简易函数信号发生器的分析与设计-文献综述

第1页开题报告（文献综述）1.引言信号发生器也称为函数发生器，能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。信号发生器主要为实验用信号源，是现今各种电子实验设计中必不可少的仪器设备之一。本课题主要研究开发一个基于51单片机的实验用函数信号发生器，即设计一个可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波的频率可调的实验设备。目前市场上的的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，通常是单函数发生器而且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。用集成电路芯片的函数发生器，可以达到很高的频率和产生多种波形的信号，但是电路复杂不易调试。利用单片机集成芯片的函数发生器，能产生多种波形，达到较高的频率，而且易于调试；利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器，能产生任意波形并且达到很高的频率，但是成本高。本课题主要研究开发一个基于51单片机的实验用函数信号发生器，不但成本较低而且精度较高，最重要的是开发简单易于调试，具有一定社会价值和经济价值。当今是科技以及仪表设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的发展进步，给人们带来了根本性的转变。现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片机构成的仪器具有高可靠性，高性价比，在智能仪表系统和办公自动化中得到广泛应用，因此，基于单片机的函数信号发生器普及是一种趋势。函数发生器作为一种常见的电子仪器设备，既能够构成独立的信号源，也可以是高新能的网络分析仪，频谱仪以及自动测试装备的组成部分，函数信号发生器的关键技术是多种高性能仪器的支撑技术，因为它是能够提高质量的精密信号源及扫描源，可使相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并且提高检测精度。美国安捷伦生产的33250A型任意波形发生器可以产生稳定，精度高和低失真的任意波形。国产的S1000型数字扫描信号发生器通过采用新技术，新器件实现高精度，宽频带的扫描源，同时应用DDS和镜像技术。目前市场上的信号发生器多种多样。第2页2.课题的主要内容（观点）、创新之处：信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的一般可以完全由硬件搭接而成，如采用555电路产生正弦波，三角波和方波便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂体积大的缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以让人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大。大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度也难以保证体积大漏电，损耗大更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大的增加。利用单片机采用程序设计方法产生低频信号，其频率会很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微的调整，改良波形，使其能够满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序即可完成功能升级。此设计研究的主要内容和重点则是：利用80C51单片机和两片DAC0832数模转化器，组成数字式低频信号发生器。在设计过程中用到PROTEUS软件实现仿真，仿真后再在实物上实现设计功能,具有科学性和合理性。2.1.硬件电路的实现原理与构思硬件原理框图80C51单片机为硬件系统的核心，单片机对键盘扫描读入键值确定波形与频率，通过显示电路显示频率值，通过数模转换器放大电路输出波形，通过示波器可以观察波形与频率，复位电路用于系统复位重启。2.2.软件设计的构思频率控制单片机内部数据只有0、1之分，所产生的信号也都是离散信号。为了能够让单片机输出所需的数字信号，我们采用对信号采样、量化的方法来实现由单片机产生所需信号。在本设计中，对信号的四分之一周期采样19个幅度值，通过反复查表来输出幅度值，而整个信号是通过正查表和逆向查表来实现的。采样的点越密，信号失真度也就越小。两次采样点的输出时间间隔是由定时、计数器来控制的，因此，通过控制不同的计数初值就可以控制整个信号的频率。计数时间=信号周期/72。计数次数=计数时间/机器周期。对应的，计数初值=65536计数次数。单片机只能产生离散频率的信号，所以所得到的信号频率不是连续的，而是离散的频率点。正弦波和三角波的频率控制方法都与上述方法相同，而方波的频率控制是半周期计数，经过半周期只需改变输出为最大或最小电平即可。本设计为低频信号发生器，在频率只有几十赫兹的时候计数次数将很大，因此计第3页数器的工作方式选为工作方式1，每次计数器溢出时需要重新装入计数初值。参考文献1析出责任者会议论文集中析出的题名A见(英文用In)：主编会议论文集名C(供选择项：会议名，会址，开会年)出版地：出版者，出版年：起止页码2孙品一高校学报编辑工作现代化特征A见：中国高等学校自然科学学报研究会科技编辑学论文集(2)C北京：北京师范大学出版社，1998：10-223李朝表.单片机原理与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社，20054康华光、陈大钦、张林等.北京:电子技术基础.高等教育出版社，20055张晓林，等.嵌入式系统设计与实践.北京：北京航空航天大学出版社，20066张静武.单片机原理应用与PROTEUS仿真.北京：电子工业出版社，20087张有德，赵志英，涂世亮，单品微型机原理应用与实验.上海：复旦