信号发生器设计报告陈庆奇陈玲单美丽Word文档格式.docx
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在单片机的输出端口接DAC0832进行D/A转换,再通过运放进行波形调整,最后输出波形接在示波器上显示。
由于单片机有着特殊结构,具有优异的性能价格比,尽可能地把应用所需的存储器,各种功能的I/O接口集成在一块芯片内,因而其性能很高。
同时它把各种功能部件集成在一块芯片上,因而集成度高、体积小、可靠性高。
它还有控制功能强、低电压、低功耗等特点。
因此本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。
关键词:
信号发生器;
单片机;
波形调整
Abstract:
Signalgeneratorisacommonsource.Itwidelyusedinthefieldsofelectroniccircuits,automaticcontrolsystemandteachingexperiment.Currentlyusedsignalgeneratorismostlyfunctionsignalgenerator,andspecialwaveformgeneratorofexpensive.SothisdesignusedC8051F020composedofgenerator,whichcanproducetriangular,square,sinewaveofarbitrarywaveformandspecialwaveform.Thefrequencywaveformscanchangecontrolprocedures.AddingperipheraldevicesinSCMmatrixkeyboard,throughthekeyboardcontrolorfrequencywaveformsandwaveformchoice,andwithLCDdisplaytothesizeofthefrequency.IntheoutputportafterDAC0832chiponD/Atransformation,thenthroughtheop-amparewaveformadjustment,finallytheoutputwaveformdisplayintheoscilloscope.Duetothespecialstructureandthechipwithexcellentperformancetoprice,aspossibleastheapplicationofthefunctionofmemoryI/Ointerfaceintegrationinachip,anditsperformanceisveryhigh.Atthesametimeittookvariousfunctionalunitintegratedonasinglechip,andintegrationofhigh,smallsize,highreliability.Italsohassomecharacteristicsofthestronglycontrolfunction,lowvoltageandlowpowerconsumption.Thereforthisdesignhassomecharacteristicsofthesimplycircuit,compactstructure,lowpriceandsuperiorperformance.
Keywords:
Signalgenerator,SCM,Waveformadjustment
目录
目录2
1系统设计3
1.1设计要求3
1.1.1主要的技术指标3
1.1.2实现功能3
1.2电路设计框图3
2硬件电路设计4
2.1基本原理4
2.1硬件设计电路图5
3软件设计5
3.1流程图设计——实现功能16
3.1.1频/幅增减主程序流程图6
3.1.2初始化程序流程图6
3.1.3波形选择流程图7
3.1.4频率转换流程图7
3.2流程图设计——实现功能28
3.2.1键盘输入频率主程序流程图8
4系统测试8
4.1测试仪器与设备8
4.2信号发生器性能测试8
5结束语11
参考文献12
附录12
附录1电路实物图12
程序附录1:
13
1系统设计
1.1设计要求
设计一个信号发生器,使它能够产生正弦波、方波、三角波,利用按键进行调频,控制LCD的波形数据和频率的功能。
1.1.1主要的技术指标
(1)信号输出为正弦波、三角波、方波、波形无明显失真
(2)输出频率范围:
1Hz—7KHz
(3)输出频率稳定度:
优于10-3
(4)输出电压峰—峰值:
3.04±
0.04V
(5)可实现从键盘输入一频率值从而调整输出信号频率
(6)失真度,用示波器观察时无明显失真
1.1.2实现功能
(1)按键个数规定:
不多于2个显示要求:
频率要在数码管上同步显示。
实现功能1:
、实现频率的加调整,步进值为1Hz。
、实现频率的减调整,步进值为1Hz。
(2)使用键盘输入频率值和电压幅度值。
键盘按键分布为:
键盘值为0~9,D为确认键和频率转换按键,A,B,C为波形转换按键,一共14个按键。
显示要求:
按键输入频率数据要在LCD上同步显示。
实现功能2:
输出信号频率调整:
从键盘上输入一频率值,如120Hz,按下确认键,测量输出端信号频率为120Hz。
1.2电路设计框图
模块介绍:
(1)波形设定:
对任意波形的手动设定
(2)D/A转换:
使用C8051F020单片机内部的DAC转换功能
(3)单片机部分:
最小系统
(4)键盘:
用按键来控制输出波形的种类和数值的输入
(5)显示部分:
采用LCD显示波形的频率
2硬件电路设计
2.1基本原理
信号发生器系统主要由CPU、D/A转换电路、电流/电压转换电路、按键和显示电路、电源等电路组成。
工作原理:
利用按键控制波形转换,当按下一个按键就会分别出现方波、锯齿波、三角波、正弦波;
利用按键进行调频,调幅,控制LCD的波形数据和频率,用示波器观察输出波形。
2.1硬件设计电路图
3软件设计
应用系统中的应用软件是根据系统功能要求而设计的,能可靠地实现系统的各种功能。
本系统的软件设计包括以下几个程序流程模块:
(1)主程序流程图;
(2)初始化程序流程图;
(3)波形选择(正弦波、三角波、方波发生程序)流程图;
(4)频率转换流程图;
(5)键盘扫描及显示程序流程图;
3.1流程图设计——实现功能1
3.1.1频/幅增减主程序流程图
3.1.2初始化程序流程图
3.1.3波形选择流程图
3.1.4频率转换流程图
3.2流程图设计——实现功能2
3.2.1键盘输入频率主程序流程图
4系统测试
4.1测试仪器与设备
数字万用表1个、100MHz双通道示波器1台、直流稳压电源1台、计算机1台、仿真器1台、单片机系统1个。
4.2信号发生器性能测试
4.2.1技术指标测试
测试步骤:
将做好的信号发生器输出接示波器,利用直流稳压电源供电,连接仿真器,启动51单片机程序。
经程序测试,基本上达到了技术指标,说明该系统的性能较好。
4.2.2对实现功能1、2的测试及结果分析
一、测试步骤:
将做好的信号发生器输出接示波器,利用直流稳压电源供电,连接仿真器,启动51单片机程序(详见程序附录1)通过键盘上键值的控制实现波形的转换,频率的转换以及增减。
(1)运行程序,通过按键值A、B、C来实现方波、三角波、正弦波的转换;
1.、按下A键值,产生方波,用示波器观察如下图:
2.、按下B键值,产生三角波,用示波器观察如下图:
3.、按下C键值,产生正弦波,用示波器观察如下图:
(2)运行程序,先过按键值D来实现频率的转换,再通过按键值为*和#分别来对频率进行增加和减少。
1、对频率实现步进为1Hz递增/递减,在数码管上显示,并在示波器上同步显示波形
二、结果分析:
对频率实现步进为1Hz递增/递减,将LCD上的频率显示和示波器上读出的频率值进行比较,LCD上分别显示100Hz、101Hz和99Hz对应示波器上读出的频率分别是100.0Hz和101.0Hz和99.7Hz,误差分别是0Hz、0Hz和0.7Hz,经过误差分析和比较,发现误差很小,LCD和示波器上显示的频率基本一致。
4.2.3对实现功能2测试及结果分析
一、测试步骤:
将做好的信号发生器输出接示波器,利用直流稳压电源供电,连接仿真器,启动51单片机程序(详见程序附录1。
(1)运行程序,通过键盘上0~9键值的输入,经确认键后(按键值为D)LCD上显示频率;
(2)运行程序,通过按键值A、B、C来实现波形的转换;
(3)运行程序,先过按键值D来实现频率的转换,再通过按键值为*和#分别来对频率进行增加和减少。
通过键盘上0~9键值的输入,经确认键后(按键值为D)LCD上显示频率;
从键盘输入450Hz,D键确认后,LCD的5~7位上显示频率值为450Hz,,经D键确认后,频率与示波器上显示的频率值相吻合。
5结束语
通过此次实验对于软件和硬件方面的调试能力有所提高。
在软件编程方面,对于单片机中的一些芯片的接口的定义和调用接口的数据。
根据单片机编程需要对硬件的一些指标有所了解。
这次练习我们温故了大一时学的C语言,在程序里用到了很多if,for,switch等语句。
在软件的编程调试时我们用到了软仿和硬仿,一开始用软仿,很快就完成了,但是一旦使用硬仿就出现了问题,所以我们了解了软仿的不足,之后我们的调试一直是使用硬仿。
解决了这个问题后我们遇到了一个令人匪夷所思的问题,就是如果我们使用12分频,理论的频率与实际频率相符合,但一旦不使用12分频理论的频率与实际频率就不相符合。
经过老师和我们的相互努力终于发现了问题所在即定时器溢出时间>
DAC0输出稳定时间+中断函数执行时间,针对这个问题我们对程序大范围的改变终于有所提高。
在调试时我们发现了频率不是很精确,所以我们对程序做了突破性的改变,就是三个程序我们都运用查表,并且把三个表放在了一个二维表里。
在调试时我们发现了频率的可调范围有局限性,不能调到很小,最小就是几十,所以在老师的建议下,我们采用了DDS。
DDS原理就是同一个数据多次输出,从而扩大周期,最终到达减小频率的的目的。
在硬件方面,对于直流稳压电源示波器的操作能力也有所提高。
对于示波器的调试,我们以前是很欠缺的,这次通过老师的指导和团队的合作,对于示波器的调试有了一定的了解,收获甚大。
这短短几天实验中发现目前所做的效率显然高于之前的每一个实验,原因很多,一是因为没有其他旁事,这样会更专注。
二是学习氛围,学习氛围很浓厚,每天都是12小时都在编程。
更多的是得到了太多的帮助,学长一次次解决了我们看似无解的麻烦,并教会我们一些无从得知的基础知识,让我们在单片机这条路上走得更长。
短短几天学会了很多,但是最重要的还是学会自主学习,问题学会自己解决,这样才能永无止尽地学下去。
参考文献
1.黄志伟主编,全国大学生电子设计竞赛训练教程北京:
电子工业出版社,2004年
2.赵佩华,眭碧霞主编,单片机原理及接口技术北京:
机械工业出版社,2008年
3.张友德主编,单片机微型机原理应用于实验上海:
复旦大学出版社,2000年
附录
附录1电路实物图
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- 关 键 词:
- 信号发生器 设计 报告 陈庆奇陈玲单 美丽