多功能智能函数发生器的设计毕业设计正文 精品Word文件下载.docx
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由上面的产品可以看出,函数波形发生器发展很快近几年来,国内外波形发生器技术发展的非常迅速!
1.3单片机在低频信号发生器中的应用
随之时代的进步,科技的不断进步,电子技术也日新月异,给人们带来了根本性的转变。
在现代社会电子领域内,单片机的应用正在不断的走向深入,这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。
单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比,在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用,并走入家庭,从工厂进入生活中,微波炉啊、空调、音响等等,处处可见其应用。
因此,单片机已成为日常生活必不可缺的一部分,带来了许许多多的好处,让民众的生活更加智能化、舒适化。
1.4研究内容
本文是基于单片机的多功能智能函数发生器的设计,采用C程序编程的方法来实现递增斜波、递减斜波、方波、三角波、正弦波、阶梯波的产生。
根据设计的要求,对各种波形的频率进行程序的编写,通过数码管显示波形种类和频率,并将所写程序装入单片机的程序存储器中,在程序运行中,当接收到来自外界的按键指令,需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序,经数/模转换电路和运算放大器电路处理后,从函数发生器的输出端口输出。
第二章系统设计
2.1系统方案比较
方案一:
采用单片函数发生器ICL8038,ICL8038可同时产生正弦波、方波等,而且方法简单易行,用运算放大器改变调制电压,也可以实现数控调整频率,但产生信号的种类有限,只有几种波形,也没有办法通过编程的方法改变频率,没法实现要求的功能。
方案二:
AT89C52芯片中的每一路模拟输出与DA0832芯片连接,构成多个DA0832同步输出电路,这样的做法好处是精度高,且电压的幅度高,但是,多个DA0832相连输出,不易检查错误,而且电路复杂。
方案三:
采用单片机编程的方法来实现,AT89C52芯片与一片DA0832相连,且DA芯片工作在直通模式,直接处理数据进行数模转换,而且在硬件电路不变的情况下,通过改变程序来实现频率的变换与显示。
此外,由于通过编程方法产生的是数字信号,所以信号的精度可以做的很高,可调性也高。
鉴于方案一的信号产生的种类不够和频率不好控制和方案二的电路复杂,频率覆盖系数不好弄等缺点,所以决定采用方案三的设计方法。
它不仅采用软硬件结合,软件控制硬件的方法来实现,使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证,而且它使用的几种元器件都是常用的元器件,容易得到,且价格便宜,使得硬件的开销达到最省。
2.2设计原理
复位
独立式按键
89C52单片机
LED显示波形种类
DA0832
波形选择
放大电路
基准电压电路(可选)
波形输出
图2.1系统设计框架图
由图2.1可知设计的基本原理,信号发生器由电源、单片机最小系统,D/A转换电路、基准电压电路、LED显示电路、按键、运放电路等组成。
89C52是整个波形发生器的核心部分,通过程序的编写和执行,产生各种各样的信号,并从键盘接收数据,进行各种功能的转换和信号频率的调节。
当数字信号经过接口电路到达转换电路,将其转换成模拟信号也就是所需要的输出波形,并通过按键控制波形。
2.3设计思想
(1)52单片机向直通模式下的DAC0832送对应的数字量就能得到相应的模拟信号,波形的选择通过P3口的按键中断实现。
(2)将一个周期的信号分离成256个点(按X轴等分),在单片机定时器模式3下用T0计时器,刚好可以送数256个,利用改变定时器的定时时间可以改变产生波形的频率。
(3)方波的模拟产生:
●数字量为0x00到第0x80时推入DAC0832输出为低电平
●数字量为时推入0x81到0xff时推入DAC0832输出为高电平
(4)三角波模拟信号由D/A转换器的模拟量输出:
向DAC0832送数据0—255后,再送数据255—0的连续数据就能够得上一个周期的完整三角波,由于取了两个256个值,所以频率是方波的两倍,
(5)正弦波的模拟信号由D/A转换器的模拟量输出的计算公式为:
mode5_temp=sin(N*3.14159/180)*127+128;
(N=0~360)
mode5_temp;
正弦的角度表值
由于52单片机ROM很小,计算的会比较吃力,考虑到这个原因本设计通过建立表格数据,进行查表查询正弦的数值,0到360度,所以正弦的频率和以上波形都不一样。
(6)同样,递增和递减是一个道理,相反的过程,递增斜波通过从0x00一直自加到0xff,溢出后再重复自加送给DA转换,递减则是从0xff自减到0x00依此重复这个过程形成递减斜波。
(7)阶梯波也是自加,通过对20进行模运算,每20个数取同一个值,再传给DA芯片进行转换,到了256再溢出重复,形成阶梯波。
(8)波形的放大输出:
由于DA0832芯片产生的是模拟电流信号,需要把电流转换为电压进行输出显示,这时候需要LM324进行电流电压变换,从而输出波形的目的。
2.4设计功能
以单片机AT89C52为核心器件组成一个多功能智能函数发生器。
1、系统能够产生递增斜波、递减斜波、方波、三角波、正弦波、及阶梯波。
2、系统可以通过选择开关选择相应的波形输出。
3、系统具有复位功能。
4、系统可用LED显示输出波形的种类和频率。
这里用按键来实现控制波形的功能,每按下一次按键,对应的输出波形也随之相应改变,要实现快捷变换,稳定,精度高的要求,其中LED数码管第一位显示的是波形的种类,用数字代表相应的波形,从1到6分别表示递增斜波、递减斜波、方波、三角波、正弦波、阶梯波。
后三位表示波形对应的频率,采用动态显示的方式,逐位选中显示,当间隔时间很短时,呈现出全亮的情况,肉眼看不出来停顿的情况下,就达到了动态显示的效果,这样的好处是电路简单,可以通过程序进行控制位选显示,DA输出端接LM324运放实现电流到电压的转换,并进行放大,便于观察波形和日常使用。
三、硬件电路设计
3.1硬件原理框图
硬件原理方框图如图3.1所示
基准电路
单
片
机
运放电路
D/A电路
时钟
按键
LED显示电路
图3.1硬件原理图
单片机是系统的核心部分,通过按键控制波形输出,通过DA转换电路和放大电路生成相应的波形,复位电路用于系统复位和重启。
3.2AT89C52单片机系统
①AT89C52芯片的引脚图如图3.2
图3.2AT89C52引脚图
②管脚说明:
低频信号发生器采用AT89C52单片机作为控制核心,工作电压为5v,其内部组成包括:
一个8位的微处理器CPU及片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接;
片内数据存储器RAM低128字节,存放读/写数据;
高128字节被特殊功能寄存器占用;
片内程序存储器4KBROM;
四个8位并行I/O(输入/输出)接口P0–P3,每个口可以用作作输入,也可以用作输出;
两个定时/计数器,每个定时/计数器都可以设置成计数方式,用以对外部事件进行计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制;
五个中断源的中断控制系统:
一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口。
●VCC:
供电电压。
●GND:
接地。
●RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
●ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
冈此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
●/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指划间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
●/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期问外部程序存储器(OOOOH-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
●XTALl:
反向振荡放人器的输入及内部时钟工作电路的输入。
●XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
●PO口:
PO口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写l时,被定义为高阻输入。
PO能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,PO口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,PO输出原码,此时PO外部必须被拉高。
●Pl口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,Pl口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
Pl口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,Pl口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,Pl口作为第八位地址接收。
●P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可以接收、输出4个TTL门电流,当P2口被写“l”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“l”时,它
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