简易信号发生器设计

1、西安交通大学城市学院西安交通大学城市学院研究目的及意义研究目的及意义课题研究内容课题研究内容研究方案的设计与选择研究方案的设计与选择硬（软）件设计构思硬（软）件设计构思总结总结12345答辩主要内容答辩主要内容研究目的及意义研究目的及意义 函数信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用函数信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于物理学、电工学教学实验，电子线路和微机原理、于物理学、电工学教学实验，电子线路和微机原理、接口技术实验，自动化测控系统等领域。接口技术实验，自动化测控系统等领域。 目前目前, , 市场上常见的波形发生器多为纯硬件搭接而市场上常见的波形发生器多为纯硬件搭接而成。成。 利用单片

2、机采用程序设计方法来产利用单片机采用程序设计方法来产生信号，其频率底线很低。具有线路生信号，其频率底线很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频相对简单，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泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要调整，改良波形，使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序求。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。，即可完成功能升级。课题研究内容课题研究内容 本文是做基于单片机的信号发生器的设计，将本文是做基于单片机的信号发生器的设计，将采用编程的方法来实

3、现三角波、矩形波、正弦波的采用编程的方法来实现三角波、矩形波、正弦波的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数程序和波形发生程序，经电路的数/ /模转换器和运模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。

4、 设计要求及达标项目设计要求及达标项目1) 1) 数据数据要求要求( (已完成已完成) )信号发生器的频率范围：信号发生器的频率范围：1Hz1KHz1Hz1KHz信号发生器的幅度范围：信号发生器的幅度范围：100mV5V100mV5V2) 2)技术要求技术要求（已完成）（已完成）能够输出正弦波，三角波和方波，并且输出信号的能够输出正弦波，三角波和方波，并且输出信号的频率和幅度可调频率和幅度可调3) 3)工作要求工作要求（已完成）（已完成）采用采用proteusproteus软件设计基于软件设计基于MCS-51MCS-51系列单片机的简易系列单片机的简易信号发生器信号发生器采用相关语言编写应用程

5、序并调试采用相关语言编写应用程序并调试对系统进行测试和结果分析对系统进行测试和结果分析研究方案的设计与选择研究方案的设计与选择 方案一：采用单片函数发生器（如方案一：采用单片函数发生器（如80388038），），80388038可同时产生正弦可同时产生正弦波、方波等，而且方法简单易行，用波、方波等，而且方法简单易行，用D/AD/A转换器的输出来改变调制转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。电压，也可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。方案二：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方案二：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编

6、程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。鉴于方案一的信号频率不够稳定，所以决定采用方案二的设计方鉴于方案一的信号频率不够稳定，所以决定采用方案二的设计方法。它不仅采用软硬件结合，软件控制硬件的方法来实现，使得信法。它不仅采用软硬件结合，软件控制硬件的方法来实现，使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证，而且它使用的几

7、种元器号频率的稳定性和精度的准确性得以保证，而且它使用的几种元器件都是常用的元器件，容易得到，且价格便宜，使得硬件的开销达件都是常用的元器件，容易得到，且价格便宜，使得硬件的开销达到最省。到最省。硬件电路的实现原理与构思硬件电路的实现原理与构思 如图所示如图所示89C5189C51单片机为硬件系统的核心，单片机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和幅度，通过显对键盘扫描读入键值确定波形与频率和幅度，通过显示电路显示波形类型、频率和幅度值，通过数模转换示电路显示波形类型、频率和幅度值，通过数模转换器经放大电路输出波形，通过示波器可以观察波形、器经放大电路输出波形，通过示

8、波器可以观察波形、频率和幅度，复位电路用于系统复位重启。频率和幅度，复位电路用于系统复位重启。显示电路显示电路键盘电路键盘电路单单片片机机数数/模转模转换电路换电路复位电路复位电路放大电路放大电路波形输出波形输出数数/模转换电路模转换电路AT89C51单片机控制一片单片机控制一片DAC0832经放大器放经放大器放大后的原理图：大后的原理图：AT89C51单片单片机机LM358D/AD/A数模转换器的最大输出电压是由其输入的基准数模转换器的最大输出电压是由其输入的基准电压来控制的，所以只要能控制电压来控制的，所以只要能控制D/AD/A的基准电压便可的基准电压便可 以控制输出幅度，实现幅度可调。所

9、以设计以控制输出幅度，实现幅度可调。所以设计DAC0832DAC0832来输出电流信号，经放大器变换为电压信号来输出电流信号，经放大器变换为电压信号DAC0832系统电路原理图系统电路原理图系统原理分析系统原理分析按下复位键后对系统初始化， P1口用于键盘输入，P2口用于输出显示当前波形、频率和幅度值，P3口用于控制DAC0832通过扫描键盘将键盘状态通过P1送入单片机，如果扫描得出无按键按下则返回继续扫描直到有按键键按下，如果扫描出相应按键按下，则实现相应数据改变。如按下频率加则波形频率以步长5Hz增加。系统原理分析系统原理分析单片机通过P3口发出控制信息，控制DAC0832输出根据键盘扫描

10、值判断波形选择按键是否按下，没有按下则返回等待，继续扫描直到有波形选择按键按下。有键按下，根据预先设计好了的表文件控制DAC0832实现模拟到数字转换输出相应波形。软件设计的构思软件设计的构思1 1 幅度控制幅度控制 单片机内部数据只有单片机内部数据只有0 0、1 1之分，所产生的信号也都是离散信号。为之分，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，通过反复查表来输出幅法来实现由单片机产生所需信号。在本设计中，通过反复查表来输出幅度值，而整个

11、信号是通过正查表和逆向查表来实现的。采样的点越密，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。信号失真度也就越小。 2 2 频率控制频率控制 两次采样点的输出时间间隔是由定时、计数器来控制，因此，通两次采样点的输出时间间隔是由定时、计数器来控制，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。过控制不同的计数初值就可以控制整个信号的频率。方波仿真方波仿真如图为方波图，当显示如图为方波图，当显示“SQU”SQU” 时将产生方波。横坐标为时间轴每小格表示时将产生方波。横坐标为时间轴每小格表示 10ms10ms，纵坐标为幅值轴每小格为，纵坐标为幅值轴每小格

12、为1v1v。正弦波仿真正弦波仿真如图为正弦波图，当显示如图为正弦波图，当显示“SIN”SIN” 时将产生正弦波。横坐标为时间轴每小格表示时将产生正弦波。横坐标为时间轴每小格表示 55ms55ms，纵坐标为幅值轴每小格为，纵坐标为幅值轴每小格为1v1v。 三角波仿真图三角波仿真图如图为三角波图，当显示如图为三角波图，当显示“STR”STR”时将产生三角波。横坐标为时间轴每小格表时将产生三角波。横坐标为时间轴每小格表 16.83ms16.83ms，纵坐标为幅值轴每小格为，纵坐标为幅值轴每小格为1 v1 v。方波实物结果方波实物结果如图为方波图，当显示如图为方波图，当显示“SQU”SQU” 时将产生

13、方波。幅度为时将产生方波。幅度为5v,5v,频率为频率为36Hz36Hz正弦波实物结果正弦波实物结果如图为正弦波，当显示如图为正弦波，当显示“SIN”SIN” 时将产生正弦波。幅度为时将产生正弦波。幅度为5v,5v,频率为频率为11Hz11Hz三角波实物结果三角波实物结果如图为三角波，当显示如图为三角波，当显示“TRI”TRI” 时将产生三角波。幅度为时将产生三角波。幅度为5v,5v,频率为频率为101Hz101Hz总结总结 这个信号发生器的设计中涉及到一个典型的控制过程。这个信号发生器的设计中涉及到一个典型的控制过程。通过单片机控制数转换器通过单片机控制数转换器DAC0832DAC0832芯

14、片产生所需要的电流，芯片产生所需要的电流，然后使用运算放大器可以将其电流输出线性地转换成电压输然后使用运算放大器可以将其电流输出线性地转换成电压输出，通过程序的控制，可以产生一系列有规律的波形。出，通过程序的控制，可以产生一系列有规律的波形。 此设计方案硬件虽然较为简单，主要是由单片机跟此设计方案硬件虽然较为简单，主要是由单片机跟DAC0832 DAC0832 等几个芯片构成，连线也较简便。键盘电路为独等几个芯片构成，连线也较简便。键盘电路为独立未编码结构。显示电路为立未编码结构。显示电路为液晶显示液晶显示，原理是利用液晶的物原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，理特性，