基于51单片机波形发生器的设计与实现 开题报告.doc

合肥师范学院本科生毕业论文（设计）开题报告装订线（学生用表）课题基于51单片机波形发生器的设计与实现 系部电子信息工程学院专业电子信息工程学科工学学生屠宝轩指导教师吴剑威一、 课题的来源、背景及意义(1)来源：科研/生产(2)背景:单片机是再20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是由中央处理器（CPU），ROM、RAM芯片及I/O接口和一些外围电路等通过印刷版总线连接在一起的一个完整的计算机系统。信号发生器是一种作为激励源或者信号源的电子设备，它能够产生各种各样的波形和频率，其在教学实验，生产实践和科技领域有着广泛的应用，是最普遍使用的电子仪器之一。对于电子类专业的学生，除了学习理论知识外，还必须将所学的理论知识付诸实践，在实践中应用理论知识，提高动手能力，从而提高发现，解决问题的能力，所以试验是必不可少的环节，而信号波形发生器是实验过程最普遍，最基本，也是应用最广泛的电子设备之一，本研究不是针对高端的信号发生器开发，而是从降低经济成本，操作方便简单，输出波形实用角度出发，研究一套设备。 (3)意义：传统的正弦信号源根据实际需要一般价格昂贵，低频输出时性能不好且不便于自动调节，工程实用性较差。现在利用单片机的优越性，制作一种体积小，实用性强，使用方便的低频信号发生器，以AT85C51单片机为核心，结合低俗D/A转换器，通过设计与编程实现了正弦波、方波、锯齿波的产生及其自由切换以及频率、相位的可调与多相波的同时输出。二、国内外发展现状信号波形发生器历史非常的久远，它产生于上个世纪20年代，那会，电子设备刚刚诞生，随后，雷达发展了起来，通信技术也在不断地发展，到了40年代，标准信号发生器开始出现，它的出现主要是为了进行各种接收机的测试，使信号发生器诞生之初主要是用来做定性分析的，随着使用的要求不断提升，慢慢发展成为了定量分析的测量仪器，还是在这个时期，脉冲信号发生器也出现了，这个主要是用于脉冲方面的测量的，上面说的这些信号波形发生器都是早期的一些产品，复杂的机械结构，比较大的功率，比较简单的电路，速度发展总体是比较慢的1。这种发展速度一直持续到1964年，第一台全电子晶体管做的信号发生器出现。从60年代以后，信号波形发生器的发展速度就开始加快了，有个代表产品，那就是函数信号发生器，但是模拟的电子方面的技术在这段时期是占主要的，组成的部分一般都是分立元件，或者是采用模拟的集成方面的电路，电路结构相比于60年代以前，要复杂了，产生的波形就多了一些，比如有方波、正弦波、三角波，还有了锯齿波，但是波形还是比较简单的，加上模拟电路会产生较大的漂移，输出波形的稳定性还是比较差的，70年代又是一个转折点，出现了微控制器，这个时候信号波形发生器的功能就开始强大了起来，波形的产生也比较复杂了。对信号波形发生器而言，软件成为这个时期的主要特征，通过程序用微控制器进行相应的处理就能方便灵活的获得一些简单的信号波形，当然这种方式也是有缺陷的，那就是波形输出的频率不会很高，产生这个原因主要是处理器的工作速度问题，当然还是有一些方法来提高输出频率的，比如，软件方面的改进让它的工作周期缩短，但是这些方法比较有限，硬件电路才是改进的关键所在。慢慢的计算机技术，现代电子技术，信号处理技术发展起来了，数字化技术开始进行渗透和普及，数字信号处理技术开始逐渐的替代传统的模拟信号处理技术，仪器的处理能力开始不断提升，测量的精度高了，准确度高了，速度也提上去了，展现的优点非常多，从这个时候开始，社会进入数字信号发生器时代发展迅猛2。三、研究目标本课题在理论分析的基础上，设计由四大模块组成：D/A波形发生模块，数码管显示模块键盘输入模块，波形数据存储模块。波形的产生通过单片机内的程序实现，采用D/A转换器来控制输出，第一片用于输出波形，第二片用于控制第一片的参考电压，将第二片的输出作为第一片参考电压，以便由程序来控制输出波形的幅值变化，从而实现波形幅值的改变。频率的产生由硬件实现，频率的变化由程序来控制，通过改变定时器的初值来改变输出波形相邻两点的时间间隔，从而实现波形频率的改变。波形的合成也通过程序实现，具有很高的精度和线性组合的灵活性。四、研究内容、方法及手段1、研究内容本设计主要研究内容是设计一个利用51单片机的波形发生器，通过把各种各样的波形在一个周期中的变化情况离散化，再根据二进制的规律进行编码，得到每一种波形所对应的波形代码。把这些代码存储到存储器中，利用电路选择其中的一族代码输出，经过数/模转化器和放大器，获得连续放大的波形，对于正弦等信号不便通过直接计算得到其波形数据，而其波形用较小数据量即可准确描述，可对其一周信号抽取一定的数据作为基本波形数据固化在单片机的程序存储器中。2、研究方法和手段（1）查阅51单片机波形发生器的相关资料，掌握相关的知识；（2）经常与导师沟通，了解波形发生器的原理和设计步骤；（3）将所获得的文档资料整理分类，文献说明及时添加。五、可行性分析本次设计是在指导老师的指导下搜集、查阅相关资料，对波形发生器的原理有充分的认识，整体设计思路明确，成本低，可行性良好。六、进度安排2012.11.20-2013.02.20 收集相关资料，与导师交流确定研究方向及基本思路。2013.02.21-2012.03.07 论文开题，完成开题报告及答辩。 2013.03.08-2013.04.11 整合相关资料，完成论文中期报告和论文初稿，准备中期辩。2013.04.12-2013.05.09 完成毕业论文，制作实物，准备毕业论文答辩。参考文献：1 谢自美.电子线路设计实验测试.武汉：华中科技大学出版社