其与数模转换器直接的连接。本次实验要做到频率与幅度可调。频率可调由单片机完成，幅度可调，由电路中滑动变阻器控制输出振幅。1. 电路原理电路如图：图1 原理图2. 芯片介绍2.1 tlc5618数模转换芯片介绍可编程建立时间至0.5 lsb的2.5s或12.5s的典型两个12位电压输出dac中的cmos8引脚封装用于dac a和同时更新dac b单电源供电3线串行接口高阻抗基准输入电压输出范围。 。 。 2倍参考输入电压软件掉电模式内部上电复位和spi兼容的tms320低功耗：- 3在低速模式毫瓦典型值，- 8 mw的典型快速模式输入数据更新率1.21兆赫单调过温在q -温度可用汽车highrel汽运配置控制/打印支持汽车标准资格应用电池供电测试仪器数字偏移和增益调整电池操作/远程工业控制机与运动控制设备蜂窝电话描述 该tlc5618是双通道12位电压输出数字至模拟转换器（dac）与缓冲基准输入（高阻抗）。这些dac有一个输出电压范围是两次参考电压，以及dac的单调性。该设备使用简单，由单一运行五，一个5供应上电复位功能，是在设备注册成立，以确保可重复的启动条件。数字控制的tlc5618超过3线cmos兼容的串行总线。器件接收用于编程和16位字生产模拟输出。数字输入施密特触发器高噪声的免疫力。数字通信协议包括spi，qspi，和microwire标准。两种设备的版本。该tlc5618没有内部状态机并在所有外部定时信号而定。该tlc5618a有一个内部状态机，它计数时钟数从cs的下降沿，然后更新，并禁止从接受进一步的设备数据输入。该tlc5618a推荐的tms320和spi处理器和tlc5618是建议只对spi或3线串行接口的处理器。该tlc5618a是向后兼容，设计工作在tlc5618设计的系统。图2tlc5618数模转换芯片管脚连接图图3tlc5618数模转换芯片时序图2.2 51单片机51单片机是对目前所有兼容intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是intel的8031单片机. 图4 单片机管脚图后来随着flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是atmel公司的at89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机即是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。 当前常用的51系列单片机主要产品有： *intel的：80c31、80c51、87c51，80c32、80c52、87c52等； *atmel的：89c51、89c52、89c2051等； 主要功能：8位cpu4kbytes 程序存储器(rom) (52为8k) 256bytes的数据存储器(ram) （52有384bytes的ram） 32条i/o口线111条指令，大部分为单字节指令 21个专用寄存器 2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级（52有6个） 一个全双工串行通信口 外部数据存储器寻址空间为64kb 外部程序存储器寻址空间为64kb 逻辑操作位寻址功能双列直插40pindip封装 单一+5v电源供电 cpu：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器； ram：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据； rom：用以存放程序、一些原始数据和表格； i/o口：四个8位并行i/o口，既可用作输入，也可用作输出； t/c：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式； 五个中断源的中断控制系统； 一个全双工uart（通用异步接收发送器）的串行i/o口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信； 片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为12m。2.3 lm358功率放大器lm358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。图5 lm358引脚图及引脚功能lm358封装有塑封8引线双列直插式和贴片式两种。lm358的特点: . 内部频率补偿. 低输入偏流. 低输入失调电压和失调电流. 共模输入电压范围宽，包括接地. 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围. 直流电压增益高(约100db) . 单位增益频带宽(约1mhz) . 电源电压范围宽：单电源(330v)；. 双电源(1.5 一15v). 低功耗电流，适合于电池供电. 输出电压摆幅大(0 至vcc-1.5v) 图6 lm358管脚连接图图7 lm358示意图3 总体设计3.1 电路设计总体思路由单片机产生一个正弦波信号，用数模转换器转换成正弦波的模拟信号。频率可调由单片机完成。数模转换器输出的模拟信号接到滑动变阻器上，由滑动变阻器接上输出，通过调滑动变阻器的滑头调节输出幅度。滑动变阻器的滑头另一端接功率放大器，然后接到输出端口。3.2 单片机设计思路：求出正弦波每个横坐标对应的值，把该值转换为2进制，然后按12位串口输出。程序代码：#include #include #define uchar unsigned charsbit din=p10;sbit clk=p11;sbit cs=p12;int s;uchar w=10;main() int i,j; char ss16=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; ie=0x85; tcon=0x01; p2=w; while(1) for(i=0;i3.1416*2/(0.01*w);i+) s=1900*sin(i*0.01*w)+1900; for(j=0;j12;j+) ssj=s%2; s/=2; cs=0; for(j=0;j16;j+) clk=1; din=ss15-j; clk=0; cs=1; void delay(void)int i,j;for(i=0;i1000;i+)for(j=0;j20)w=20; delay();void dec_w(void) interrupt 2 w-; if(w1)w=1; delay();3.3 数模转换器设计给数模转换器提供2.5v的基准电压。让正弦信号以5v为基准上下摆动。图8 设计思路示意图：平衡位置即为2.5v3.4 各部分电路功能介绍（1）名称：晶体振荡器功能：为单片机提供时钟频率clk图10晶体振荡器（2）名称：单片机及其外接控制开关功能：产生频率可调的正弦波图11单片机及其外接控制开关（3）名称：烧程序接头功能：将程序下载到单片机图12烧程序接头（4）名称：数模转换器功能：把数字正弦波信号转换成模拟正弦波信号图13数模转换器（5）名称：滑动变阻器（电位器）功能：滑动变阻器接数模转换器的输出，中间的接头接到功放作为整个电路的输出。从而实现幅度可调。图14滑动变阻器（电位器）（6）名称：功率放大器功能：减小负载对电路性能的影响，使负载上的信号电流和电压较大。图15功率放大器（7）名称：直流分压电路功能：为数模转换器提供基准电压图16直流分压电路（8）名称：共地和输出接口 功能：接地，接输出图17 共地和输出接口3.5 新板子-电感三点式振荡器电感三点式振荡器又称哈特莱振荡器，其原理电路如图18（a）所示，图18（b）是其交流等效电路。图18（a）中， rb1、rb2和re为分压式偏置电阻；cb和ce分别为隔直流电容和旁路电容；l1、l2和c组成并联谐振回路，作为集电极交流负载，谐振回路的三个端点分别与晶体管的三个电极相连，符合三点式振荡器的组成原则。由于反馈信号由电感线圈l2取得，故称为电感反馈三点式振荡器。采用与电容三点式振荡电路相似的方法可求得起振条件的公式为 （3-4) (3-6)当线圈绕在封闭瓷芯的瓷环上时，线圈两部分的耦合系数接近于1，反馈系数f近似等于两线圈的匝数比，即f=n2/n1。rb1relvtcbcecl1l2vtl1l2cvccrb2(a) 原理电路(b) 交流等效电路图18 电感三点式振荡器振荡频率的近似为 (3-7)若考虑goe、gie的影响时，满足相位平衡条件的振荡频率值为 (3-8)式中，l=l1+l2+2m。由式 (3-8) 可见，电感三点式振荡器的振荡频率要比式 (3-7) 所示的频率值稍低一些，goe、gie越大，耦合越松，偏低得越明显。 所以: 所以可先设定c=100pf，因此可得,可以设为,而所以可知： 当回路谐振时,所以有: 在输出端接上滑动变阻器后可实现调幅功能。经仿真后可观察到起振的过程和稳定后的输出波形如图所示：图19 新电路板仿真图图20 负载滑动变阻器在50%处输出波形图21负载滑动变阻器在0%处输出波形4 调试步骤及结果4.1 检查连线 用电笔检查各处连线是否正常导通。4.2 通电检测 接上5v直流电源，进行实验。4.3 观察调节 输出部分接到示波器上。观察波形，调整电位器和单片机按钮。4.4 分步调试 观察波形，调节电位器，正弦波幅度是否改变。调节单片机，看正弦波的频率是否改变。4.5 实验结果 经过调试，数模转换器可能有问题不能正常工作（学校里面没有高精度的数模转换器卖，该芯片由别人帮买回的，没办法更换了），实验不能输出预期波形。5 设计总结本次实验用到了单片机，是第一次使用，在其中学到了不少东西。特别重要的一点收获是做板前必须先弄清可以买到什么元器件，本次实验由于没能买到合适数模转换芯片而导致了不能输出预期波形。 谢 辞 感谢在整个课程设计过程中帮助过我的每一位人。首先，也是最主要感谢的是我的指导老师，符杰林老师。在整个过程中他给了我很大的帮助，在设计题目的选择，他给了很多参考意见，同时又帮我具体分析设计过程的大体方案，让我在设计时有了具体方向。在pcb板制作失败是知道我详细查找问题的所在，在此十分感谢符老师的细心指导，才能让我顺利完成课程设计。其次，要感谢帮我查资料提出意见的每一位同学，他们在我还没有选择题目时到板的调试不断地给我提出意见，并提供方案给我参考，使我顺利完成这次课程设计。参考文献1 马淑华.单片机原理与接口技术.北京邮电大学出版社.20032 王卫东.模拟电子电路基础.西安电子科技大学出版社.20033 王卫东.高频电子电路.电子工业出版社.20094 蒋卓勤、邓玉元.multisim及其在电子设计中的应用 西安电子科技大学出版社.20035 赵景波、向华. protel 99 se基础教程 人民邮电出版.2009附 录原理图：图22 原理图pcb图图23 pcb单片机程序#include #include #define uchar unsigned charsbit din=p10;sbit clk=p11;sbit cs=p12;int s;uchar w=10;main() int i,j; char ss16=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; ie=0x85