基于單片機的函數(shù)信號發(fā)生器開題報告長江大學(xué)版

1、長江大學(xué)長江大學(xué)研究目的及意義研究目的及意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀課題研究內(nèi)容課題研究內(nèi)容研究方案的設(shè)計與選擇研究方案的設(shè)計與選擇硬（軟）件設(shè)計構(gòu)思硬（軟）件設(shè)計構(gòu)思12345開題答辯主要內(nèi)容開題答辯主要內(nèi)容研究目的及意義研究目的及意義 函數(shù)信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用函數(shù)信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、電工學(xué)教學(xué)實驗，電子線路和微機原理、于物理學(xué)、電工學(xué)教學(xué)實驗，電子線路和微機原理、接口技術(shù)實驗，自動化測控系統(tǒng)等領(lǐng)域。接口技術(shù)實驗，自動化測控系統(tǒng)等領(lǐng)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(shè)計方法來產(chǎn)生利用單片機采用程序設(shè)計方法來產(chǎn)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(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，頻率相對簡單，結(jié)構(gòu)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?qū)Σㄐ芜M行細微調(diào)整，優(yōu)點，并且能夠?qū)Σㄐ芜M行細微調(diào)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(diào)整程序，即可完成對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級。功能升級。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)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(shù)，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(shù)，貼牌生產(chǎn)仍然是貼牌生產(chǎn)仍然是“中國制造中國制造”普遍的生存模式。很多高端產(chǎn)品表面上市中國普遍的生存模式。很多高端產(chǎn)品表面上市中國生產(chǎn)，其實核心技術(shù)都來自國外。生產(chǎn)，其實核心技術(shù)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(yù)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(nèi)置通用測量能力內(nèi)置通用測量能力,GBIP,RS232,GBIP,RS232標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)接口;TCXO;TCXO時基可達時基可達1PPm1PPm頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度Agilent(安捷倫安捷倫)課題研究內(nèi)容課題研究內(nèi)容 本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設(shè)計，將本文是做基于單片機的信號發(fā)生器的設(shè)計，將采用編程的方法來

5、實現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、采用編程的方法來實現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計的要求，對各種波形的頻正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)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(dāng)接收到來自機的程序存儲器中。在程序運行中，當(dāng)接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時再調(diào)用相應(yīng)的中外界的命令，需要輸出某種波形時再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/ /模轉(zhuǎn)模轉(zhuǎn)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?。 研究方案的設(shè)計與選擇研究方案的設(shè)計與選擇 方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如80388038），），80388038可同時產(chǎn)生正弦可同時產(chǎn)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(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制電壓，也可以實現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號的頻率穩(wěn)定度不高。電壓，也可以實現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)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(shù)的要求，且電路復(fù)雜。到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復(fù)雜。方案三：采用單片機編程的方法來實現(xiàn)。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(xiàn)。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(xiàn)頻率的變換。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生，通過改變程序來實現(xiàn)頻率的變換。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號，所以信號的精度可以做的很高。的是數(shù)字信號，所以信號的精度可以做的很高。硬件電路的實現(xiàn)原理與構(gòu)思硬件電路的實現(xiàn)

8、原理與構(gòu)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(shù)模轉(zhuǎn)換器放大電路輸出波形，通過示波器可以值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)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(fù)位電路用于系統(tǒng)復(fù)位重啟。觀察波形與頻率，復(fù)位電路用于系統(tǒng)復(fù)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(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)模轉(zhuǎn)換電路換電路復(fù)位電路復(fù)位電路放大電路放大電路波形輸出波形輸出數(shù)數(shù)/模電路模電路軟件設(shè)計的構(gòu)思軟件設(shè)計的構(gòu)思單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)只有單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)只有

9、0 0、1 1之分，所產(chǎn)生的信號也都是離散信號。為之分，所產(chǎn)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(shù)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(shù)字信號，我們采用對信號采樣、量化的方法來實現(xiàn)由單片機產(chǎn)生所需信號。在本設(shè)計中，對信號的四分的方法來實現(xiàn)由單片機產(chǎn)生所需信號。在本設(shè)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(fù)查表來輸出幅度值，而整個信個幅度值，通過反復(fù)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(shù)器來控制的，因此，通過控制不同的計數(shù)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(shù)初值就可以控制整個信號的頻率。計數(shù)時間數(shù)時間= =信號周期信號周期/72/72。計數(shù)次數(shù)。計數(shù)次數(shù)= =計數(shù)時間計數(shù)時間/ /機器周期。對應(yīng)的，計機器周期。對應(yīng)的，計數(shù)初值數(shù)初值=65536=65536計數(shù)次數(shù)。單片機只能產(chǎn)生離散頻率的信號，所以計數(shù)次數(shù)。單片機只能產(chǎn)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(shù)，經(jīng)過半周期只需改變輸出為最大或最小電平即可。本設(shè)計為計數(shù)，經(jīng)過半周期只需改變輸出為最大或最小電平即可。本設(shè)計為低頻信號發(fā)生器，在頻率只有幾十赫茲的時候計數(shù)次數(shù)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(shù)次數(shù)將很大，因此計數(shù)器的工作方式選為工作方式此計數(shù)器的工作方式選為工作方式1 1，每次計數(shù)器溢出時需要重新，每次計數(shù)器溢出時需要重新裝入計數(shù)初值。裝入計數(shù)初值。工作的主