信号发生器论文

目录

一设计任务与要求 (1)

二方案设计及论证 (1)

三单元电路设计与参数计算 (3)

3.1单片机最小系统 (3)

3.2数模转换电路 (4)

3.3运算放大器电路和低通滤波电路 (5)

3.4显示电路 (6)

3.5键盘显示模块的设计 (7)

3.6软件设计流程 (7)

3.7软件仿真 (8)

四安装与调试 (11)

4.1调试过程 (11)

4.2出现的问题与解决的方法 (11)

4.3调试结果 (12)

五性能分析与测试 (13)

5.1测试仪器 (13)

5.2测试数据 (13)

5.3性能总结 (14)

六结论与心得 (14)

参考文献 (15)

附录1仿真图 (15)

附录2源程序 (16)

一、 设计任务与要求

信号发生器又称信号源或振荡器，是现今各种电子电路实验设计中不可或缺的仪器设备之一。按信号波形可分为正弦信号、函数信号、脉冲信号和随机信号发生器四类；按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器、标准信号发生器和功率信号发生器；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫描式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。

本课程设计要求利用单片机构造低频信号发生器，可产生正弦波、方波和三角波三种波形，再通过/D A 转换器把数字信号转变成模拟信号，经运算放大器输出到示波器，与此同时，外接LCD 显示输出信号的类型和频率。 ● 基本要求

(1) 用单片机实现波形的输出；

(2) 用LCD 显示输出波形的类型和频率； (3) 输出波形中不能产生尖峰干扰； (4) 按键可切换波形；

(5) 输出频率范围：110Hz KHz ；

(6) 误差要求：正弦波频率误差1%<，方波上升沿和下降沿的时间均应小于2s μ，

频率误差0.1%<，三角波失真率3%≤； (7) 响应时间15s <。 ● 拓展功能

(1) 实现输出波形的幅值可调：输出电压范围012V 连续可调； (2) 实现输出波形频率可调：110Hz KHz 可调。

二、 方案设计及论证

设计一个由单片机控制的信号发生器。运用单片机系统控制产生方波、三角波、正弦波。信号发生器所产生的波形的频率、幅度均可调节。并可通过按键切换信号的波形。并用LCD 显示输出波形的类型和频率。 ● 总体方案

方案1:利用8951AT C 单片机和数模转换器件0832DAC 产生所需不同信号的低频信号源，其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。至于波形的产生，首先产

方案2：利用8952AT C 单片机采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，再通过/D A 转换器0832DAC 将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。本方案的系统原理框图如下：

图2系统原理框图（方案2）

经比较，方案2既可满足课程设计的要求，并且所用元器件经济简单，容易实现。 改变幅度方案：

方案1：可以将送给DA 的数字量乘以一个系数，这样就可以改变DA 输出电流的幅度，从而改变输出电压；但是这样做有很严重的问题，单片机在做乘法运算时需要很长的时间，这样的话输出波形的频率就会很低，达不到至少500Hz 的要求；

并且该方案的输出电压做不到连续可调，当DA的输入数字量比较小时，输出的波形失真就会比较严重。

方案2：将输出电压通过一个运算放大器放大，运放的反馈电阻为滑动变阻器。这样还有个优点是幅度连续可调。

经比较，方案2既可满足课程设计的要求，并且电路简单。

三、单元电路设计与参数计算

3.1单片机最小系统

STC C RC、振荡器和复位电路3部分组成，它是主控制器主要由单片机8952

单片机工作的必要组成部分，又称为单片机最小系统，如图3所示。它是系统的控制中枢，也是整个系统的核心部分。在系统中发挥3项作用：

(1)实现人机对话；

(2)控制波形的产生；

(3)处理键盘和显示电路的信号。

图3 单片机最小系统

● 时钟电路

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地作。

单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚1XTAL ，其输出端为引脚2XTAL 。而在芯片的外部，1XTAL 和2XTAL 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。电容器1C 和2C 的作用是稳定频率和快速起振，电容值的范围在530pF pF ，典型值为30pF 。晶振的频率通常选择两种6MHz 和12MHz 。只要在单片机的1XTAL 和2XTAL 引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。

由于频率较大时，三角波、正弦波、方波等波形中每一点延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间即可得到指定频率的波形，该电路用12MHz 晶振。 ● 复位电路

复位电路是使单片机的CPU 或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这一状态开始工作。通常单片机复位电路有两种：上电复位电路，按键复位电路。上电复位电路：上电复位是单片机上电时复位操作，保证单片机上电后立即进入规定的复位状态。它利用的是电容充电的原理来实现的；按键复位电路：它不仅具有上电复位电路的功能，同时它的操作比上电复位电路的操作要简单的多。如果要实现复位的话，只要按下RESET 键即可。它主要是利用电阻的分压来实现的。本系统选用了按键复位电路。 3.2数模转换电路

由于单片机产生的是数字信号，要想得到所需要的波形，就要把数字信号转换成模拟信号，所以该文选用价格低廉、接口简单、转换控制容易并具有8位分辨率的数模转换器0832DAC 。0832DAC 主要由8位输入寄存器、8位DAC 寄存器、8位/D A 转换器以及输入控制电路四部分组成。但实际上，0832DAC 输出的电量也不是真正能连续可调，而是以其绝对分辨率为单位增减，是准模拟量的输出。0832DAC 是电流型输出，在应用时外接运放使之成为电压型输出。

根据对0832DAC 的数据锁存器和DAC 寄存器的不同的控制方式，

0832DAC 有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。本设计选用直通方式。