简易低频信号发生器

简易低频信号发生器

简易低频信号发生器论文

摘要

本系统是基于 STC12C5A60S2单片机的数字式低频信号发生器。采用 STC12C5A60S2 单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（OPA2227）、电压幅度控制电路（PGA2311）、按键和Nokia5110液晶显示屏模块等。通过按键控制可产生方波、锯齿波、三角波、正弦波、梯形波等，并能通过键盘的改变输出波的波形、频率以及幅度，达到人机交互的目的，同时用液晶显示屏显示对应波形的名称、频率和幅度。其设计简单、性能优良，可用于多种需要低频信号源的场所，具有一定的实用性。

关键词：单片机，信号发生器，D/A 转换，STC12C5A60S2 DAC0832 PGA2311

Abstract

The system is based on single-chip digital STC12C5A60S2 low frequency Signalgenerator. Using STC12C5A60S2microcontroller as a control core, peripheralconversion circuit (DAC0832), op-amp circuits (OPA2227), the voltage amplitude control circuit (PGA2311), buttons and Nokia5110 LCD module. Button control can generate a square wave, sawtooth, triangle, sine wave, trapezoidal wave, and the wave through the keyboard to change the output waveform, frequency and amplitude, the purpose of human-computer interaction, while the LCD display with corresponding waveform the name, frequency and amplitude. The design is simple, good performance, can be used for a variety of needs to place low-frequency signal source, has a certain practicality.

Keywords: microcontroller, signal generator, D / A conversion, STC12C5A60S2、DAC0832、 PGA2311

目录

引言 (1)

1绪论 (2)

1.1 信号发生器现状 (2)

1.2单片机在低频信号发生器中的应用 (2)

2 总体方案设计 (3)

3 方案论证 (4)

3.1波形产生电路 (4)

3.2信号衰减电路 (4)

3.3可控放大电路 (4)

3.4滤波电路 (4)

3.4 控制以及显示模块 (5)

3.4 电源供电以及其它 (5)

4 硬件电路设计 (6)

4.1 信号产生及处理电路 (6)

4.1.1波形产生电路 (6)

4.1.2 信号衰减电路 (6)

4.1.3 程控放大电路 (7)

4.1.4滤波电路 (7)

4.1.5电源供电以及其它 (8)

4.2单片机控制部分 (9)

4.2.1 时钟电路 (9)

4.2.2 复位电路 (9)

4.2.3显示及按键控制电路 (10)

5、软件原理 (11)

5.1程序流程框图 (11)

5.1.1主程序流程设计 (11)

5.1.2外部中断程序流程设计 (12)

5.2信号发生器程序 (12)

6 测试方法及测试结果 (20)

6.1 测试使用仪器及型号 (20)

6.2 测试方法及测试数据 (20)

6.2.1 输出波形测试 (20)

6.2.2输出波形参数设置 (21)

3数据误差分析 (22)

7 总结分析及结论 (23)

8 谢辞 (24)

9 参考文献 (25)

10 附录 (26)

引言

当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步给人们带来了根本性的转变。现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比等特点，在办公、家电、高智能自动化系统等诸多领域应用极为广泛，从家庭中电冰箱、电视机到音响汽车，处处可见其应用。因此，单片机技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家工业发展水平的重要标准。信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于科学研究、生产实践和教学实验等领域。特别是在通信系统的科研实验中，常常需要用到多种不同频率和相位的信号，如正弦波、三角波、方波和锯齿波等，因此多功能信号发生器应用十分广泛。在数字化时代的今天，经典的由模拟电路组成的信号发生器已经渐渐远离了人们，取而代之的是电路简洁、功能多样、功耗低的数字电路。在以后的时间里，将会有越来越多的数字化的信号发生器运用在各种科学技术领域和工程实践中，给人们的日常生活带来更多的便利。

1、绪论

1.1 信号发生器现状

信号发生器又称函数发生器，指用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号的仪器。作为当前科研、教学、制造业中一种最常见的通用仪器，市场上常见的信号发生器波形种类有限，输出波形一般固定为正弦波、三角波、锯齿波和方波。传统的信号发生器作为一种实验用信号源设备，可以完全利用 555 振荡电路由硬件搭接而成，但该结构产生信号存在波形失真、操控难、频率范围小、结构复杂和体积大等缺陷。在生产实践和科技研究过程中，如工业、农业、通信、生物医学等领域常常要用到低频信号发生器。而由硬件电路构成的低频信号源因其所需的电阻和电容制作上较难，所以参数的精度难以保证；更因其存在体积大、损耗显著、漏电等弱点，在实际应用过程中，电路复杂程度会大大增加，性能往往难以令人满意。

1.2 单片机在低频信号发生器中的应用

单片机是将中央处理器、存储器、定时器/计数器、输入输出接口等主要计算机部件集成在一块芯片上，它是在大规模集成电路技术的基础上发展起来的。和通用微型机相比，单片机主要有以下几个方面的优势:

（1）使用方便、可靠性高。由于单片机内部功能强，系统扩展方便，因此系统的硬件设计非常简单。而且单片机采用三总线结构，减少了芯片之间的连线，抗干扰能力强，可靠性高。

（2）体积小、低功耗单片机把运算器等基本功能部件集成在一块芯片上，具有较高的集成度，因此单片机应用系统结构简单、功能全、体积小，适合在强磁场环境下工作；而且所用电源单一，功耗低。

（3）功能强大、扩展性强为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统都有极丰富的转移指令，可以直接对 I/O 口进行各种操作，运算速度快，实时控制功能强。并能方便地扩展外部的 ROM、RAM 及 I/O 接口，与许多通用的微机接口兼容，方便对应用系统的设计。

（4）性价比较高、易于产品化单片机具有价格便宜、体积小、插接件少、调试安装简单等特点，使单片机系统拥有很高的性能价格比。同时单片机开发工具都具有很强的软硬件调试体系，大大缩短了产品的开发周期，系统易于产品化，大量用于携带式产品和家用消费类产品。

低频信号源采用单片机程序来设计产生，不仅可以有效的改善电路结构复杂、频率覆盖系数难以达标、信号频率不够稳定等缺点，而且由于采用了软硬件结合的方式，在硬件电路连接不变的情况下，通过改变程序代码，就能实现频率的高低转换，频率稳定度高，抗干扰能力强。线路使用的都是常用元器件，构成简单，价格低廉。