一种简单实用的函数信号发生器的设计与.docx
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一种简单实用的函数信号发生器的设计与
中国科技论文在线
一种简单、实用的函数信号发生器的设计与
实现
薛冰,胡堃,樊贝,陈长龙作者简介:
薛冰,(1988-),男,硕士研究生,主要研究方向:
电机与电器
通信联系人:
胡堃,(1978-),男,讲师,主要研究方向:
电机与电器.E-mail:
632970678@
(中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008)
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摘要:
本设计采用AT89C51单片机和一片DAC0832数模转换芯片作为数字式函数信号发生器的核心器件。
该函数信号发生器是通过按键来控制所产生的波形,可以产生方波,锯齿波,三角波,正弦波四种波形,同时用LCD1602液晶屏显示对应的波形名称,频率范围在92~217Hz。
通过按键输入,可实现频率和幅值的调节,波形准确并且平滑。
本系统设计简单,性能优良,控制系统可靠,成本低廉,性价比高,具有一定的实用价值。
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关键词:
AT89C51;函数信号发生器;波形;实用价值中图分类号:
TM932
Asimpleandpracticaldesignandimplementationof
function
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XUEBing,HUKun,FANBei,CHENChanglong
(SchoolofInformationandElectricalEngneering,CUMT,JiangSuXuZhou221008
Abstract:
DesignedwithAT89C51microcontrollerandaDAC0832analog-to-digitalconversionchipswhicharethedigitalfunctionsignalgeneratorcoredevice.Thisfunctionsignalgeneratoriscontrolledbybuttontoproducesquarewave,sawtoothwave,trianglewaveandsinewave.Four20
namesofthewaveformscanbedisplayedwithLCD1602andfrequencyrangeisfrom92Hzto217Hz.Thefrequencyandamplitudecanberegulatedbykeystrokeandwaveformsareaccurateandsmooth.Thesystemissimpleindesign,excellentinperformance,reliableoncontrolsystem,lowincostandhighinperformance-costratiothathascertainpracticalvalue.Keywords:
AT89C51;functionsignalgenerator;waveforms;practicalvalue
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0引言
在我们的日常生活中,以及一些科学试验研究中,方波,正弦波,三角波等都是经常使用的波形,在试验中具有不可忽视的作用。
而函数信号发生器就是能够产生方波,正弦波,三角波等波形的仪器[1]。
信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备,可以完全由硬件电30
路搭接而成,如采用555振荡电路产生正弦波、三角波和方波便是可取的路径之一,不用依靠单片机。
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源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,35
损耗大更是其致命的弱点。
一旦功能需要增加,则电路复杂程度会大大增加[2]。
本文设计的这款函数信号发生器是基于AT89C51单片机设计的,它是一种能够产生方波,正弦波,三角波和梯形波的高精度且频率可调节的信号发生器。
在通信,试验研究,医疗器件,工业生产等领域,都需要各种各样的信号发生器,本设计将会给科研技术人员在科学研究,设备检测,电路试验等活动中带来很大便利。
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1系统总体设计
图1系统模块图Fig.1Systemmodulechart
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控制器--------AT89C51单片机D/A转换模块---DAC0832芯片显示模块------1602液晶显示屏运算放大器----LM324
本设计的主要控制核心是AT89C51单片机,由按键输入来控制和选择波形,以及频率50
的升高和降低,占空比的调节,由一个液晶显示屏来显示所产生的波形,单片机和A/D转换芯片的输入电源有一个5V的稳压电源提供,由单片机采用编程方法产生波形,通过D/A转换模块DAC0832芯片,再经过滤波放大之后输出所需的波形。
2硬件电路设计
2.1单片机最小系统55
VCC
图2单片机最小系统Fig.2SingleChipminimumsystem
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89C51是片内有ROM/EPROM的单片机,因此,这种芯片构成的最小系统简单,可靠[3]
。
用89C51单片机构成最小应用系统时,只要将单片机接上时钟电路和复位电路就可以了,如图2所示。
因集成度的限制,最小应用系统只能够作一些小型的控制单元。
它的应用特点
[4]
:
(1)有可供用户使用的大量I/O口线。
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(2)内部存储器容量有限。
(3)应用系统开发具有特殊性。
2.2波形输出电路设计
由单片机采用编程方法产生波形,通过按键来选择波形以及对频率和幅值的调节,输出
所需的波形,其电路图如图3所示。
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中国
科技论文在线
图3波形输出电路
Fig.3Waveformsoutputcircuit
2.3液晶显示电路设计
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通过液晶1602显示输出的波形,频率,其电路如图4所示。
图4液晶显示电路
Fig.4Liquidcrystaldisplaycircuit
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1602的八位数据端接单片机的P1口,其他三个使能端RS,RW,RE分别接单片机的P3.2—P3.4通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类和频率。
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2.4键盘输入电路设计
图5按键输入电路85
Fig.5Keyinputcircuit
按键1是波形切换按键,可以正弦波,方波,锯齿波,三角波,几个波形之间的切换。
按键2是频率改变按键,可以升高频率。
按键3也是频率改变按键,可以降低频率。
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按键4是幅值改变按键,可以升高幅值。
按键5也是幅值改变按键,可以降低幅值。
3软件设计
本设计选用的是单片机来作为函数信号发生器的核心控制芯片,选用单片机,是因为单
片机的技术发展比较成熟,开发过程可以利用的资源和工具都是相当的丰富,其中最大的优95
点是单片机的价格便宜,成本低[5]。
程序调试软件采用的是“伟福”,是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一,界面整洁,易于操作。
在调试程序中,软件仿真的功能也很强[6]。
3.1主程序流程图
本软件设计过程中主要采用的是按键来输入波形的选择如图6所示:
中国科技论文在线100图6主程序流程图Fig.6Themainprogramflowchart按键1是波形选择按键,然后通过查询判断按下次数来选择输出波形,按下1次输出正105弦波,按下2次输出三角波,按下3次输出方波,按下4次输出锯齿波。
按键2是频率升高按键,当查询到按键2按下时,就升高频率,当判断按键2没有被按下时,就继续查询下个按键,按键3是频率降低按键,当判断按键3是按下,则频率降低,按键4和按键5都是改变幅值的按键,当按下按键4时,幅值升高,按键5被按下时,幅值降低。
-6-
中国科技论文在线4做出的产品实物图110Fig.7图7函数信号发生器产品实物图functionsignalgeneratorProductfigure5波形验证115产生各种波形电压输出范围及频率如下:
正弦波:
VP-Pmin=2.8VVP-Pmax=3.4V锯齿波:
VP-Pmin=2.2VVP-Pmax=4.6V120三角波:
VP-Pmin=2.4VVP-Pmax=5.0V方波:
VP-Pmin=2.8VVP-Pmax=3.4V125的波形[7],所产生的波形确并且平滑。
正弦波图像:
T=9.2msT=4.6msT=6.2msT=10.8msf=108.69565Hzf=217.3913Hzf=161.28032Hzf=92.592593Hz通过按键控制可产生正弦波、锯齿波、三角波、方波,同时用LCD液晶显示指示对应范围为2.25V,频率范围为92.592593Hz217.3913Hz,波形准-7-
中国科技论文在线130正弦波图形(A图8正弦波Fig.8Sinewave正弦波液晶显示(B锯齿波图像:
135锯齿波图形(A图9锯齿波Fig.9Sawtoothwave锯齿波液晶显示(B140三角波图像:
三角波图形(A三角波液晶显示(B图10三角波Fig.10Trianglewave145方波图像:
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中国科技论文在线方波图形(A方波液晶显示(B图11方波Fig.11Squarewave1506结论本文设计的函数信号发生器属于多波形输出显示的函数信号发生器,与我们日常使用的155用模拟电路构成的信号发生器(体积大,可靠性查,精度低等缺点)相比,具有结构简单,价格低廉,性能优良,体积小,功耗低,稳定性好,频率幅度可控制,操作控制灵活等优点,在现代科技发展的今天,具有很强的实用价值和很广的市场应用前景。
[参考文献](References160[1][2][3][4][5][6]宋宗芳.智能函数信号发生器的设计[J].信息技术与信息化,2007(7:
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福建电脑,2010.张晓乡.89C51单片机实用教程[M].北京:
电子工业出版社,2010.陈强.函数信号发生器的制作[M].北京:
电子制作,2008.张元良,王建军.单片机开发技术实例教程[M].北京:
机械工业出版社,2011.165-9-
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