基于单片机正弦波信号发生器

目录

目录 (1)

一、设计要求 (2)

二、设计方案与论证 (2)

三、设计原理及电路图（设计原理及流程图） (3)

四、元器件清单 (6)

五、元器件识别与检测 (6)

六、硬件制作与调试（软件编程与调试 (10)

七、设计心得 (14)

八、参考文献 (15)

一、设计要求

本文介绍一种由直接数字频率合成芯片AD9835设计的正弦信号发生器，该芯片支持高达50MHZ的时钟频率，可以产生最高达25MHZ 的正弦波形。通过单片机控制完全可以满足设计所要求的正弦波信号的生成。本次设计的基于单片机的信号发生器设计就是一个单片机控制系统，对信号发生芯片进行的控制。通过单片机对信号发生芯片经行精密控制，实现对波形的频率和幅度的控制。这些控制可以通过键盘设定，这就要求对选择的信号发生芯片，选用的单片机有初步的了解，并对整个系统的结构有个合理的分配。

二、设计方案与论证

方案一：直接利用单单片机编程产生正弦波

优点：简化了产生正弦波的硬件和软件，电路结构简单。

缺点：编程复杂，波形失真较大，不能达到要求输出的高频信号。

方案二：利用单片机控制直接数字频率合成芯片DDS产生的正弦波，通过单片机，键盘LED数码显示管显示实现波形的数字控制。

优点：控制简单，波形效果好，频率带宽。

缺点：硬件电路复杂。

为了满足设计要求，取得较好的效果，显然方案二更为合理。

三、设计原理及电路图

3.1 DDS的基本原理

DDS的基本原理是:在高速存储器中放入正弦函数——相位数据表格，经过查表操作将读出的数据送到高速DAC产生正弦波。可编程DDS系统原理如图所示：

图1 DDS的基本原理图

图2 总体设计原理图

3.2 AD9835芯片主要技术指标如下：

频率范围： 0.1HZ-10MHZ

频率分辨率：0.1HZ

频率稳定度：1*10ˉ7

输出幅度：0-±10v可调

AD9835的相位累加器为32位，取其高十二位为读取余弦波形存储器的地址。每一次，时钟使相位累加器的输出也即余弦ROM寻址地址递增频率设定数据K,对应的波形相位变化为△P=2^n *K/232

因此，改变相位累加器设定值K，就可以改变相位值△P，从而改变合成信号频率f。计算公式：f=K*fmc/232。式中fmc=50MHZ，用高稳定度晶体振荡器获得。1

图3

3.3信号发生电路

图4

3.4 显示电路

显示电路选用LED数码管作为显示器件，且采用动态显示方式。

图5 LED显示电路

四、元器件清单

五、元器件识别与检测

路设计与实现过程中难免要对一些电子器件进行识别及检测。尤其是电阻、电容、电感及二极管和三极管在电子电路是非常常见的，所以对这些元器件进行细致的识别和检测具有重大意义！

1、电阻器

普通电阻一般用四色环来表示电阻器的阻值和误差，靠近电阻器端头的为第一条色环，其余依次为第二、第三、第四条色环。第一条色环表示第一位数，第二条色环表示第二条数。先熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆：棕=1 ，红=2，橙=3，黄=4，绿=5，蓝=6，紫=7，灰=8，白=9，黑=0。第三条色环表示倍乘，即表式有效数字后应加0的个数。棕=1 ，红=2，橙=3，黄=4，绿=5，蓝=6，紫

=7，灰=8，白=9，黑=0，金表示有效数字后乘以0.1，银表示有效数字后乘以0.01。第四条色环表示误差范围。金:5%、银：10%、无色：20%

精密电阻器一般用五条色环表示，器前三色环表示有效数字，第四色环表示倍乘，最后一色环表示误差，表示误差的色环除金、银、无色之外还有棕（1%）、红（2%）、绿（0.5）、蓝（0.25%)、紫（0.1%）。

对于电阻值的大小可以通过电压表的欧姆当进行测量。

由上便可分辨并检测我们常见的色环电阻。

2、电容器

在各种电子设备中，调谐、耦合、滤波、去耦、隔断直流电、旁路交流电等，都需要用到电容器。

电容容量的基本单位是“法拉”（ F ）,1法拉的 1/1000000 （百万分之一）是1微法（μ F ）,1微法的 1/1000000 是 1pF （ 1微微法,或1皮法）。它们之间的关系是百万（或称 10 的 6 次方）进位关系。我们常用的电容有：电介电容：多数在 1 μ F 以上,直接用数字表示。如： 4.7 μ F 、 100 μ F 、 220 μ F 等等。这种电容的两极有正负之分,长脚是正极。瓷片电容：多数在 1 μ F 以下,直接用数字表示。如： 10 、 22 、 0.047 、 0.1 等等,这里要注意的是单位。凡用整数表示的,单位默认 pF ;凡用小数表示的,单位默认μ F 。如以上例子中,分别是 10P 、22P 、 0.047 μ F 、 220 μ F 等。

电容的标志方法：（1）直标法：用字母和数字把型号、规格直接标在外壳上。（2）文字符号法：用数字、文字符号有规律的组合来表示容量。文字符号表示其电容量的单位：P、N、u、m、F等。和电阻的表示方法相同。标称允许偏差也和电阻的表示方法相同。小于10pF的电容，其允许偏差用字母代替：B——±0.1pF，C——±0.2pF，D ——±0.5pF，F——±1pF。（3）色标法：和电阻的表示方法相同，单位一般为pF。小型电解电容器的耐压也有用色标法的，位置靠近正极引出线的根部，所表示的意义如下表所示：

颜色黑棕红橙黄绿蓝紫灰

耐压 4V 6.3V 10V 16V 25V 32V 40V 50V 63V

在对电容器的测量中可以通过电压表的测电容当对其量值进行测量。

3、电感器