基于单片机正弦波信号发生器

1、 沈阳理工大学课程设计专用纸 no15 目录目录1一、设计要求2二、设计方案与论证2三、设计原理及电路图（设计原理及流程图）3四、元器件清单6五、元器件识别与检测6六、硬件制作与调试（软件编程与调试 10七、设计心得 14八、参考文献 15一、 设计要求本文介绍一种由直接数字频率合成芯片ad9835设计的正弦信号发生器，该芯片支持高达50mhz的时钟频率，可以产生最高达25mhz 的正弦波形。通过单片机控制完全可以满足设计所要求的正弦波信号的生成。本次设计的基于单片机的信号发生器设计就是一个单片机控制系统，对信号发生芯片进行的控制。通过单片机对信号发生芯片经行精密控制，实现对波形的频率和幅度的

2、控制。这些控制可以通过键盘设定，这就要求对选择的信号发生芯片，选用的单片机有初步的了解，并对整个系统的结构有个合理的分配。二、 设计方案与论证方案一：直接利用单单片机编程产生正弦波优点：简化了产生正弦波的硬件和软件，电路结构简单。缺点：编程复杂，波形失真较大，不能达到要求输出的高频信号。方案二：利用单片机控制直接数字频率合成芯片dds产生的正弦波，通过单片机，键盘led数码显示管显示实现波形的数字控制。优点：控制简单，波形效果好，频率带宽。缺点：硬件电路复杂。为了满足设计要求，取得较好的效果，显然方案二更为合理。三、 设计原理及电路图3.1 dds的基本原理 dds的基本原理是:在高速存储器中

3、放入正弦函数相位数据表格，经过查表操作将读出的数据送到高速dac产生正弦波。可编程dds系统原理如图所示：图1 dds的基本原理图图2 总体设计原理图3.2 ad9835芯片主要技术指标如下：频率范围： 0.1hz-10mhz频率分辨率：0.1hz频率稳定度：1*107输出幅度：0-10v可调ad9835的相位累加器为32位，取其高十二位为读取余弦波形存储器的地址。每一次，时钟使相位累加器的输出也即余弦rom寻址地址递增频率设定数据k,对应的波形相位变化为p=2n *k/232因此，改变相位累加器设定值k，就可以改变相位值p，从而改变合成信号频率f。计算公式：f=k*fmc/232。式中fmc

4、=50mhz，用高稳定度晶体振荡器获得。1k231。最低频率为fmin= fmc/232,根据采样定律，重建信号频率最高可达fmc/2，饭通常取最高频率为fmax= fmc/3。ad9835封装图如下： 图33.3信号发生电路图43.4 显示电路显示电路选用led数码管作为显示器件，且采用动态显示方式。 图5 led显示电路四、 元器件清单 元件序号型号主要参数数量备注r118w碳膜电阻3601r218w碳膜电阻3.9k1c1、c2电容器100uf2c3、c4电容器0.1 uf2c5、c6电容器0.01uf2ad9835芯片1crystal晶振25mhz1at89ls51芯片1五、 元器件识别

5、与检测路设计与实现过程中难免要对一些电子器件进行识别及检测。尤其是电阻、电容、电感及二极管和三极管在电子电路是非常常见的，所以对这些元器件进行细致的识别和检测具有重大意义！1、 电阻器 普通电阻一般用四色环来表示电阻器的阻值和误差，靠近电阻器端头的为第一条色环，其余依次为第二、第三、第四条色环。第一条色环表示第一位数，第二条色环表示第二条数。先熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆： 棕=1 ，红=2， 橙=3， 黄=4， 绿=5， 蓝=6， 紫=7， 灰=8， 白=9， 黑=0。第三条色环表示倍乘，即表式有效数字后应加0的个数。 棕=1 ，红=2， 橙=3， 黄=4， 绿=5， 蓝=6

6、， 紫=7， 灰=8， 白=9， 黑=0，金表示有效数字后乘以0.1，银表示有效数字后乘以0.01。第四条色环表示误差范围。金:5%、银：10%、无色：20%精密电阻器一般用五条色环表示，器前三色环表示有效数字，第四色环表示倍乘，最后一色环表示误差，表示误差的色环除金、银、无色之外还有棕（1%）、红（2%）、绿（0.5）、蓝（0.25%)、紫（0.1%）。对于电阻值的大小可以通过电压表的欧姆当进行测量。由上便可分辨并检测我们常见的色环电阻。2、 电容器 在各种电子设备中，调谐、耦合、滤波、去耦、隔断直流电、旁路交流电等，都需要用到电容器。电容容量的基本单位是“法拉”（ f ）,1法拉的 1/1

7、000000 （百万分之一）是1微法（ f ）,1微法的 1/1000000 是 1pf （ 1微微法,或1皮法 ）。它们之间的关系是百万（或称 10 的 6 次方）进位关系。我们常用的电容有： 电介电容：多数在 1 f 以上,直接用数字表示。如： 4.7 f 、 100 f 、 220 f 等等。这种电容的两极有正负之分,长脚是正极。 瓷片电容：多数在 1 f 以下,直接用数字表示。如： 10 、 22 、 0.047 、 0.1 等等,这里要注意的是单位。凡用整数表示的,单位默认 pf ;凡用小数表示的,单位默认 f 。如以上例子中,分别是 10p 、 22p 、 0.047 f 、 22

8、0 f 等。电容的标志方法：（1） 直标法：用字母和数字把型号、规格直接标在外壳上。（2） 文字符号法：用数字、文字符号有规律的组合来表示容量。文字符号表示其电容量的单位：p、n、u、m、f等。和电阻的表示方法相同。标称允许偏差也和电阻的表示方法相同。小于10pf的电容，其允许偏差用字母代替：b0.1pf，c0.2pf，d0.5pf，f1pf。（3） 色标法：和电阻的表示方法相同，单位一般为pf。小型电解电容器的耐压也有用色标法的，位置靠近正极引出线的根部，所表示的意义如下表所示：颜色 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰耐压 4v 6.3v 10v 16v 25v 32v 40v 50v 63

9、v 在对电容器的测量中可以通过电压表的测电容当对其量值进行测量。3、电感器电感器的种类：电感器的种类很多，而且分类方法也不一样。通常按电感器的形式分有固定电感器、可变电感器、微调电感器。按磁体的性质分，有空心线圈、磁芯线圈。按结构特点分有单层线圈、多层线圈、蜂房线圈等。各种电感线圈都具有不同的特点和用途。但它们都是用漆包线、纱包线、镀银裸铜线，绕在绝缘骨架上、铁芯或磁芯上构成，而且每圈与每圈之间要彼此绝缘。为适应各种用途的需要，电感线圈做成各式各样的形状。电感器的主要参数：（1）电感量，电感量的单位为亨利，简称亨，用h表示，毫亨用mh表示；微亨用h表示。（1h=103mh=106h）电感量的大

10、小与线圈的圈数、线圈的直径、线圈内部是否有铁芯或磁芯、线圈的绕制方式有关系，圈数越多，电感量越大；线圈内有铁芯、磁芯的要比同样的空心线圈的电感量大得多。（2）品质因数(q值)，品质因数是电感线圈的一个主要参数，它反映了线圈质量的高低。通常也称为q值。q值与构成线圈的导线粗细、绕法、单股线还是多股线有关。如果线圈的损耗小，q值就高。反之，损耗大，则q值就小。（3）分布电容，由于线圈每两圈(或每两层)导线可以看成是电容器的两块金属片，导线之间的绝缘材料相当于绝缘介质，即相当于一个很小的电容，这一电容称为线圈的分布电容。由于分布电容的存在，将使线圈的品质因数q值下降，为此将导线用多股线或线圈绕成蜂房

11、式。对天线线圈则采用间绕法，以减少分布电容。在电感线圈的测量中，用万用表的欧姆档r10或r1档，测量电感器的阻值，若为无穷大，表明电感器断路；若电阻很小，表明电感器正常。4、二极管根据二极管正向电阻小，反向电阻大的特点可判别二极管的极性。关键是搞清所用万用表两表笔对应的电池电压极性是什么。若使用的是指针式万用表，则黑表笔(插入表上的“”孔中)接的是表内电池的正极，红表笔(插入“”孔中)是负极。若使用的是数字万用表则相反，红表笔(插入v.孔)是正极，黑表笔(插入c0m孔)是负极。但其数字万用表的电阻档不能用来测量二极管，而要用二极管档。（1） 用指针式万用表测试二极管的方法有：普通二极管的测试。

12、用万用表的红表笔接二极管的阴极，黑表笔接二极管的阳极，测得是正向电阻，将红黑表笔对调，测得是反向电阻。对于锗小功率二极管，正向电阻一般在1001000之间；对于硅管，一般在几百到几千之间。反向电阻，无论是硅管还是锗管，一般都在几百千欧姆以上，且硅管比锗管大。由于二极管是非线性元件，用不同倍率的欧姆档或不同灵敏度的万用表测量时，所得到的数据是不同的，但正、反向电阻相差几百倍的规律不变。测量时，要根据二极管的功率大小和种类，选择不同倍率的欧姆档。小功率二极管一般用r100或r1k档，中、大功率二极管一般用r1或r10档。发光二极管的测试。发光二极管可用万用表r10k档测量其正、反向电阻，当正向电阻

13、小于50k，反向电阻大于200k时均为正常，如正、反向电阻均为无穷大，说明此管已损坏。普通二极管的极性判别。用万用表的电阻档，r1k或r100档测二极管的电阻值。如果阻值较小，表明为正向电阻，此时黑表笔所接触的一端为二极管的阳极，红表笔所接触的为二极管的阴极。如所测的阻值很大，表明为反向电阻值，此时黑表笔所接触的一端为二极管的阴极，红表笔所接触的为二极管的阳极。（2） 用数字式万用表测量二极管有：极性判别。将数字万用表置于二极管档红表笔插入“v.”插孔，黑表笔插入“com”插孔，这时红表笔接内电源正极，黑表笔接内电源负极。将两支表笔分别接触二极管的两个电极，如果显示溢出符号“1”，说明二极管处

14、于截止状态；如果显示在1v以下，说明二极管处于正向导通状态，此时红表笔所接的是管子的正极，黑表笔所接的是管子的负极。好坏的判别。将数字万用表置于二极管档，红表笔插入“v.”插孔，黑表笔插入“com”插孔。当红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极时，显示值在1v以下；当红表笔接二极管的负极，黑表笔接二极管的时正极，显示溢出符号“1”说明被测二极管正常。若两次测量均显示溢出，表明二极管内部断路。若两次测量均显示“000”，表明二极管已击穿短路。5、三极管晶体三极管是应用最广的电子器件之一，由于它有两种载流子参与导电，所以又称为双极型三极管。它有两个pn结，按pn结的不同构成，可分为npn和pn

15、p两大类型。如按结构划分，有点接触型和面接触型；按材料分有硅管和锗管；按工作频率分有高频管和低频管；按功率分有大功率管、中功率管、小功率管。由于三极管种类多，参数特性不一，因此在使用时务必分清，不能马虎。三级管的判别与检测。（1）型号及外观的一般识别：国产三极管型号命名通常有五个部分，第一部分是“3”，代表三极管，第二部分通常是a、b、c、d等字母，表示材料和特性，由此便可知此管是硅管还是锗管，是pnp型还是npn型，从外形上看，金属圆形封装的管子，其管帽较长的几乎都是锗管，在锗管中，又几乎是pnp管居多；其管帽较短的几乎都是硅管，且npn管居多。（2）用万用表检测出三极管的型号和管脚。双极型

16、三极管的测试及性能判断时，要准确地了解三极管的参数，需用专门的测量仪器进行测试，如jt-1晶体管特性图示仪。当不具备这样的条件时，用万用表也可以粗略判断晶体管性能的好坏。判别三极管的管脚位置，可用万用表的欧姆档测其阻值加以判别。在三极管极间电阻的测量中，通过测量三极管极间电阻的大小，可判断管子质量的好坏，也可看出三极管内部是否有短路、断路等损坏情况。在测量三极管极间电阻时，要注意量程的选择，否则将产生误判或损坏三极管。测小功率管时，应当用r1k或r100k档，不能用r1或r10k档，因为前者电流较大，后者电压较高，都可能造成三极管的损坏。但在测量大功率锗管时，则要用r1或r10档。因它的正、反

17、向电阻较小，用其它档位容易发生误判。对于质量良好的中、小功率三极管，基极与集电极、基极与发射极正向电阻一般为几百欧姆到几千欧姆，其余的极间电阻都很高，约为几百千欧姆。硅材料的三极管要比锗材料的三极管的极间电阻高。当测得正向电阻近似于无穷大时，表明管子内部断路。测得反向电阻很小或为零时，说明管子已击穿或短路。 三极管穿透电流的测量。对于pnp管，红笔接集电极，黑表笔接发射极，用r1k档测得阻值应在50以上。此值越大，说明管子的穿透电流越小，管子的性能优良，若阻值小于25k，说明管子的穿透电流大，工作不稳定并有很大噪声，不宜选用。对于npn管，应将表笔对调测试其电阻值，阻值应比pnp管大很多，一般

18、应在几百千欧姆左右。由此，我们便可对三极管的主要参数进行测量了。六、 硬件制作与调试（软件编程与调试）软件调试的主要任务是排查错误，错误主要包括逻辑和功能错误，这些错误有些是显性的，而有些是隐形的，可以通过仿真开发系统发现逐步改正。proteus软件可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真，用户甚至可以实时采用诸如led/lcd、键盘、rs232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。proteus支持的微处理芯片包括8051系列、avr系列、pic系列、hc11系列及z80等等。proteus可以完成单片机系统原理图电路绘制、pcb设计，更为显著点的特点是可以与u visions