基于單片機的函數信號發(fā)生器開題報告長江大學版

1、長江大學長江大學研究目的及意義研究目的及意義國內外研究現狀國內外研究現狀課題研究內容課題研究內容研究方案的設計與選擇研究方案的設計與選擇硬（軟）件設計構思硬（軟）件設計構思12345開題答辯主要內容開題答辯主要內容研究目的及意義研究目的及意義 函數信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應用函數信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應用于物理學、電工學教學實驗，電子線路和微機原理、于物理學、電工學教學實驗，電子線路和微機原理、接口技術實驗，自動化測控系統(tǒng)等領域。接口技術實驗，自動化測控系統(tǒng)等領域。 目前目前, , 市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而成。成。 利用

2、單片機采用程序設計方法來產生利用單片機采用程序設計方法來產生低頻信號，其頻率底線很低。具有線路低頻信號，其頻率底線很低。具有線路相對簡單，結構緊湊，價格低廉，頻率相對簡單，結構緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等優(yōu)點，并且能夠對波形進行細微調整，優(yōu)點，并且能夠對波形進行細微調整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對電路稍加修改，調整程序，即可完成對電路稍加修改，調整程序，即可完成功能升級。功能升級。國內外研究現狀國內外研究現狀 近年來中國低頻信號發(fā)生器行業(yè)取得了很大的發(fā)展，但是行業(yè)發(fā)展中也近年來中國低頻信號發(fā)

3、生器行業(yè)取得了很大的發(fā)展，但是行業(yè)發(fā)展中也存在一些問題，和國外相比仍有很大的差距。中國制造業(yè)由于缺乏核心技術，存在一些問題，和國外相比仍有很大的差距。中國制造業(yè)由于缺乏核心技術，貼牌生產仍然是貼牌生產仍然是“中國制造中國制造”普遍的生存模式。很多高端產品表面上市中國普遍的生存模式。很多高端產品表面上市中國生產，其實核心技術都來自國外。生產，其實核心技術都來自國外。北京凱弘電子儀器北京凱弘電子儀器 頻率范圍：頻率范圍： 5Hz110KHz輸出電壓：10V6Vrms(加50負載，最小可輸出1V)失真：20Hz20KHz0.005%，其余頻0.01%可直接預置： dB、v、mv、v尺寸：290(W)

4、x120(H)x320(D)mm重量：約8kg1Hz-8MHz1Hz-8MHz正弦波、方波輸出正弦波、方波輸出,1Hz-50MHz,1Hz-50MHz脈脈沖輸出沖輸出;12bit,200MSa/S,64K;12bit,200MSa/S,64K存儲深度的任意波形存儲深度的任意波形; ;內置通用測量能力內置通用測量能力,GBIP,RS232,GBIP,RS232標準接口標準接口;TCXO;TCXO時基可達時基可達1PPm1PPm頻率準確度頻率準確度Agilent(安捷倫安捷倫)課題研究內容課題研究內容 本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設計，將本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設計，將采用編程的方法來

5、實現三角波、鋸齒波、矩形波、采用編程的方法來實現三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據設計的要求，對各種波形的頻正弦波的發(fā)生。根據設計的要求，對各種波形的頻率和幅度進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片率和幅度進行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機的程序存儲器中。在程序運行中，當接收到來自機的程序存儲器中。在程序運行中，當接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時再調用相應的中外界的命令，需要輸出某種波形時再調用相應的中斷服務子程序和波形發(fā)生程序，經電路的數斷服務子程序和波形發(fā)生程序，經電路的數/ /模轉模轉換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出

6、端口輸出?？谳敵觥?研究方案的設計與選擇研究方案的設計與選擇 方案一：采用單片函數發(fā)生器（如方案一：采用單片函數發(fā)生器（如80388038），），80388038可同時產生正弦可同時產生正弦波、方波等，而且方法簡單易行，用波、方波等，而且方法簡單易行，用D/AD/A轉換器的輸出來改變調制轉換器的輸出來改變調制電壓，也可以實現數控調整頻率，但產生信號的頻率穩(wěn)定度不高。電壓，也可以實現數控調整頻率，但產生信號的頻率穩(wěn)定度不高。方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCOVCO）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難

7、以達）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難以達到輸出頻率覆蓋系數的要求，且電路復雜。到輸出頻率覆蓋系數的要求，且電路復雜。方案三：采用單片機編程的方法來實現。該方法可以通過編程的方案三：采用單片機編程的方法來實現。該方法可以通過編程的方法來控制信號波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下方法來控制信號波形的頻率和幅度，而且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實現頻率的變換。此外，由于通過編程方法產生，通過改變程序來實現頻率的變換。此外，由于通過編程方法產生的是數字信號，所以信號的精度可以做的很高。的是數字信號，所以信號的精度可以做的很高。硬件電路的實現原理與構思硬件電路的實現

8、原理與構思 如圖所示如圖所示80C5180C51單片機為硬件系統(tǒng)的核心，單片機對鍵單片機為硬件系統(tǒng)的核心，單片機對鍵盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率，通過顯示電路顯示頻率盤掃描讀入鍵值確定波形與頻率，通過顯示電路顯示頻率值，通過數模轉換器放大電路輸出波形，通過示波器可以值，通過數模轉換器放大電路輸出波形，通過示波器可以觀察波形與頻率，復位電路用于系統(tǒng)復位重啟。觀察波形與頻率，復位電路用于系統(tǒng)復位重啟。顯示電路顯示電路鍵盤電路鍵盤電路單單片片機機數數/模轉模轉換電路換電路復位電路復位電路放大電路放大電路波形輸出波形輸出數數/模電路模電路軟件設計的構思軟件設計的構思單片機內部數據只有單片機內部數據只有

9、0 0、1 1之分，所產生的信號也都是離散信號。為之分，所產生的信號也都是離散信號。為了能夠讓單片機輸出所需的數字信號，我們采用對信號采樣、量化了能夠讓單片機輸出所需的數字信號，我們采用對信號采樣、量化的方法來實現由單片機產生所需信號。在本設計中，對信號的四分的方法來實現由單片機產生所需信號。在本設計中，對信號的四分之一周期采樣之一周期采樣1919個幅度值，通過反復查表來輸出幅度值，而整個信個幅度值，通過反復查表來輸出幅度值，而整個信號是通過正查表和逆向查表來實現的。采樣的點越密，信號失真度號是通過正查表和逆向查表來實現的。采樣的點越密，信號失真度也就越小。兩次采樣點的輸出時間間隔是由定時、計

10、數器來控制的也就越小。兩次采樣點的輸出時間間隔是由定時、計數器來控制的，因此，通過控制不同的計數初值就可以控制整個信號的頻率。計，因此，通過控制不同的計數初值就可以控制整個信號的頻率。計數時間數時間= =信號周期信號周期/72/72。計數次數。計數次數= =計數時間計數時間/ /機器周期。對應的，計機器周期。對應的，計數初值數初值=65536=65536計數次數。單片機只能產生離散頻率的信號，所以計數次數。單片機只能產生離散頻率的信號，所以所得到的信號頻率不是連續(xù)的，而是離散的頻率點。正弦波和三角所得到的信號頻率不是連續(xù)的，而是離散的頻率點。正弦波和三角波的頻率控制方法都與上述方法相同，而方波的頻率控制是半周期波的頻率控制方法都與上述方法相同，而方波的頻率控制是半周期計數，經過半周期只需改變輸出為最大或最小電平即可。本設計為計數，經過半周期只需改變輸出為最大或最小電平即可。本設計為低頻信號發(fā)生器，在頻率只有幾十赫茲的時候計數次數將很大，因低頻信號發(fā)生器，在頻率只有幾十赫茲的時候計數次數將很大，因此計數器的工作方式選為工作方式此計數器的工作方式選為工作方式1 1，每次計數器溢出時需要重新，每次計數器溢出時需要重新裝入計數初值。裝入計數初值。工作的主