基于单片机的函数信号发生器设计毕业设计1.doc
《基于单片机的函数信号发生器设计毕业设计1.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的函数信号发生器设计毕业设计1.doc(34页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、华东交通大学理工学院Institute of Technology. East China Jiaotong University 毕 业 设 计(论 文)设计论文不分,去掉论文留下设计 Graduation Design (Thesis)(2010 2014 年)题 目 基于单片机的函数信号发生器设计论文写作存在格式问题;另外没有按照要求给出系统主体原理图、完整的硬件电路图、系统proteus仿真图以及程序清单。 分 院: 电气与信息工程分院 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 电力2010-1 学 号: 20100210470134 学生姓名: 曹开建 指导教师: 李房云 起讫日期:
2、2013.112014.5 格式排版不合格目录论文结构还算合理,但是内容有抄袭现象存在,此外格式上存在一定的问题,请结合批注修改,没有批注的地方也要自己认真检查,A线问题要认真按照有关文件要求进行修改。摘 要I第1章 绪 论11.1 本课题研究背景11.2 函数发生器分类21.3 研究内容3第2章 整体设计方案42.1 方案的提出和整论42.2 设计原理5第3章 硬件设计74.1 硬件整体设计74.2 复位电路84.3 时钟电路84.4 键盘电路94.5 D/A转换模块114.5.1 DAC0832转换器简介114.6 显示电路设计13第4章 软件设计144.1 设计构思144.2 主程序流程
3、图144.3 波形产生子程序184.4 中断服务子程序204.5 按键扫描子程序214.6 显示子程序22第5章 仿真验证235.1 整体设计235.2 功能实现235.3 本章小结26结论27参考文献29摘 要 信号发生器是学习、科研领域中一种十分常用的信号源,广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。目前使用的信号发生器大部分是函数信号发生器,且特殊波形发生器的价格昂贵。为此,为节省成本,本文利用80C51单片机构成信号发生器,可产生三角波、方波、正弦波等多种特殊波形,波形的频率可用程序控制改变。 本次设计利用80C51设计一个函数信号发生器,详细说明了其实现过程。本系统使用汇编
4、语言编写,用80C51单片机来实现各模块功能,使用PROTEUS进行仿真。本文描述使用汇编语言和PROTEUS仿真实现函数信号发生器的基本功能,实现了方波、三角波、正弦波、锯齿波,频率可调为10HZ、100HZ、500HZ、1000HZ。本文给出了源程序、各模块的连接图以及仿真图,并做出了详细的分析。经测试该设计方案线路优化,结构紧凑,性能优越,满足设计要求。关键词:信号发生器;80C51;PROTEUS;频率可调;单片机AbstractSignal generators are learning, research in the field of a very common source,
5、widely used in the field of electronic circuits, automatic control system and teaching experiments. Most of the current signal generator is a function of the signal generator, and the price is expensive special waveform generator. For this reason, in order to save costs, we use 80C51 microcontroller
6、 constitute signal generator can generate triangle wave, square wave, sine wave and other special frequency can be controlled by changing the waveform. The design uses 80C51 design a function generator, a detailed description of its implementation process. The system is written in assembly language,
7、 using 80C51 microcontroller to achieve the function of each module, using the PROTEUS simulation.This paper describes the use of assembly language and PROTEUS simulation function of the basic functions of the signal generator to achieve a square wave, triangle wave, sine, sawtooth, adjustable frequ
8、ency is 10HZ, 100HZ, 500HZ, 1000HZ. In this paper, the source, connection diagram and simulation diagram of each module, and make a detailed analysis. . The line has been tested and optimized design, compact structure, superior performance to meet the design requirements.Key words: Signal generator;
9、 80C51; PROTEUS; adjustable frequency; MCU第1章 绪 论1.1 本课题研究背景 随着电子测量及其他部门电子测量是一个技术,其他部门是一个单位,两者之间你有类比关系吗?对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展,促使信号发生器种类增多,性能提高。尤其随着70年代微处理器的出现,更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在,许多信号发生器带有微处理器,因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能,可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率精度、多功能、自动化和智能
10、化方向发展。在科学研究、工程教育及生产实践中,如工业过程控制、教学实验、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,锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。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。信号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。 但市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产,都使我们研制一种低功耗、宽频带,
11、能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器成为可能1。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机是所有微处理机中性价比最高的一种,随着种类的不断全面,功能不断完善,其应用领域也迅速扩大。单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。当前,8位单片机主要用于工业控制,如温度
12、、压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合;高效能的16位单片机(如MCS-96、MK-68200)可用在更复杂的计算机网络。可以说,微机测控技术的应用已渗透到国民经济的各个部门,微机测控技术的应用是产品提高档次和推陈出新的有效途径2。便携式和智能化越来越成为仪器的基本要求,对传统仪器的数字化,智能化,集成化也就明显得尤为重要。平时常用信号源产生正弦波,方波,三角波等常见波形作为待测系统的输入,测试系统的性能。单在某些场合,我们需要特殊波形对系统进行测试,这是传统的模拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。利用单片机的强大功能,设计合适的人机交互界面,使用户能够通过手动的设定,设置所需波形。
13、1.2 函数发生器分类函数发生器应用广泛,种类繁多,性能各异,分类也不尽一致。函数发生器亦称信号发生器,主要作为实验用信号源,是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。按照频率范围分类可以分为:超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器视频发生器的频率是多少?可以排在这个位置?、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为:正弦信号发生器和非正弦信号发生器,非正弦信号发生器又包括:脉冲信号发生器,函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。
14、前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调,并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器3。函数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电路搭接而成,如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路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,电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中,如工业过程控制,生物医学,地震模拟机械振动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令人满意,而且由于低频信号源所需
15、的RC要很大。大电阻,大电容在制作上有困难,参数的精度亦难以保证。体积大,漏电,损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加,则电路复杂程度会大大增加。利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号,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,即可完成功能升级。1.3 研究内容本次设计是基于80C51单片机信号发生器设计,信号发生器可以产生方波、三角波、正弦波、3种波形,通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号,滤波放大,最终由示波器显示出来
16、,能产10HZ、100HZ、500HZ、1000HZ的波形。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程序和波形发生程序,经电路的数/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4。 第2章 整体设计方案2.1 方案的提出和整论常用的函数信号发生器的实现方法有如下几种:1.采用分立元件实现信号的输出,主要是通过模拟电路实现正弦信号的输出,在通过各种积分微分电路实现各种不同波形的输出。但是这种方法频率和幅值的调整比较困难,而且模拟电路受外部因素的影响较大,输出的波形难以控制。2.采用集成信号发生芯片MAX038输出各种波形,并通过外接电阻值改变实现对
17、幅值和频率的调整。这种方法实现起来比较容易,但是频率和幅值的调节比较困难5。图要自己画图2-1 基于MAX038的信号发生器原理图3.采用DAC0832通过查表得方式输出需要的波形,通过单片机定时向DAC转化器发送转换数据,实现不同的幅值和频率的输出。这种方法能够实现各种需要的波形的输出,成本也不高,只是在扩展外设的时候浪费了大量的接口,以后的系统扩展可能会有影响6。 4.采用DDS频率合成器,能输出各种波形,而且能够轻松调节幅值和频率。DDS同DSP(数字信号处理)一样,是一项关键的数字化技术。DDS是直接数字式频率合成器(Direct Digital Synthesizer)的英文缩写。与
18、传统的频率合成器相比,DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点,广泛使用在电信与电子仪器领域,是实现设备全数字化的一个关键技术。一块DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码;而相位累加器根据DDS频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加,得到一个相位值;正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度(芯片一般通过查表得到)。DDS芯片输出的一般是数字化的正弦波,因此还需经过高速D/A转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信号7。图要自己画图2-2 DDS的原理框图鉴于方案一的信号频率不
19、够稳定和方案二的电路复杂,频率覆盖系数难以达标等缺点,所以决定采用方案三的设计方法。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元器件,容易得到,且价格便宜,使得硬件开销达最省8。2.2 设计原理 数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号,因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。89C51单片机本身就是一个完整的微型计算机,具有组成微型计算机的各部分部件:中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等,只要将89C51再配置键盘及其
20、接口、显示器及其接口、数模转换及波形输出、指示灯及其接口等四部分,即可构成所需的波形发生器,其信号发生器构成原理框图如图2-3所示9。图自己画图2-2 整体设计方案80C51是整个波形发生器的核心部分,通过程序的编写和执行,产生各种各样的信号,并从键盘接收数据,进行各种功能的转换和信号幅度的调节。当数字信号经过接口电路到达转换电路,将其转换成模拟信号也就是所需要输出波形10。第3章 硬件设计硬件原理硬件电路设计决定一个系统功能,是设计基础所在,而一般设计目标:可靠,简洁,高效,优化,好硬件电路可给程序编写带来极大优势,同时使可以很好提高该信号设计精度和灵敏度,使整个系统工作协调有序。以80C5
21、1单片机芯片作为核心处理器,编程实现各种不同类型信号,最后通过DA转换输出11。4.1 硬件整体设计由频率控制模块、幅度控制模块、键盘模块和液晶显示模块组成整个系统。用单片机控制键盘和液晶显示,液晶屏显示四个参数:频率、幅值、类型和不同频率范围中频率的步进。用单片机控制两个数字电位器中的抽头位置来实现改变输出的频率和幅度的大小,运用数字电位器X9C103和ICL8038共同设计的函数信号发生器。该电路能够产生稳定的正弦波信号、三角波信号、频率与占比可调节的矩形波信号,其输出频率能在1Hz-IMHz范围内连续调整,达到调试简单、性能稳定、使用方便等优点。其工作系统框图如下图4-1所示。图自己画4
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 函数 信号发生器 设计 毕业设计
链接地址:https://www.31ppt.com/p-4148567.html