基于MAX038的多功能信号发生器的设计汇总.docx
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基于MAX038的多功能信号发生器的设计汇总
编号
本科生毕业设计(论文)
题目:
多功能信号发生器的设计
物联网工程学院电子信息工程专业
二〇一三年六月
设计总说明
多功能信号发生器是一种能能够产生多种波形如三角波、矩形波(含方波)、正弦波的电路的信号发生器,在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途.随着科技的发展,对信号发生器的各方面要求越来越高.传统的信号发生器由于波形精度低,频率稳定性差等特点,已经不能满足许多实际应用的需要.而且市场上出售的低频信号发生器价格昂贵,为了适应实际的需要,设计一种低频信号发生器.本文介绍了一种基于单片机控制的多功能信号发生器,它采用MAX038与单片机结合的方法,通过Protel99软件进行硬件设计及仿真,采用C语言编程,结合软件控制信号产生、变化,频率测量及显示的流程,整个信号发生器以单片机(AT89C52)为控制中心,主要由稳压电源模块、按键电路模块、LED显示模块、波形生成模块、功率放大模块、整形电路、分频电路模块等组成.本设计基本达到初期的设计要求,可以产生1HZ-1MHZ的可人工调节频率及占空比的三角波、正弦波、方波及矩形波,对于产生的波形信号,通过功率放大电路对输出波形信号的幅度、波形稳定性进行调控、同时实现对输出信号频率及占空比的测量,并且可以显示出来,由于本多功能信号发生器所产生的信号频带相对较宽,先对功率放大电路的输出端进行整形处理,由于在12M晶振下单片机所能测量的频率最高只能达到500kHZ,必须对整形输出作一个四分频处理,另外本设计中对于不同频率的波形信号采用了不同的测量方式,对于较低频率的方波,我们通过测量其周期间接获得其频率,而对于较高频率的信号波,则可以直接进行测量,保证了测量的精度.综上所述,本设计能产生频率范围为1HZ-1MHZ的正弦波、三角波、方波、矩形波,同时实现了对频率、占空比及幅度的调节以及精确测量并且最终得以显示,基本达到了设计要求.
关键词:
多功能信号;单片机;MAX038;
DESIGNSUMMARY
Versatilesignalgeneratorabletoproduceavarietyofwaveformssuchastrianglewave,squarewave(includingsquare),sinewavesignalgeneratorcircuit,thecircuitexperimentsandequipmenttestinghasaverywiderangeofuses.Withthedevelopmentoftechnologyinallaspectsofthesignalgeneratorisincreasinglydemanding.Becausethewaveformsignalgeneratortraditionallowaccuracyandpoorfrequencystabilitycharacteristics,cannotmeettheneedsofmanypracticalapplications.Andonthemarketareexpensivelowfrequencysignalgenerator,inordertomeettheactualneeds,todesignalow-frequencysignalgenerator.Thispaperdescribesamicrocontroller-basedcontrolofmulti-signalgenerator,whichusesacombinationofmethodsMAX038withmicrocontrollerthroughProtel99hardwaredesignandsimulationsoftware,usingClanguageprogramming,combinedwithsoftwarecontrolsignalgenerator,changethefrequencymeasurementanddisplayprocess,thesignalgeneratortomicrocontroller(AT89C52)asthecontrolcenter,mainlybythepowersupplymodule,thekeycircuitmodule,LEDdisplaymodule,thewaveformgeneratingmodule,apoweramplifiermodule,shapingcircuit,frequencydividercircuitmodulesandothercomponents.Thisdesignhasbasicallyreachedtheinitialdesignrequirements,youcangenerate1HZ-1MHZcanmanuallyadjustthefrequencyanddutycycleofthetriangularwave,sinewave,squareandrectangularwave,thewaveformsignalgeneratedbythepoweramplifiercircuitoftheoutputwaveformsignalamplitude,waveformcontrolstability,whileachievingtheoutputsignalfrequencyanddutycyclemeasurements,andcanbedisplayed,sincethemulti-signalgeneratedbythesignalgeneratorisrelativelywidefrequencyband,thefirstoutputofthepoweramplifiercircuitsideshapingprocess,sincethe12Mcrystaloscillatorfrequencycanbemeasuredunderthechipcanonlyreach500kHZ,youmustmakeadivide-shapedoutputprocessing,inadditiontothisdesignfordifferentfrequencywaveformsignalusesadifferentmeasurementmethods,formoreLow-frequencysquarewave,weobtainedindirectlybymeasuringthefrequencyofitsperiod,andforthehigherfrequencysignalwaves,canbemeasureddirectly,toensureaccuracyofmeasurement.Insummary,thedesigncanproduceafrequencyrangeof1HZ-1MHZsinewave,trianglewave,squarewave,rectangularwave,whileachievingtherightfrequency,dutycycleandamplitudeadjustment,andaccuratemeasurementandeventuallybedisplayed,reachesthedesignrequirements.
Keywords:
Multifunctionalsignal;SCM;MAX038;
第1章绪论
1.1课题背景
随着电子测量及其他部门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[1].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,锯齿波和正弦波信号是常用的基本测试信号.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,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.
1.2国内外现状
信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备,传统的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.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的RC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.在70年代后,微处理器的出现,可以利用处理器、A/D/和D/A,硬件和软件使波形发生器的功能扩大,产生更加复杂的波形.这时期的波形发生器多以软件为主,实质是采用微处理器对DAC的程序控制,就可以得到各种简单的波形.90年代末,出现几种真正高性能、高价格的函数发生器.而近几年来,国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面:
(1)过去由于频率很低应用的范围比较狭小,输出波形频率的提高,使得波形发生器能应用于越来越广的领域.波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易.
(2)由于VXI总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求,在很多领域需要使用VXI系统测量产生复杂的波形,VXI的系统资源提供了明显的优越性,但由于开发VXI模块的周期长,而且需要专门的VXI机箱的配套使用,使得波形发生器VXI模块仅限于航空、军事及国防等大型领域.在民用方面,VXI模块远远不如台式仪器更为方便.(3)随着信息技术蓬勃发展,台式仪器在走了一段下坡路之后,又重新繁荣起来.不过现在新的台式仪器的形态,和几年前的己有很大的不同.这些新一代台式仪器具有多种特性,可以执行多种功能.而且外形尺寸与价格,都比过去的类似产品减少了一半.二十一世纪,随着集成电路技术的高速发展,出现了多种工作频率可过GHz的DDS芯片,同时也推动了信号发生器的发展.相信在接下来的一段时间里,信号发生器的发展仍将取得跨越式的发展!
1.3设计要求和任务
熟悉和掌握单片机的结构和工作原理,了解信号发生器的工作原理.掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法,并通过实际程
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