低頻信號發(fā)生器設(shè)計(jì)開題報告

PAGE6PAGE實(shí)用文檔1研究的目的及其意義隨著電子測量及其他部門對各類信號發(fā)生器的廣泛需求及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，促使信號發(fā)生器種類增多，性能提高。尤其隨著70年代微處理器的出現(xiàn)，更促使信號發(fā)生器向著自動化、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)在，信號發(fā)生器帶有微處理器，因而具備了自校、自檢、自動故障診斷和自動波形形成和修正等功能，可以和控制計(jì)算機(jī)及其他測量儀器一起方便的構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。當(dāng)前信號發(fā)生器總的趨勢是向著寬頻率覆蓋、低功耗、高頻率、精度、多功能、自動化和智能化方向發(fā)展。在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動試驗(yàn)、動態(tài)分析、材料試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號發(fā)生器。而在我們?nèi)粘Ｉ钪?，以及一些科學(xué)研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號是常用的基本測試信號。譬如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時基電路。信號發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。但市面上能看到的儀器在頻率精度、帶寬、波形種類及程控方面都已不能滿足許多方面實(shí)際應(yīng)用的需求。加之各類功能的半導(dǎo)體集成芯片的快速生產(chǎn)，都使我們研制一種低功耗、寬頻帶，能產(chǎn)生多種波形并具有程控等低頻的信號發(fā)生器成為可能。便攜式和智能化越來越成為儀器的基本要求，對傳統(tǒng)儀器的數(shù)字化，智能化，集成化也就明顯得尤為重要。平時常用信號源產(chǎn)生正弦波，方波，三角波等常見波形作為待測系統(tǒng)的輸入，測試系統(tǒng)的性能。單在某些場合，我們需要特殊波形對系統(tǒng)進(jìn)行測試，這是傳統(tǒng)的模擬信號發(fā)生器和數(shù)字信號發(fā)生器很難勝任的。利用單片機(jī)，設(shè)計(jì)合適的人機(jī)交互界面，使用戶能夠通過手動的設(shè)定，設(shè)置所需波形。該設(shè)計(jì)課題的研究和制作全面說明對低頻信號發(fā)生系統(tǒng)要有一個全面的了解、對低頻信號的發(fā)生原理要理解掌握，以及低頻信號發(fā)生器工作流程：波形的設(shè)定，D/A轉(zhuǎn)換，顯示和各模塊的連接通信等各個部分要熟練聯(lián)接調(diào)試，能夠正確的了解常規(guī)芯片的使用方法、掌握簡單信號發(fā)生器應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步鍛煉了我們在信號處理方面的實(shí)際工作能力。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在70年代前，信號發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其它波形時，需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。這個時期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號波形，則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。同時，主要表現(xiàn)為兩個突出問題，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。在70年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、A/D/和D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。這時期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對DAC的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。90年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價格的函數(shù)發(fā)生器、但是HP公司推出了型號為HP770S的信號模擬裝置系統(tǒng)，它由HP8770A任意波形數(shù)字化和HP1776A波形發(fā)生軟件組成。HP8770A實(shí)際上也只能產(chǎn)生8種波形，而且價格昂貴。不久以后，Analogic公司推出了型號為Data-2020的多波形合成器，Lecroy公司生產(chǎn)的型號為9100的任意波形發(fā)生器等。二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過GHz的DDS芯片，同時也推動了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，2003年，Agilent的產(chǎn)品33220A能夠產(chǎn)生17種波形，最高頻率可達(dá)到20M，2005年的產(chǎn)品N6030A能夠產(chǎn)生高達(dá)500MHz.3主要內(nèi)容要求和目標(biāo)3.1內(nèi)容：根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)通過調(diào)研、查閱相關(guān)資料確定以單片機(jī)和D/A轉(zhuǎn)換器為核心的低頻信號發(fā)生器方案。主要包括：電源電路設(shè)計(jì)；鍵盤電路設(shè)計(jì)；3）D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)；4）信號放大及低通濾波電路設(shè)計(jì)；5）顯示電路設(shè)計(jì)；5）應(yīng)用軟件（主程序及用于改變頻率和信號類型的中斷服務(wù)程序）設(shè)計(jì)等。3.2要求：1）系統(tǒng)能產(chǎn)生3種以上的信號；2）信號頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)且應(yīng)具有較高的精度；3）能顯示信號波形的類型和頻率；4）原理電路圖應(yīng)采用工程設(shè)計(jì)工具軟件繪制；5)詳細(xì)的軟件系統(tǒng)框架、流程及源代碼。3.3目標(biāo)：設(shè)計(jì)出一款以單片機(jī)和D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路為核心的低頻信號發(fā)生器。信號類型不低于3種。系統(tǒng)能顯示信號類型及頻率。通過該設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試，達(dá)到掌握小型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和常用設(shè)計(jì)軟件、調(diào)試儀器使用的目的。4設(shè)計(jì)方案4.1設(shè)計(jì)模塊本次設(shè)計(jì)所研究的就是對所需要的某種波形輸出對應(yīng)的數(shù)字信號，在通過D/A轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)部分的轉(zhuǎn)換輸出一組連續(xù)變化的0~5V的電壓脈沖值。在設(shè)計(jì)時分塊來做，按波形設(shè)定、D/A轉(zhuǎn)換、52單片機(jī)連接、鍵盤控制四個模塊的設(shè)計(jì)。最后通過聯(lián)調(diào)仿真，完成相應(yīng)功能。鍵盤控制DA轉(zhuǎn)換51單片機(jī)鍵盤控制DA轉(zhuǎn)換51單片機(jī)波形設(shè)定波形設(shè)定圖1設(shè)計(jì)模塊圖4.2硬件電路設(shè)計(jì)據(jù)低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)主要由CPU、D/A轉(zhuǎn)換電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、按鍵和顯示電路、電源等電路組成。其工作原理為當(dāng)按下第一個按鍵就會分別出現(xiàn)方波、三角波、正弦波。AT89C52AT89C52復(fù)位電路復(fù)位電路DA轉(zhuǎn)換DA轉(zhuǎn)換按鍵按鍵波形顯示功率放大波形顯示功率放大圖2硬件電路基本圖4.3軟件部分本系統(tǒng)的軟件包括以下幾個程序模塊：初始化程序；鍵盤掃描程序與處理程序；定時器0服務(wù)程序；正弦波發(fā)生程序及其服務(wù)程序；三角波發(fā)生程序；方波發(fā)生程序。開始開始中斷子程序結(jié)束調(diào)用鍵盤掃描程序初始化中斷子程序結(jié)束調(diào)用鍵盤掃描程序初始化圖3程序流程圖5畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排查找并閱讀相關(guān)資料，完成開題報告、外文翻譯——2012.12.15完成系統(tǒng)原理、軟件流程設(shè)計(jì)，完成中期檢查報告12.12.15——2013.3.30完成系統(tǒng)組裝、調(diào)試2013.4.1——2013.4.30撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)2013.5.1——2013.5.14論文修改、評閱、答辯2013.5.15——2013.5.306參考資料[1]求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航[M]（第二版）.北京：人民郵電出版社，2008,7[2]范風(fēng)強(qiáng).蘭嬋麗.單片機(jī)語言C51應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)集錦[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003,3[3]黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽訓(xùn)練教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005,1[4]周立功.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐[M].北京：北京航空出版社，2004,8[5]黃繼昌.電子元器件應(yīng)用手冊[M].北京：人民郵電出版社，2004,7[6]張憲，何宇斌.電子電路制作指導(dǎo)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005,8[7]RajKamal.EmbeddedSystems:Architecture,ProgrammingandDesign[M].McGraw-Hill.2003[8]新概念51單片機(jī)C語音教程—入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009[9]潭博學(xué),苗江靜.集成電路原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.9[10]謝自美.電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測試（第三版）[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000年7月[11]Tierney.JRader.C.M.andGold.B."ADigitalFrequencySynthesizer.