波形发生器报告Word下载.docx
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5.各功能模块实现原理与实现3
5.1控制模块3
5.2按键模块3
5.3液晶显示模块3
5.4DAC模块3
5.5软件设计4
6.测试结果与分析5
6.1三角波仿真结果5
6.2正弦波仿真结果5
6.3方波波仿真结果5
6.4锯齿波波仿真结果6
7.实训中遇到的问题与解决途径及方法7
8.总结与展望7
9.参考文献7
附录18
电路原理图8
附录二8
PCB板图8
附录39
实物调试结果图9
1.项目目的与意义及所承担工作
随着电子技术的不断发展,波形发生器已被广泛运用于各类电子设备、仪器仪表的测试、校准和故障检修等。
通过本项目的实训,结合软硬件的设计与调试,可以掌握单片机控制、DAC设计等方面内容,综合有效地提高解决实际问题的能力。
我在小组里面所承担的工作主要是电路板的设计及绘制,软件的仿真实验,还有硬件电路面包板的搭建及调试运行。
所应用到的软件是keil和proteus。
2.研究背景、现状及应用前景
2.1项目的研究背景
波形发生器是一种广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。
函数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,函数信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路。
过对函数波形发生器的原理以及构成分析,可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。
目前使用的信号发生器大部分是函数信号发生器,且特殊波形发生器的价格昂贵。
所以本设计使用的是DAC0832芯片构成的发生器,可产生三角波、方波、正弦波等多种特殊波形和任意波形,波形的频率可用程序控制改变。
在单片机上加外围器件距阵式键盘,通过键盘控制波形频率的增减以及波形的选择,并用了LCD显示频率大小。
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。
本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。
3.项目原理的简述
利用单片机产生正弦波、三角波、锯齿波、方波的波形,单片机通过D\A转换对单片机的控制,从而实现频率和占空比的步进调控,在频率范围内产生任意正弦波、三角波、锯齿波和方波。
用液晶模块LCD12864可实现实时显示波形的类型、频率、幅度和占空比等功能;
。
经多次测试,本设计整机具有波形清晰,频率、相位和幅度相对稳定,没有明显的失真,采用键盘输入,LCD显示,操作显示界面简单直观,实现按步进进行调整。
本设计的指标要求是:
(1)能产生三角波、方波和正弦波三种波形。
(2)要求输出波形频率在100Hz到20KHz之间,频率范围0.01Hz~10k可调,频率分辨率达10Hz;
(3)输出波形峰峰值0~5V可调,步进0.1V。
软件包括KEIL开发环境、AltiumDesigner用于PCB设计;
硬件包括必要的测量仪器、焊接与调试实验场地、制作PCB或用万能板搭接电路。
4.方案分析与总体设计
系统的原理框图如图1。
图1
本系统由单片机、按键控制、DAC数模转换和液晶显示等模块组成。
单片机在波形产生程序的控制下,生成波形样值编码,经过D/A转换芯片DAC0832,将生成的波形编码值,转换成模拟量输出。
单片机通过按键调节数字编码,不同的编码会产生不同的输出值,这些值作为PCF8591的参考电压,使输出波形信号时,其幅度是可调的。
图2为系统的硬件仿真图。
图2
5.各功能模块实现原理与实现
5.1控制模块
用单片AT89C52作为系统的主控核心。
单片机具有体积小,使用灵活的,易于人机对话和良好的数据处理,有较强的指令寻址和运算功能等优点。
且单片机功耗低,价格低廉的优点。
5.2按键模块
按键采用传统的独立式按键。
5.3液晶显示模块
采用RT-1602C来当显示模块。
表.1LCD的引脚说明
引脚编号
引脚符号
引脚说明
1
VSS
电源极
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
3
VEE
对比度调整
11
D4
4
RS
数据/命令
12
D5
5
RW
读/写
13
D6
6
E
使能信号
14
D7
7
D0
15
BLA
背光源正极
8
D1
16
BLB
背光源负极
5.4DAC模块
软件采用DAC0832模块。
主要参数有:
分辨率为8位;
电流稳定时间1us;
可单缓冲、双缓冲或直接数字输入;
只需在满量程下调整其线性度;
单一电源供电(+5V~+15V);
低功耗,20mW
DAC0832的结构为:
D0~D7:
8位数据输入线,TTL电平,有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错);
ILE:
数据锁存允许控制信号输入线,高电平有效;
CS:
片选信号输入线(选通数据锁存器),低电平有效;
WR1:
数据锁存器写选通输入线,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效。
由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1,当LE1为高电平时,数据锁存器状态随输入数据线变换,LE1的负跳变时将输入数据锁存;
XFER:
数据传输控制信号输入线,低电平有效,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效;
WR2:
DAC寄存器选通输入线,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效。
由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2,当LE2为高电平时,DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化,LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。
IOUT1:
电流输出端1,其值随DAC寄存器的内容线性变化;
IOUT2:
电流输出端2,其值与IOUT1值之和为一常数;
Rfb:
反馈信号输入线,改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度;
Vcc:
电源输入端,Vcc的范围为+5V~+15V;
VREF:
基准电压输入线,VREF的范围为-10V~+10V;
AGND:
模拟信号地。
5.5软件设计
软件设计流程如图3
图3软件设计流程图
6.测试结果与分析
本次的设计主要应用了protues和keilc软件进行系统设计和仿真,经过仿真后,结果较好,示波器可以正确的输出方波、正弦波、三角波、锯齿波,并且频率可调。
三角波和正弦波的仿真结果如下,其他波形省略。
6.1三角波仿真结果
6.2正弦波仿真结果
6.3方波波仿真结果
6.4锯齿波波仿真结果
7.实训中遇到的问题与解决途径及方法
周期通过定时器控制,比如你要产生1KHz的正弦波,要先存储一个周期的波形(如32个点,数据类型根据你的DAC位数确定),那么每隔1/(32*1000)s就要向DAC发一次数据,得到一个电压。
依次产生下一个电压。
直到32个点轮完,再重复。
这时你在DAC的输出端得到一个阶梯状的正弦波,用个二阶低通就可以得到光滑的正弦波。
简单说,你的工作就是做个DDS。
至于信号的幅度,由DAC的最大输出电压和你的那32个点中的最大值决定。
8.总结与展望
本次的设计中利用AT89C51和DAC0832以及放大器完成电路的设计,用开关
来控制各种波形的发生及转换,用单片机输出后,经过模数转换器生成波形,最终可以通过示波器观察。
在这次的软件设计中,程序设计采用的是汇编语言。
汇编语言具有速度快,可以直接对硬件进行操作的优点,它可以极好的发挥硬件的功能。
但是汇编语言
也存在编写的代码非常难懂,不好维护,很容易产生bug,难于调试的缺点。
因此,在大型程序的设计中,多采用C语言进行程序编译。
C语言简洁高效,是最贴近硬件的高级编程语言,经过多年的发展,现在已成熟为专业水平的高级语言。
而且,现在单片机产品推出时纷纷配套了C语言编译器,应用广泛。
不过就本次课程设计来说,汇编语言还是适用的。
9.参考文献
[1]何立民.单片机实验与实践教程[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2001.8
[2]赵亮.单片机C语言应用程序设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社.2003.9
[3]李军.51系列单片机高级实例开发指南[M].北京:
北京航空航天大学出版社.2004.9
[4]王建校.51系列单片机及C51程序设计[M].北京:
科学出版社,2002.
[5]史久贵.基于AltiumDesigner的原理图与PCB设计[M].北京:
机械工业出版社,2010.6
附录1
电路原理图
附录二
PCB板图
附录3
实物调试结果图
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