数字信号发生器原理

1、目 录1.引 言12.设计方案及原理22.1 设计内容及要求22.1.1 设计内容22.1.2设计要求22.2 设计方案22.3 设计原理23.硬件设计23.1 单片机电路23.2 D/A转换电路33.3 频率数码显示电路34.软件设计44.1 主程序流程图44.2 方波流程图54.3 锯齿波产生流程图64.4 三角波程序流程图64.5 正弦波程序流程图74.6 中断响应流程图84.7 仿真结果：95.总 结11参 考 文 献11附 录11推荐精选1.引 言信号发生器广泛应用于电子工程、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。采用集成运放和分立元件相结合的方式，利用迟滞

2、比较器电路产生方波信号，以及充分利用差分电路进行电路转换，从而设计出一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易信号发生器。通过对电路分析，确定了元器件的参数，并利用Proteus软件仿真电路的理想输出结果，克服了设计低频信号发生器电路方面存在的技术难题，使得设计的低频信号发生器结构简单，实现方便。本课设的数字信号发生器是基于直接数字合成即DDS技术设计的,采用单片机与C语言相结合的方法,通过查找存储于ROM查找表中的各种标准波形数据,产生频率可调并且高精度的正弦波、方波、锯齿波等常用信号,并且可以通过修改表中的数据,实现任意信号发生器。推荐精选2.设计方案及原理2.1 设计内容及要求2.1.1 设

3、计内容（1）信号发生器能产生50-200Hz的正弦波、方波、三角波、锯齿波，数码管显示信号频率； （2）输出哪一种波形由四个按键控制；（3）波形的极性、幅度、周期、占空比可由按键操作设置和修改。2.1.2设计要求（1）给出系统硬件电路原理图（用protel或其它电路图软件画出）；（2）给出系统程序流程图、程序清单（加注释）；（3）以论文格式给出设计报告。2.2 设计方案本次的设计任务是利用单片机实现四种波形输出，还有就是频率可调与频率显示，针对上述问题，做出如下分析，波形输出必然需要D/A转换，所以考虑到课设的性质，采用DAC0832芯片作为数模转换芯片，还有就是频率显示，因为是频率显示，所以

4、采用三个七段共阴数码管显示频率，这样，在加上一些具体硬件和软件，即可满足设计要求。2.3 设计原理用一块AT89C51实现键盘输入扫描与LED数码管显示控制，同时通过外中断向AT89C51发送频率控制与波形转换档位选择信息。AT89C51通过接受外中断0的触发次数确定当前输出的波形，并且通过外中断1触发的次数确定当前波形的频率，总共合计16个状态，实现50HZ-200HZ的频率输出。利用P1口和P2口实现频率显示数码管的控制，P1控制位选，P2控制段选，利用动态扫描方式进行显示。利用DAC0832的双缓冲方式输出波形，外界两级集成运放实现信号放大与输出。对于波形的产生，最简洁的办法是让单片机连

5、续的输出一组数字量，并且每一个数字量都有一定的保持时间，这样在利用数模转换，即可实现不同波形的输出，可以将那些数字量统统放在一个表里，供输出是查找，至于那些数字量，自然是那些波形函数的一些点通过转换得到的八位二进制数或者是小于等于255的十进制数。对于波形幅值的调节，可以通过对参考电压的调节实现，而频率的调节，则可以通过对每个数字量得保持时间的调节得到，显示部分前面已介绍，至此方案确定。3.硬件设计3.1 单片机电路单片机电路原理图如图1所示，单片机选选用Atmel公司的AT89C51，该芯片是一种高性能八位单片机，简单易控制，成本低，性能稳定，完全满足本系统的设计要求，复位电路和晶振电路是该

6、单片机最简单的电路，复位电路采用最简单的上电复位，晶振频率为12MHz，晶振电容为30P.推荐精选图1 单片机电路原理图3.2 D/A转换电路D/A转换电路原理图如图2所示，主要包括D/A转换器、运算放大器和一些基准电压源。D/A转换器选用前面提过的DAC0832。D/A转换器的数据输如与单片机的P0口相连。DAC0832的输入寄存器选择信号CS、DAC寄存器些宣统信号WR2和数据传送信号XFER直接与地相连，表明一直有效，输入寄存器些宣统信号WR1与单片机的写信号相连。运放电路选用芯片AD711P。该芯片具有低失真，高精度的特点。图2 D/A转换电路原理图3.3 频率数码显示电路频率指示电路

7、如图3所示，本系统的频率显示利用三个7段共阴数码管实现显示，利用P0口与P2口实现数码管的东太扫描，以达到显示的目的。 推荐精选图3 频率指示电路原理图4.软件设计4.1 主程序流程图主程序流程图如图4所示。程序开始执行，中断初始化，调用显示函数，判断K值，K=0时，输出低电平，K=1时为方波输出；K=2时为锯齿波输出；K=3时为三角波输出；K=4时为正弦波输出，痛过连续按键，可以依次在这四个波形之间切换。开始初始化K=1K=2K=3K=4调用DISPLAY输出方波输出锯齿波输出三角波输出正弦波NNNYYYYN图4 主程序流程图推荐精选4.2 方波流程图开始DAC0832=0;DAC0832=

8、0;延时延时YNYN开始DAC0832=0;DAC0832=0;延时延时YNYN图5 方波产生流程图推荐精选4.3 锯齿波产生流程图开始延时i>255i=0;DAC0832=i;i=i+1;YNYN图6 锯齿波程序流程图4.4 三角波程序流程图三角波程序流程图如图7所示，将0-255先送给DAC0832，然后在反过来将255-0送给DAC0832，从而可产生三角波。推荐精选开始i=0;DAC0832=i;延时i=i+1;i>255i=255;DAC0832=i;延时i<0i=i-1;YNYNYNNY图7 三角波程序流程图4.5 正弦波程序流程图正弦波程序流程图如图8所示。正弦

9、波波形设计通过查表指令得到。当进入正弦波后，依次将一个256个数的表值送给DAC0832，即可得到波形。推荐精选开始i=0;DAC0832=table2i;延时i=i+1;i>255YNYN图8 正弦波程序流程图4.6 中断响应流程图外中断0HZ=HZ+10;j=j+1;j>16j=0;HZ>250HZ=80;返回外中断1K=K+1K>4K=0;返回YNYNYN推荐精选图9 外中断流程图外部中断0与外部中断1分别实现了波形频率调节与波形转换，通过对外部中断的计数实现了波形转换与频率增加。4.7 仿真结果：图10 方波波形图11锯齿波波形推荐精选图12 三角波波形图13

10、正弦波波形推荐精选5.总 结经过努力，本次单片机课程设计终于做完了，由于我知识水平有限，有很多不恰当的地方，请老师指正，我会虚心接受并修改。在本次课程设计过程中，通过理论与实际的结合，增强了自己的动手能力和分析能力。在课下与老师同学的交流和学习，思想上和专业知识课程上都提高了很多。在此过程中，我学会了很多，也看到了很多自己的不足之处。在单片机应用方面自己掌握还有待提高，在以后的学习生活中，我会更加努力学习专业知识，完善自我，为将来的发展做好充分的准备。总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性，使自身得到了锻炼。明白了在以后的学习中，不仅要把

11、理论知识掌握牢固，更要提高自己的动手能力、分析能力与实践能力。参 考 文 献1 江志红.51单片机技术与应用系统开发案例精选M.北京：清华大学出版社，20082 杨居义，马宁，易永红.单片机原理与工程应用M.北京：清华大学出版社，2010附 录程序清单：# include<reg51.h># include<absacc.h># define DAC0832 XBYTE0X0FFFint code table2=100,102,104,107,109,112,114,117,119,121,124,126,129,131,133,135,138,140,142,144,

12、147,149,151,153,155,157,159,161,163,165,167,168,170,172,174,175,177,178,180,181,183,184,185,187,188,189,190,191,192,193,194,194,195,196,197,197,198,198,198,199,199,199,199,199,200,199,199,199,199,199,198,198,198,197,197,196,195,194,194,193,192,191,190,189,188,187,185,184,183,181,180,178,177,175,174,

13、172,170,168,167,165,163,161,159,157,155,153,151,149,147,144,142,140,138,135,133,131,129,126,124,121,119,117,114,112,109,107,104,102,100,97,95,92,90,87,85,82,80,78,75,73,70,68,66,64,61,59,57,55,52,50,48,46,44,42,40,38,36,34,32,31,29,27,25,24,22,21,19,18,16,15,14,12,11,10,9,8,7,6,5,5,4,3,2,2,1,推荐精选1,1

14、,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,2,2,3,4,5,5,6,7,8,9,10,11,12,14,15,16,18,19,21,22,24,25,27,29,31,32,34,36,38,40,42,44,46,48,50,52,55,57,59,61,64,66,68,70,73,75,78,80,82,85,87,90,92,95,97,100; /正弦波形表unsignedintcodeduan=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x0;/数码管段选码unsigned int code wei=0xfe

15、,0xfd,0xfb; /数码管位选unsigned int HZ=80; /波形起始频率unsigned int k=0,j=0; /波形转换技术器void delay(int i) /延时函数while(i-);void fang() /方波函数 DAC0832=0; delay(HZ*128); DAC0832=0xff; delay(HZ*128);void jvchi() /锯齿波函数unsigned char i;for(i=0;i<255;i+)DAC0832=i;delay(HZ);void tran() /三角波函数unsigned char i;for(i=0;i<255;i+)DAC0832=i;delay(HZ);for(i=255;i>0;i-)推荐精选DAC0832=i;delay(HZ);void sin() /正弦波函数unsigned int i;for(i=0;i<256;i+)DAC0832=table2i;delay(HZ);void int0(void) interrupt 0 /外中断0H