信號發(fā)生器 開題報告

PAGE一1設(shè)計意義及現(xiàn)狀分析信號發(fā)生器用于產(chǎn)生被測電路所需特定參數(shù)的電測試信號。在計算機控制技術(shù)與電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，信號發(fā)生器的應(yīng)用越來越廣。在測試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備時，為測定電路的一些電參量，要求提供符合所定技術(shù)條件的電信號。在自動控制系統(tǒng)和教學(xué)實驗及生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制、機械振動試驗、動態(tài)分析、材料試驗、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钪校约耙恍┛茖W(xué)研究中，正弦波、三角波和方波信號是常用的基本信號。譬如在示波器、電視機等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運動，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。函數(shù)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。傳統(tǒng)的函數(shù)信號發(fā)生器統(tǒng)信號發(fā)生器只能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等基本波形。目前購買的信號發(fā)生器價格昂貴，功能強大。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機械振動等領(lǐng)域常用到低頻信號源。而完全由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以讓人滿意，而且由于低頻信號源所需的RC很大，大電阻，大電容在制造上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證。體積大，漏電，損耗顯著更是其致命弱點。另外，低頻信號發(fā)生器可用于校驗頻率繼電器，同步繼電器等，也可作為低頻變頻電源使用。本次設(shè)計的低頻信號發(fā)生器不僅能產(chǎn)生這些基本波形，還可輸出任意波形且價格低廉。該設(shè)計基于AT89C51單片機的發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波、梯形波等五種波形，波形的頻率可以用程序改變，幅度四檔調(diào)節(jié)。它具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便等優(yōu)點。2方案的確定2.1傳統(tǒng)信號發(fā)生器方案一為傳統(tǒng)的函數(shù)信號發(fā)生器。常見的555定時器構(gòu)成的函數(shù)信號發(fā)生器電路圖如圖1所示。圖1傳統(tǒng)函數(shù)信號發(fā)生器傳統(tǒng)的信號發(fā)生器其功能完全靠硬件實現(xiàn),功能單一而且用戶的購置、維護費用高。更重要的是,對于傳統(tǒng)的信號發(fā)生器,其功能一旦確定便不能更改,用戶要想使用新的功能則必須重新購買新的儀器,傳統(tǒng)信號發(fā)生器的不足顯而易見。傳統(tǒng)信號發(fā)生器通過調(diào)節(jié)硬件的參數(shù)改變頻率。2.2基于單片機的信號發(fā)生器第二種方案是基于單片機，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2所示。數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器晶振電路運算放大器模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片單片機晶振電路運算放大器模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片單片機復(fù)位電路復(fù)位電路按鍵按鍵圖2低頻信號發(fā)生器方框圖該設(shè)計采用軟硬件結(jié)合方法，能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波和梯形波等五種波形。其中梯形波是一般信號發(fā)生器所不能產(chǎn)生的。同時其頻率小范圍內(nèi)可調(diào)，幅度分為四檔調(diào)節(jié)。運算放大器輸出接至示波器觀察波形。另外，可以根據(jù)需要，通過修改程序來產(chǎn)生其它波形，AT89S52芯片具有在線編程功能。它具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便等優(yōu)點。2.3方案的選擇對于第一種方案，整個系統(tǒng)為硬件系統(tǒng)，不包括任何軟件部分，且維護費用高。而方案二，軟硬件相結(jié)合，同時，具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便等優(yōu)點。綜合兩方案的優(yōu)缺點，最終選擇方案二，即采用基于單片機的信號發(fā)生器。3設(shè)計思路本系統(tǒng)由單片機、顯示接口電路，波形轉(zhuǎn)換（D/A）電路，按鍵等部分構(gòu)成。最終波形可用示波器觀察。選用常見的8051單片機作為控制器，型號為AT89S52。采用DAC0832作為D/A轉(zhuǎn)換器。傳統(tǒng)的低頻函數(shù)信號發(fā)生器頻率一般在20Hz～200kHz。本次低頻信號發(fā)生器的要求頻率為0.5～50Hz，是怎樣達到這種超低頻的呢？在對模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號過程中，常常需要把波形的一個周期均等地分成N段。為了使輸出信號盡量減少失真，輸出波形比較光滑，要盡量使N較大。圖3所示為正弦波的離散化處理。圖3正弦信號離散處理本設(shè)計波形的一個周期由256個采樣點構(gòu)成。DAC0832采用CMOS工藝，轉(zhuǎn)換時間1μs.AT89C51單片機的定時器選有四種工作方式。工作方式0為13位定時器，方式1為16位，方式2,3均為8位。這里選用方式工作方式1才能滿足頻率要求。采用振蕩頻率為12MHz的單片機，則機器周期為1μs，能定時的最大值為2^16=65536μs。fmin=1/（256*65536*10^(-6))=0.0596Hz<0.5Hzfmax=1/(256*10^(-6))=3906.25Hz>50Hz若考慮到留有余量，也能達到要求。本次設(shè)計采用軟件方式即編寫程序來輸出波形。軟件設(shè)計的總體思想是將各個波形的數(shù)據(jù)表存儲在程序存儲器中，間隔一段時間輸出一個點，一個周期（256個點）過后再循環(huán)輸出。4調(diào)試方法本次設(shè)計采用采用Proteus軟件進行仿真。Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus軟件是世界上著名的EDA工具，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。在KEIL軟件中編寫好程序后，編譯生成HEX文件。只需在Proteus軟件中畫好電路原理圖，將HEX文件下載到電路原理圖的單片機中便可進行仿真調(diào)試。另外Proteus軟件還支持和KEIL軟件聯(lián)調(diào)的方式，更加容易看出程序中的問題。所以需要熟練使用Proteus軟件和KEIL軟件。5預(yù)期目標(biāo)該題目設(shè)計要求能輸出正弦波、三角波、方波等波形可通過按鍵選擇要輸出的波形、調(diào)整輸出頻率、幅值大小并通過數(shù)碼管顯示。輸出信號的頻率可以在0.5～50Hz范圍內(nèi)調(diào)整。設(shè)計內(nèi)容：1、信號源生成方案；2、硬件裝置的設(shè)計與制作；3、調(diào)試并運行成功；6可能遇到的問題本設(shè)計為信號發(fā)生器的設(shè)計，可能會遇到如下的問題：波形失真。這個跟模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，運放，焊接質(zhì)量的好壞等都有關(guān)系。頻率的調(diào)節(jié)。要做到頻率可以比較連續(xù)地調(diào)節(jié)可能會比較困難。軟件編程。以前很少接觸到這種包括多個模塊應(yīng)用系統(tǒng)，程序代碼可能比較多。7進度安排表1畢業(yè)設(shè)計進度安排表序號起止日期各階段任務(wù)12011.3.18—2011.4.9資料收集，開題報告，開題答辯22011.4.10—2011.4.26方案論證與設(shè)計，控制程序編制32011.4.27—2011.5.3裝置安裝，調(diào)試42011.5.4—2011.5.25模擬仿真軟件的編制與聯(lián)機調(diào)試52011.5.26—2011.6.4使用說明書，設(shè)計說明書撰寫62011.6.5—2011.6.10畢業(yè)設(shè)計成果交老師審閱與評閱72011.6.11—2011.6.14畢業(yè)設(shè)計修改，為答辯做準備82011.6.15—2011.6.18畢業(yè)設(shè)計答辯參考文獻[1]李萍.AT89S51單片機原理、開發(fā)與應(yīng)用實例.中國電力出版社,2008[2]李榮正等.PIC單片機原理及應(yīng)用（第三版）.北京航空航天大學(xué)出版社，2006[3]林伸茂.8051單片機徹底研究實習(xí)篇.中國電力出版社，2007[4]李建忠.單片機原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社，2008[5]徐陽，鐘寶榮.基于單片機的低頻信號發(fā)生器設(shè)計.長江大學(xué)學(xué)報，2008[6]王瑋.51單片機與PC機串行通信接口的設(shè)計.硅谷，2009（6）[7]余仲銘,劉華東.采用protel99se設(shè)計89C51單片機應(yīng)用系統(tǒng).電子制作,2005(12)[8]朱清慧.Proteus：電子技術(shù)虛擬實驗室.中國水利水電出版社，2010[9]樓然苗,胡佳文,李光飛.單片機實驗與課程設(shè)計:Proteus仿真版.浙江大學(xué)出版社,2010[10]周潤景,張麗娜,劉映群.PROTEUS入門實用教程.機械工業(yè)出版社，2007[11]祁偉,楊亭.單片機C51程序設(shè)計教程與實驗