信号发生器 开题报告

PAGE一1设计意义及现状分析信号发生器用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在计算机控制技术与电子技术飞速发展的今天，信号发生器的应用越来越广。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，要求提供符合所定技术条件的电信号。在自动控制系统和教学实验及生产实践中，如工业过程控制、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，正弦波、三角波和方波信号是常用的基本信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。函数发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。传统的函数信号发生器统信号发生器只能产生正弦波、方波、三角波等基本波形。目前购买的信号发生器价格昂贵，功能强大。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常用到低频信号源。而完全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，大电容在制造上有困难，参数的精度亦难以保证。体积大，漏电，损耗显著更是其致命弱点。另外，低频信号发生器可用于校验频率继电器，同步继电器等，也可作为低频变频电源使用。本次设计的低频信号发生器不仅能产生这些基本波形，还可输出任意波形且价格低廉。该设计基于AT89C51单片机的发生器可产生正弦波、三角波、方波、锯齿波、梯形波等五种波形，波形的频率可以用程序改变，幅度四档调节。它具有线路简单、结构紧凑，使用方便等优点。2方案的确定2.1传统信号发生器方案一为传统的函数信号发生器。常见的555定时器构成的函数信号发生器电路图如图1所示。图1传统函数信号发生器传统的信号发生器其功能完全靠硬件实现,功能单一而且用户的购置、维护费用高。更重要的是,对于传统的信号发生器,其功能一旦确定便不能更改,用户要想使用新的功能则必须重新购买新的仪器,传统信号发生器的不足显而易见。传统信号发生器通过调节硬件的参数改变频率。2.2基于单片机的信号发生器第二种方案是基于单片机，其系统结构如下图2所示。数码管显示器数码管显示器晶振电路运算放大器模数转换芯片单片机晶振电路运算放大器模数转换芯片单片机复位电路复位电路按键按键图2低频信号发生器方框图该设计采用软硬件结合方法，能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波和梯形波等五种波形。其中梯形波是一般信号发生器所不能产生的。同时其频率小范围内可调，幅度分为四档调节。运算放大器输出接至示波器观察波形。另外，可以根据需要，通过修改程序来产生其它波形，AT89S52芯片具有在线编程功能。它具有线路简单、结构紧凑，使用方便等优点。2.3方案的选择对于第一种方案，整个系统为硬件系统，不包括任何软件部分，且维护费用高。而方案二，软硬件相结合，同时，具有线路简单、结构紧凑，使用方便等优点。综合两方案的优缺点，最终选择方案二，即采用基于单片机的信号发生器。3设计思路本系统由单片机、显示接口电路，波形转换（D/A）电路，按键等部分构成。最终波形可用示波器观察。选用常见的8051单片机作为控制器，型号为AT89S52。采用DAC0832作为D/A转换器。传统的低频函数信号发生器频率一般在20Hz～200kHz。本次低频信号发生器的要求频率为0.5～50Hz，是怎样达到这种超低频的呢？在对模拟信号转换为数字信号过程中，常常需要把波形的一个周期均等地分成N段。为了使输出信号尽量减少失真，输出波形比较光滑，要尽量使N较大。图3所示为正弦波的离散化处理。图3正弦信号离散处理本设计波形的一个周期由256个采样点构成。DAC0832采用CMOS工艺，转换时间1μs.AT89C51单片机的定时器选有四种工作方式。工作方式0为13位定时器，方式1为16位，方式2,3均为8位。这里选用方式工作方式1才能满足频率要求。采用振荡频率为12MHz的单片机，则机器周期为1μs，能定时的最大值为2^16=65536μs。fmin=1/（256*65536*10^(-6))=0.0596Hz<0.5Hzfmax=1/(256*10^(-6))=3906.25Hz>50Hz若考虑到留有余量，也能达到要求。本次设计采用软件方式即编写程序来输出波形。软件设计的总体思想是将各个波形的数据表存储在程序存储器中，间隔一段时间输出一个点，一个周期（256个点）过后再循环输出。4调试方法本次设计采用采用Proteus软件进行仿真。Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus软件是世界上著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。在KEIL软件中编写好程序后，编译生成HEX文件。只需在Proteus软件中画好电路原理图，将HEX文件下载到电路原理图的单片机中便可进行仿真调试。另外Proteus软件还支持和KEIL软件联调的方式，更加容易看出程序中的问题。所以需要熟练使用Proteus软件和KEIL软件。5预期目标该题目设计要求能输出正弦波、三角波、方波等波形可通过按键选择要输出的波形、调整输出频率、幅值大小并通过数码管显示。输出信号的频率可以在0.5～50Hz范围内调整。设计内容：1、信号源生成方案；2、硬件装置的设计与制作；3、调试并运行成功；6可能遇到的问题本设计为信号发生器的设计，可能会遇到如下的问题：波形失真。这个跟模数转换芯片，运放，焊接质量的好坏等都有关系。频率的调节。要做到频率可以比较连续地调节可能会比较困难。软件编程。以前很少接触到这种包括多个模块应用系统，程序代码可能比较多。7进度安排表1毕业设计进度安排表序号起止日期各阶段任务12011.3.18—2011.4.9资料收集，开题报告，开题答辩22011.4.10—2011.4.26方案论证与设计，控制程序编制32011.4.27—2011.5.3装置安装，调试42011.5.4—2011.5.25模拟仿真软件的编制与联机调试52011.5.26—2011.6.4使用说明书，设计说明书撰写62011.6.5—2011.6.10毕业设计成果交老师审阅与评阅72011.6.11—2011.6.14毕业设计修改，为答辩做准备82011.6.15—2011.6.18毕业设计答辩参考文献[1]李萍.AT89S51单片机原理、开发与应用实例.中国电力出版社,2008[2]李荣正等.PIC单片机原理及应用（第三版）.北京航空航天大学出版社，2006[3]林伸茂.8051单片机彻底研究实习篇.中国电力出版社，2007[4]李建忠.单片机原理及应用.西安电子科技大学出版社，2008[5]徐阳，钟宝荣.基于单片机的低频信号发生器设计.长江大学学报，2008[6]王玮.51单片机与PC机串行通信接口的设计.硅谷，2009（6）[7]余仲铭,刘华东.采用protel99se设计89C51单片机应用系统.电子制作,2005(12)[8]朱清慧.Proteus：电子技术虚拟实验室.中国水利水电出版社，2010[9]楼然苗,胡佳文,李光飞.单片机实验与课程设计:Proteus仿真版.浙江大学出版社,2010[10]周润景,张丽娜,刘映群.PROTEUS入门实用教程.机械工业出版社，2007[11]祁伟,杨亭.单片机C51程序设计教程与实验