基于单片机的多功能信号发生器的设计
基于单片机的多功能信号发生器的设计
信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
本设计主要由主控制器模块、信号发生模块和液晶显示模块三大部分组成。采用STC89C52单片机为主控制器，由它来控制DDS芯片AD9835再通过TLC5615完成数字量输入到模拟量输出的转换，然后经运放调节电压幅度，产生1MHz～15MHz的正弦波和方波，最后由液晶屏显示。本论文其重点讨论了AD9835基本工作原理、DAC数模转换及其与89C52单片机控制系统的硬件结构和软件设计框图。
关键词：单片机；DDS芯片；液晶显示
随着集成芯片制造工艺的进一步发展，一些高性能的波形产生专用芯片逐渐被应用到该领域并获得成功。波形发生装置的电路设计得到进一步简化，而与此同时，所产生的波形的质量却得到了显著提高。例如应用比较广泛的DDS芯片AD9833系列，能制作出各种频带宽，质量高的波形信号，例如应用高性能的AD9833芯片，可以做出频率1GHZ以上，频率分辨率0.1HZ以下的优质波形。
科技不断发展，在各个领域对信号产生电路提出了越来越高的要求。以往那些只具有单一优势的波形发生装置的应用越来越受到限制。例如用模拟器件构成的波形发生器电路简单可靠、信号频率较高，但可调节性差；采用数字电路为核心的波形发生装置所产生的信号可调节性好，但电路复杂，而频率又不易做的很高。较为理想的波形发生装置应该同时具备多方面的优良品质，信号的频带应该较宽，而且步进精确。另外，微型化也是信号产生装置的发展趋势之一，这样，才能将信号发生装置方便的嵌入到各种仪
器设备中。随着芯片制造工艺的不断提高，性能更高、体积更小的专用信号处理芯片必将会越来越多地应用到信号产生电路中，使更高质量的信号的产生成为可能。
DDS技术的实现，一般有如下几种可选的方案。首先是使用专用的DDS芯片，例如应用比较广泛的DDS芯片AD9833系列。专用DDS芯片性能可靠，特别是在高频领域，有着无可替代的地位。但在中低频领域，专用DDS芯片却不一定是唯一的选择。其次是基于可编程逻辑器件FPGA的实现方法。这也是一种较为成熟的实现方法，FPGA 是把相应的逻辑“暂时”固化为硬件电路了，而且FPGA在编程使用时也十分灵活，因此，利用FPGA作为核心器件再辅以低通滤波等辅助电路就可以得到质量较高的波形信号。
单片机以其体积小，功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面所具有的独特优点，长期以来被广泛的应用在各个领域。作为一种优秀的控制装置，当只要求波形发生装置工作在频率较低的频段时，用单片机取代专用DDS芯片和FPGA，通样可以得到频率精确可调的高质量的波形信号。本系统将波形数据存放在单片机的存储器中，利用软件编程的方法模拟DDS原理，实现直接数字频率合成的功能。
1 系统设计与方案论证
1.1 信号发生器实现的功能
本系统设计信号发生器欲实现的功能如下：
（1）本系统需要设计显示器，用以显示当前信号发生器的波形类型，以及信号发生器输出波形的幅度及频率；
（2）本系统需要设计键盘电路，用以调节信号发生器输出波形的幅度值和频率值；
（3）本系统需要设计的信号发生器可以输出三种不同的波形，波形类型分别为矩形波、正弦波和三角波；
（4）本系统需设计的信号发生器可以实现输出频率在1Hz和100MHz之间。
1.2 系统方案设计
目前，波形发生器设计方案主要有以下几种：
1．方案一
用分立元件组成的函数发生器。分立器件是相对于集成芯片而言的。随着科学技术的不断发展，人们渐渐步入电子时代，分立器件也被也被广泛应用到消费电子、计算机及外设、网络通信，汽车电子、LED显示平等领域。它包括：半导体二极管、半导体三极管、电容、电阻、逻辑器件、传感器、敏感器件以及装好的压电晶体类似半导体器件等。
用分立器件组成的函数信号发生器通常机构简单、成本较低。但是由于元器件的分散性及环境条件的改变等因素，致使波形频率产生偏差，它通常是单函数发生器且平率不高，其工作不很稳定，不易调试。
2．方案二
制作函数信号发生器可用运放IC、晶体管等通用元器件。晶体管、运放IC等通用器件均可以制作函数信号发生器，用专业的发生器产生信号则是普遍选择。函数信号发生器IC在早些时候，如M8045、CA102、XR5547等，不仅精度不够高，功能也比较少，频率上限只有200kHz，若想产生更高的频率信号是难以实现的，再加上不够灵活的调节方式，频率，占空比无法单独调节。
由于用通用器件制作的信号发生器同样具有频率不高的缺点，因此，在本论文设计中，此种方案也不宜采用。
3．方案三
利用专用直接数字合成DDS芯片制作的函数信号发生器。DDS有如下优点：
（1）速度快，可达到μs数量级；
（2）频率分辨率较高，输出频点多，可达多个频点切换；
（3）能够输出正交信号；
（4）频率切换时能实现相位连续；
（5）可以产生任意的波形；
（6）输出噪声低，对参数频率源的噪声有改善作用；
（7）全数字化实现便于集成，体积小，重量轻。DDS芯片的时钟频率从几十兆赫兹到几百赫兹不等，芯片从一般功能到集成有D/A转换器和正交调制器。
DDS有上述诸多优点，而且利用直接数字合成DDS芯片实现的函数信号发生器能够产生任意波形并达到很高的频率，克服了方案一、方案二的多数缺点，故本设计采用方案三。
1.3 系统模块设计思路
根据毕业设计要求，以及方案的比较结果，拟采用DDS芯片实现设计内容。本设计采用模块化思想，即将不同功能器件分别做成不同模块。根据功能要求，共分为五大模块：输入模块、显示模块、造波模块、调幅模块和控制模块。其中输入模块为键盘，输出模块为LCD1602液晶显示器。
主控模块的选择
方案一：用单片STC89C52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。
方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。片内集成了控制系统和数据采集中常用
的模拟部件和其他数字外设及功能部件，还具有标准8052的数字外设部件，而且执行速度快，但其价格较贵。
在此系统中，采用STC89C52单片机作为控制比采用C8051F005单片机、FPGA实现更简便。基于综合性价比，确定选择方案一。
显示模块的选择
方案一：采用LED数码管。LED数码管由8个发光二极管组成，每只数码管轮流显示各自的字符。由于人眼具有视觉暂留特性，当每只数码管显示的时间间隔小于1/16s 时人眼感觉不到闪动，看到的是每只数码管常亮。使用数码管显示编程较易，但要显示内容多，而且数码管不能显示字母。
方案二：采用LCD液晶显示器1602。其功率小，效果明显，显示编程容易控制，可以显示字母。优点是显示信息非常丰富，可以很形象的显示信号发生器的各个参数。占用的I/O资源比较少，不需要循环扫描，节省了大量的程序开销。
以上两种方案综合考虑，本设计选择方案二。
功率放大模块的选择
方案一：采用多级放大电路。由两个晶体管构成共射——共集放大电路如图1.3所示，第一级起到电压放大作用，达到正弦信号峰-峰值输出，第二级为跟随器，主要为了能够带50欧的负载，使其负载上的正弦信号的输出电压的峰-峰值达到题目的要求。此电路只是在调试选定具体参数中比较麻烦，但工作比较稳定，比较易于实现。
图1.3 共射-共基放大电路的交流通路
方案二：采用可变增益放大器。增益放大器直接与AD9833相接，用来实现电压的放大并且控制波形的失真，精确度高，且较稳定，实现简单。系统可以采用AD603，这种芯片具有程控增益调整功能。是一个90MHz带宽增益可调、低噪的集成运放，如用
分贝表示增益，则控制电压与增益成线性关系，压摆率为275V/μs。可编程的增益范围由管脚间的连接方式决定，增益在-11～+30dB时的带宽为90Mhz，增益在+9～+41dB 时具有9MHz带宽，改变管脚间的连接电阻，可使增益处在所需范围内。
综上所述，本设计采用方案二。
1.4 开发工具和开发环境
本文件系统采用单片机C语言实现，编译器为Keil uVision2。
C语言具有可读性好的优势，更容易使大家相互借鉴，提高自己的程序设计水平。C语言具有模块化程序结构的特点，使程序模块化，不断丰富。采用C语言，可针对常用的功能模块、算法等编制相应的函数可针对单片机，常用的接口芯片编制通用的驱动函数。这些函数经过整理可形成库函数，供广大的单片机爱好者使用和完善。
目前，8051系列单片机上的C语言的代码长度，在未加入优化的条件下做到了最优汇编程序水平的1.2—1.5倍，达到了中等程序员的水平。在仿真器水平提高的前提下，优化水平还会继续提高。在软件质量和开发速度及结构严谨性等方面，C语言的优势绝非汇编语言所能比拟。
KEIL公司的C51编译器DOS版本曾通过美国Franklin公司在市场上畅销多年，最早传入我国并得到广泛使用的是Franklin C51 V3.2版本。随着时间的推移，KEIL公司的产品不断升级，V5.0以上版本C51编译器就配有基于Windows的uVision集成开发环境和dScope软件模拟调试程序。现KEIL公司的编译器有支持经典8051和8051派生产品的版本，统称为Cx51。新版本uVision2把uVision1用的模拟调试器dScope与集成开发环境无缝结合起来，界面更友好，使用更方便，支持的单片机品种更多。因此，Keil uVision2是单片机程序开发的理想环境。
1.5 系统设计总框图
本系统的设计总框图如图1.4所示。
图1.4 系统总体框图
本系统主要包括以下几个模块：主控制器及其接口电路模块，键盘及液晶显示模块，波形产生模块，幅值调节模块。其中，主控制器负责接收并处理来自键盘的命令输入，驱动液晶显示当前波形的频率值或幅值，向波形产生模块发送当前波形的频率值数据，向幅值调节模块发送当前波形的幅值数据，以此实现对整个系统的统一协调管理。
2 系统硬件电路设计
根据系统框图可知，本系统的硬件电路设计应包括单片机最小系统设计、信号发生模块设计、显示电路设计、D/A转换电路与功率放大模块设计和按键提示电路设计等。
2.1 单片机最小系统设计
单片机最小系统是指在保证控制器正常工作的前提下，所需的最小计硬件电路，它主要包括：晶振电路、复位电路、供电电路。
晶振电路在单片机系统中的作用非常大，它为单片机电路内部工作提供时钟频率。时钟频率越高，系统工作越快，它是单片机内部一切指令的时钟基础。在正常条件下，
普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十，可靠性很高，通常外部晶振电路与系统内部锁相环电路配合使用，用来提供系统所需的时钟频率。对于级联系统，如果不同子系统需要不同频率的时钟基准信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
复位电路主要功能是让系统恢复到初始状态，如果程序跑飞，系统无法运行，可以使用复位电路让其再次启动，恢复系统功能。
供电电路主要是为系统提供能量，保证系统能正常工作。
STC89C52RC单片机
本文选择的单片机型号为STC89C52系列，MCS-51单片机由美国INTEL公司推出，它比之前推出的MCS-48单片机功能更强，结构更先进，指令和电路单元都在原有的基础上增加了。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。STC89C52单片机与经典的MCS-51单片机具有相同的内核结构，在应用上可以当作传统的MCS-51单片机使用。
该系列单片机主要特性：
（1）与C51单片机指令系统相兼容
（2）8k的FLASH可反复擦写使用；
（3）256x8bit内部Ram；
（4）三十二个双向输入输出接口；
（5）3个16位可编程定时计数器；
（6）系统时钟范围0-24MHz；
（7）2个UART串行通道；
（8）8个中断源含两个外部中断；
（9）2个读写线；
（10）具有低功耗空闲模式和掉电模式，通过软件设置睡眠和唤醒功能；
（11）有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。单片机最小系统
单片机最小系统如图2.1所示。
（1）单片机晶振电路：单片机外围的晶振电路是通过单片机的第18（X2）、19（X1）引脚接入。X1脚为振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端，X2脚为振荡器反相放大器的输出端。
对于MSC-51一般的晶振频率可以在1.2MHz—12MHz之间选择，这时电容C可以对应的选择10pF—30pF。当使用89C52时晶振频率可以提高到24MHZ。对于本设计的电容C用30pF，晶振选用12MHz。晶振电路原理图如图2.1所示，一条引脚接在X1，另一条接在X2。
（2）KG：复位信号。当无源晶振工作时，RST脚将持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。为了防止程序执行过程中失步或运行紊乱，本系统采用了上电复位及手动复位电路。
图2.1 单片机最小系统
（3）EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。若只是用内部程序存储空间，该引脚悬空即可。
2.2 信号发生模块电路设计
AD9833是一款低功耗器件，采用MSOP封装，非常小巧，外围电路简单，仅需要1个外部参考时钟、一个低精度电阻器和一个解耦电容器，通过SPI接口和单片机相连，可编程波形发生器；能够产生正弦波、三角波、方波输出。
AD9833的引脚图如图2.2所示。
图2.2 AD9833的引脚图
各引脚功能如表2.1所示。
表2.1 AD9833的引脚功能
引脚号符号功能说明
1 COMP 为DAC偏移解耦的DAC偏移引脚
2 VDD 电源电压
3 CAP/2.5V 数字电路的电源端
4 DGND 数字地
5 MCLK 主频数字时钟的输入端
6 SDATA 串行数字输入
7 SCLK 串行时钟输入
8 FSYNC 控制输入，低电平有效
9 AGND 模拟地
10 VOUT 输入频率（）
AD9833可运作的主时钟频率高达25MHz。一般25Hz的振荡器包含在外部电路中，但是这振荡器也可以删除，如有需要可以连接到外部CMOS时钟上。图2.5为AD9833
图2.5 AD9833的外围电路
2.3 系统显示电路设计
本系统设计的显示电路用以显示信号发生器输出的波形类型，以及输出波形的频率和幅值。
LCD1602液晶显示屏
液晶显示器（LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面，各种液晶显示器简称液晶。不能显示汉字的液晶命名规则是以点阵的列数和行数来命名的。如本设计使用的LCD1602的意思是每行显示16个字符，共有2行。可以显示汉字的液晶称为图形液晶，图形液晶是以点阵的数目命名的，每个点都可以单独控制。例如12232代表该液晶有122行，32列的点阵。LCD1602内置含128个字符的ASCII字符集字库，显示控制用ASCII码即可。
接口信号说明
1602液晶接口的信号说明如表2.2所示。
表2.2 1602液晶接口的信号说明
编号符号引脚说明编号符号引脚说明
1 VSS 电源地9 D
2 数据口
2 VDD 电源正极10 D
3 数据口
3 VO 液晶显示的对比度调节11 D
4 数据口
4 RS 数据/命令选择（H/L）12 D
5 数据口
5 R/W 读/写选择(H/L) 13 D
6 数据口
6 E 使能信号14 D
7 数据口
7 D0 数据口15 BLA 背光电源的正极
8 D1 数据口16 BLK 背光电源的负极
系统显示电路
本系统设计的显示电路如图 2.7所示，1602液晶显示器的三个控制端口分别通过P2.5、P2.6、P2.7三个I/O口控制，8位数据端口与单片机的P0口相连。1602液晶显示器背光亮度通过如图所示的滑动变阻器RP1调节控制。
图2.7 系统显示电路原理图
2.4 D/A转换电路与功率放大模块设计
本设计采用串行10位数/模转换器TLC5615采集信号电压，为下一级的功率放大器AD603提供控制电压。
TLC5615芯片
TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。其带有上电复位功能，即把DAC 寄存器复位至全零。TLC5615性能价格比高，目前在国内市场很方便购买。
TLC5615的时序如图2.8所示。
图2.8 TLC5615的时序图
由TLC5615的时序图，当片选CS为低电平时，输入数据DIN由时钟SCLK同步输入或输出，而且在前为最高有效位，在后为低有效位。输入时串行输入数据DIN被SCLK的上升沿移入内部的16位移位寄存器，串行数据DOUT由SCLK的下降沿输出，数据被片选CS的上升沿传送至DAC寄存器。
当片选CS为高电平时，时钟同步不能把串行输入数据DIN送入移位寄存器；输出数据DOUT不进入高阻状态通过保持最近的数值不变。因此必须满足两个条件方可串行输出数据和输入数据：第一时钟SCLK的有效跳变；第二片选CS为低电平。当片选CS 为高电平时，输入时钟SCLK应当为低电平。
系统的D/A转换电路原理图如图2.9所示。
单片机通过P36口控制串行数模转换器TLC5615的3脚片选端，1脚串行数据输入
端与2脚串行时钟输入端分别通过单片机的P34和P35端口控制。串行数模转芯片7脚输出端接下一级的功率放大的控制端。
AD603芯片
AD603这种芯片正具有程控增益调整功能。由美国ADI公司生产，是一个90MHz 带宽增益可调、低噪的集成运放。AD603内部结构图如图2.10所示。由图可知芯片内部包括增益控制部分，精密无源输入衰减器，固定增益放大器，梯形电阻网络几大部分组成。AD603由一个可通过外部反馈电路设置固定增益GF（31.07~51.07）的放大器、40dB/V的线性增益控制电路和0~-42.14dB的宽带压控精密无源衰减器构成。
图2.10 AD603内部结构图
本系统利用AD603设计的功放电路硬件原理图如图2.10所示。
AD603芯片的一脚GPOS电压控制信号来自串行数模转换器TLC5616的输出端，2脚GNEG控制电压信号通过一个分压电路使其为固定值+2V，3脚VINP信号输入端与AD9833芯片的输出端相接。
图2.10 增益调节模块
2.5 声光提示电路设计
当有调频、调幅、复位或者光标移动按键按下时，为了达到提示使用者的目的，在电路硬件设计时，加入了按键声光提示电路。
按键声光提示硬件连接图如图2.12所示。
图2.12 按键声光提示硬件连接图
在此硬件电路设计中，选用PNP三极管8550作为开关，单片机通过P37端口控制三极管基极，当有调频、调幅、复位或者光标移动按键其中的一个按下时，P37口置为低电平，使得蜂鸣器和LED灯电路出去导通状态。
2.6 按键电路设计
按键电路如图2.13所示。
图2.13 按键电路图
由图可知，按键S1与单片机的P10口相连，按键S2与单片机的P11口相连，按键S3与单片机的P12口相连，按键S4与单片机的P13口相连，按键S5与单片机的P14口相连，按键S6与单片机的P15口相连。具体功能如表2.5所示。
表2.5 按键功能表
按键功能
S1 控制光标左移
S2 控制光标右移
S3 频率加
S4 频率减
S5 幅值加
S6 幅值减
3 系统软件设计
3.1 系统软件流程图
主控制器软件设计
主控制器负责接收并处理来自键盘的命令输入，驱动LCD液晶显示当前波形的频率值或幅值，向波形产生模块发送当前波形的频率值数据，向幅值调节模块发送当前波形的幅值数据。
主控制器对键盘的操作是通过不断地扫描来完成的，当有按键按下，并根据键值调用相应的功能函数。主控制器其他功能的实现，也是分别调用相应的功能函数。具体细节在后面每个模块的软件设计分析中详细介绍。
主程序设计
主控制器的主程序设计完成以下功能：监视键盘，驱动LCD液晶的显示，发送频率值数据到波形发生模块，发送幅值数据到幅值修改模块。
本系统的主流程图如图3.1所示。
在图3.1中，初始化模块完成对中断控制寄存器的设置，LCD1602液晶显器的初始化设置和AD9833模块初始化设置。系统使用了主控制器的定时器T0中断来控制光标的隐藏与显示。
图3.1 主控制器主程序流程图
LCD液晶显示驱动程序设计
显示模块采用1602液晶显示器，1602液晶显示器控制器内部带有80个字节的缓冲区，控制器设有数据地址指针，为实现显示的内容，我们可以通过数据地址指针来访问全部80个字节的RAM，我们把缓冲分成三个部分，分别用于显示波形类型，显示幅值和当前正在被显示波形的频率。
其程序流程图如图3.2所示。
图3.2 液晶显示模块主程序流程图
3.2 波形产生模块的软件设计
本模块设计实现的功能为：接收来自主控制器的频率值数据，模拟DDS原理输出波形。按照系统整体设计要求，本模块软件部分设计实现如下功能：
（1）接收来自主控制器的频率值数据；
（2）响应来自辅助键盘的波形选择输入；
（3）查表输出波形。
波形产生模块主程序设计
波形产生模块的主程序完成的操作包括对本模块的单片机进行初始化，接收来自主控制器的频率值数据，并利用接收到的频率值数据完成对波形频率的修改。
该主程序的流程图如图3.3所示。
在图3.3中，初始化模块完成对中断控制寄存器的设置。系统使用了主控制器的INT0中断来响应操作者的按键输入；使用了定时器T0控制相邻两次查表操作之间的时间间隔。
图3.3 波形产生模块主程序流程图
因此在初始化模块中，需要完成如下功能：
（1）开CPU中断；
（2）开INT0中断；
（3）设置触发方式为负边沿触发；
（4）开定时器T0中断；
本系统使用定时器T0控制相邻两次查表操作之间的时间间隔，因此，定时器的定时初值与输出波形的频率是一一对应的。能否精确地调节输出波形的频率，关键就在于能否精确地设定定时器的定时初值。
本系统设置定时器工作于方式1下。在本方式下，该计数器由高8位TH0和低8位TL0组成。定时器是按16位加1计数器工作的，计满为0时自动向CPU发出溢出中断请求，若要求它再次计数，则CPU必须在其中断服务程序中为它重装初值。
假设定时时间为tms，本系统设计输出波形的采样点数为32个，那么，输出波形的频率就可以表示为：f=1000/(32*t)。
因此，要通过频率值得到定时器的定时初值，需要经过若干乘、除运算。对于单片机来说，它内部的资源有限，在其内部做乘、除和取余运算会占用大量资源且不精确。因而程序换用另一种方法取得定时初值。
考虑到每个频率点对应一个定时初值，本系统共设计有160个频率点，故可以在程
脉冲信号发生器使用方法
脉冲信号发生器可以产生重复频率、脉冲宽度及幅度均为可调的脉冲信号，广泛应用于脉冲电路、数字电路的动态特性测试。脉冲信号发生器一般都以矩形波为标准信号输出。 脉冲信号发生器的种类繁多，性能各异，但内部基本电路应包括图1所示的几个部分。 主振级一般由无稳态电路组成，产生重复频率可调的周期性信号。隔离级由电流开关组成，它把主振级与下一级隔开，避免下一级对主振级的影响，提高频率的稳定度。脉宽形成级一般由单稳态触发器和相减电路组成，形成脉冲宽度可调的脉冲信号。放大整形级是利用几级电流开关电路对脉冲信号进行限幅放大，以改善波形和满足输出级的激励需要。输出级满足脉冲信号输出幅度的要求，使脉冲信号发生器具有一定带负载能力。通过衰减器使输出的脉冲信号幅度可调。 所示为xc-15型脉冲信号发生器的面板示意图，xc-15型脉冲信号发生器是高重复频率ns （纳秒）级脉冲信号发生器。其重复频率范围为1kHz～100MHz，脉冲宽度为5ns～300μs，幅度为150mV～5V，并输出正、负脉冲及正、负倒置脉冲，性能比较完善。 （1）XC－15型脉冲信号发生器的面板开关、旋钮的功能及使用 ①“频率”粗调开关和“频率细调”旋钮。调节“频率”粗调开关和“频率细调”旋钮，可实现1kHz～100MHz的连续调整。粗调分为十挡（1kHz、3kHz、10kHz、100kHz、300kHz、1MHz、3MHz、10MHz、30MHz和100MHz），用细调覆盖。“频率细调”旋钮顺时针旋转时频率增高，顺时针旋转到底，为“频率”粗调开关所指频率；逆时针旋转到底，为此“频率”粗调开关所指刻度低一挡。例如，“频率”粗调开关置于10kHz挡，“频率细调”旋钮顺时针旋转到底时输出频率为10kHz；逆时针旋转到底时输出频率为3kHz。 ②“延迟”粗调转换开关和“延迟细调”旋钮。调节此组开关和旋钮，可实现延迟时间5ns～300，tts的连续调整。延迟粗调分为十挡（5ns、10ns、30ns、l00ns、300ns、1μs、3μs、10μs、30μs和100μs），用细调覆盖。延迟时间加上大约30ns的固有延迟时间等于同步输出负方波的下降沿超前主脉冲前沿的时间。 “延迟细调”旋钮逆时针旋转到底为粗调挡所指的延迟时间。顺时针旋转延迟时间增加，顺时针旋转到底为此粗调挡位高一挡的延迟时间。例如，“延迟”粗调开关置于30ns挡，“延迟细调”旋钮顺时针旋转到底时输出延迟时间为100ns；逆时针旋转到底时输出延迟时间为30ns。 ③“脉宽”粗调开关和“脉宽细调”旋钮。通过调节此组开关和旋钮，可实现脉宽5ns～300μs 的连续调整。“脉宽”粗调分为十挡（5ns、10ns、30ns、100ns、300ns、1μs、3μs、10μs、30μs和100μs），用细调覆盖。“脉宽细调”旋钮逆时针旋转到底为粗调挡所指的脉宽时间。顺时针旋转脉宽增加，顺时针旋转到底为此粗调挡位高一挡的脉宽。例如，“脉宽”粗调开关置于10ns挡，“脉宽细调”旋钮顺时针旋转到底时输出脉宽为30ns；逆时针旋转到底时输出延迟时间为10ns。 ④“极性”选择开关。转换此开关可使仪器输出四种脉冲波形中的一种。 ⑤“偏移”旋钮。调节偏移旋钮可改变输出脉冲对地的参考电平。 ⑥“衰减”开关和“幅度”旋钮。调节此组开关和旋钮，可实现150mV～5V的输出脉冲幅度调整。 （2）使用注意事项在使用xc 15型脉冲信号发生器时应注意如下两点事项。 ①本仪器不能空载使用，必须接入50Ω负载，并尽量避免感性或容性负载，以免引起波形畸变。 ②开机后预热15min后，仪器方能正常工作。
(完整word版)基于单片机的信号发生器开题报告
内蒙古工业大学本科生毕业设计(论文)开题报告
注：表格根据所填内容可进行调整，可多页。 一、设计总体方案 利用AT89S52 单片机采用程序设计方法产生锯齿波，正弦波，矩形波，方波四种波形，再通过D/A 转换器DAC0832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，通过键盘来控四种波形的类型，频率变化，最终输出显示其各自的类型及数值
图4.1 硬件原理框图 二．硬件各单元电路方案设计与选择 1、单片机的选择 方案一：AT89S52芯片中只有一路模拟输出或几路模拟信号非同步输出，这种情况下CPU对DAC0832 执行一次写操作，则把一个数据直接写入DAC寄存器，DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。输出波形稳定，精度高，滤波好，抗干扰效果好，连接简单，性价比高。 方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准8052的数字外设部件，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，而且执行速度快。但其价格较贵 方案三：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。 以上两种方案综合考虑，选择方案一 2.键盘设计方案比较 方案一：矩阵式键盘。矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处。当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。 方案二：独立式键盘。独立式键盘具有硬件与软件相对简单的特点，其缺点是按键数量较多时，要占用大量口线。 以上两种方案综合考虑，选择方案二。 3、D/A转换部分
多功能信号发生器的设计与实现
题目多功能信号发生器的设计与实现学生姓名王振华学号 1213014069所在学院物理与电信工程学院 专业班级电子信息工程 指导教师梁芳 完成地点物理与电信工程学院实验室 2016 年 6 月 2 日
多功能信号发生器的设计与实现 王振华 （陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业,2012级3班，陕西汉中 723000） 指导教师：梁芳 [摘要]本文介绍的是利用STC12C5A60S2单片机和数模转换器件DAC0832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。文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，STC12C5A60S2的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。信号频率幅度也按要求可调。本设计核心任务是：以STC12C5A60S2为核心，结合D/A转换器和DAC0832等器件，用仿真软件设计硬件电路，用C语言编写驱动程序，以实现程序控制产生正弦波、三角波、方波、三种常用低频信号。可以通过键盘选择波形和输入任意频率值。 [关键词]单片机； LCD1602；信号发生器；DAC0832
Design and implementation of multi function signal generator Author:Zhenhua Wang (Grade 12,Class 03,Major in Electronics & Information engineering ,Physics & Telecommunications engineering Dept., Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi) Tutor: Fang Liang Abstract:This article describes the STC12C5A60S2 microcontroller and digital to analog converter DAC0832 to produce the desired signal of the low frequency signal source, the signal amplitude and frequency can be controlled as required. The article briefly describes the structure of principles and use of the DAC0832 digital-to-analog converter, the STC12C5A60S2 basic theory and design of circuits a variety of chips. The paper focuses on how to use microcontroller to control the D / A converter to produce the hardware and software programming of the above signals. The signal frequency range is also adjustable as required.The core of the design tasks are: STC12C5A60S2 as the D / A converter and DAC0832 devices, circuit simulation software, design hardware drivers written in C, in order to achieve process control to produce sine wave, triangle wave, square wave, three commonly used low-frequency signals. Waveforms and enter any frequency value can be selected via the keyboard. Key Words：on STC12C5A60S2 function waveform generator DAC0832 square wave, triangle wave, sine wave,sawtooth wave
简易信号发生器设计制作
简易信号发生器设计制作 一、训练目的 （1）掌握正弦波、三角波、矩形波和方波发生电路的工作原理； （2）学会正弦波、三角波、矩形波和方波发生电路的设计方法； （3）进一步熟悉电子线路的安装、调试、测试方法。 二、工作原理 正弦波、三角板、矩形波是电子电路中常用的测试信号，如测试放大器的增益、通频带等均要用到正弦信号作为测试信号。下面分别介绍产生这三种信号电路结构和工作原理。 1．正弦信号发生器 正弦信号的产生电路形式比较多，频率较低时常用文氏电桥振荡器，图7-1为实用文氏电桥振荡电路。图中R 1、R 2、R 3、RW 2构成负反馈支路，二极管D 1、D 2构成稳幅电路，C 2、R 11（或R 12或R 13）、C 1、R 21（或R 22或R 23）串并联电路构成正反馈支路，并兼作选频网络。调节电位器RW 2可以改变负反馈的深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。二极管D 1、D 2要求温度稳定性好，特性匹配以确保输出信号正负半周对称，R 4接入用以消除二极管的非线性影响，改善波形失真。如K1接电阻R 11、K2接R 21，并且R 11= R 21=R ，C 1= C 2=C ，则电路的振荡频率为： 1 2f RC π= （7-1） 起振的幅值条件： 1 1f v R A R =+ （7-2） 图7-1 正弦信号发生器 通过调整RW 2可以改变电路放大倍数，能使电路起振并且失真最小。该电路可通过开关K1、K2选择不同的电阻以得到不同频率的信号输出。 2．方波和矩形波发生器
方波发生电路如图7-2，其基本原理是在滞回比较器的基础上增加了由R 4和C 1构成的积分电路，输出电压通过该积分电路送人到比较器的反相输入端。其中R 3 、D Z1和D Z2构成双向限幅电路，这样就构成了方波发生器电路，其工作原理如下： 假设在接通电源瞬间，输出电压o v 为Z V +(稳压二极管D Z1、D Z2额定工作时的稳压值)，这时比较器同相端的输入电压为 2 12 Z R v V R R +≈ + （7-3） 同时输出电压o v 会通过电阻R 4给C 1充电，反相端的输入电压v -就会逐步升高，当反向输入端的电压v -略大于同相端输入电压v +时，比较器输出电压立即从Z V +翻转为Z V -，这时输出端电压o v 为Z V -，比较器同相端输入电压v +'为 2 12 Z R v V R R +'≈- + （7-4） 这时输出的电压o v 会通过R 4对C 1进行反向充电，当反相输入端的电压略低于v +'时，输出状态再翻转回来，如此反复形成方波信号。所产生方波信号的频率为 41 1 2f R C = 方波 （7-5） R 4 o 图7-2 方波发生电路
基于STM32的简易信号发生器
绍兴文理学院 数理信息学院 课程设计报告书题目基于STM32的简易信号发生器电子信息工程专业 1班 姓名 xxx 指导教师 xxx 时间 2014年 7月12日
课程设计任务书
基于STM32的简易波形发生器 摘要 函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如正弦波、方波、三角波、锯齿波等的电路。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。通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以上波形的波形发生器。本课题采用STM32[1]为控制芯片，采用DDS[2]的设计方法，可将采样点经D/A[3]转换后输出任意波形，可通过调节D/A转换的频率来调节输出波形的频率，也可通过改变取点的起始位置来调节波形的初始相位。 关键词信号发生器STM32 DDS
目录 课程设计任务书.............................................................................................................................. I 摘要……………………………………………………………………………………………….II 1 设计概述 (1) 2 设计方案 (2) 3 设计实现 (3) 3.1 设计框图及流程图 (3) 3.2 MCU控制模块 (5) 3.3 按键控制模块 (5) 3.4 信号输出模块 (6) 3.5 LCD显示模块 (8) 4 设计验证 (8) 5 总结 (11)
1设计概述 信号发生器作为一种历史悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使得信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或作脉冲调制器的脉冲信号发生器。 自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器。这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。 自从70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对D/A的程序控制，就可以得到各种简单的波形。 在80年代以后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部分不再使用机械驱动而采用数字电路，从一个频率基准有数字合成电路产生可变频率信号。 90年代末出现了集中真正高性能的函数信号发生器，HP公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它是由HP8770A任意波形数字化和HP1770A波形发生软件组成。 信号发生器技术发展至今，引导技术潮流的仍是国外的几大仪器公司，如日本横河、Agilent、Tektronix等。美国的FLUKE公司的FLUKE-25型函数发生器是现有的测试仪器中最具多样性功能的几种仪器之一，它和频率计数器组合在一起，在任何条件下都可以给出很高的波形质量，能给出低失真的正弦波和三角波，还能给出过冲很小的快沿方波，其最高频率可达到5MHz，最大输出幅度可达到10Vpp。 国内也有不少公司已经有了类似的仪器。如南京盛普仪器科技有限公司的SPF120DDS信号发生器，华高仪器生产的HG1600H型数字合成函数\任意波形信号发生器。国内信号发生器起步晚，但发展至今，已经渐渐跟上国际的脚步，能够利用高新技术开发出达到国际水平的高性能多功能信号发生器。 信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用，各种波形曲线均可用三角函数方程式来表达。函数信号发生器是各种测试和实验过程中不可缺少的工具，在通信、测量 雷达、控制教学等领域应用十分广泛。不论是在生产、科研还是在教学上，信号发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。而且，信号发生器的设计
函数信号发生器(毕业设计)
陕西国防学院电子工程系毕业论文 摘要 本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。 函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波。也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。随着电子技术的快速发展，新材料新器件层出不穷，开发新款式函数信号发生器，器件的可选择性大幅增加，例如ICL8038就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可选择的方案多种多样，技术上是可行的。 关键词： ICL8038，波形，原理图，常用接法 1
陕西国防学院电子工程系毕业论文 目录 摘要 (1) 目录 (2) 第一章项目任务 (3) 1.1 项目建 (3) 1.2 项目可行性研究 (3) 第二章方案选择 (4) 2.1 [方案一] (4) 2.2 [方案二] (4) 第三章基本原理 (5) 3.1函数发生器的组成 (6) 3.2 方波发生器 (6) 3.3 三角波发生器 (7) 3.4 正弦波发生器 (9) 第四章稳压电源 (10) 4.1 直流稳压电源设计思路 (10) 4.2 直流稳压电源原理 (11) 4.3设计方法简介 (12) 第五章振荡电路 (15) 5.1 RC振荡器的设计 (15) 第六章功率放大器 (17) 6.1 OTL 功率放大器 (17) 第七章系统工作原理与分析 (19) 7.1 ICL8038芯片简介 (19) 7.2 ICL8038的应用 (19) 7.3 ICL8038原理简介 (19) 7.4 电路分析 (20) 7.5工作原理 (20) 7.6 正弦函数信号的失真度调节 (23) 7.7 ICL8038的典型应用 (24) 致谢 (25) 心得体会 (26) 参考文献 (27) 附录1 (28) 附录2 (29) 附录3 (30) 2
基于51单片机的函数信号发生器的设计
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/c7461797.html, 基于51单片机的函数信号发生器的设计 作者：朱兆旭 来源：《数字技术与应用》2017年第02期 摘要：本文所设计的系统是采用AT89C51单片机和D/A转换器件DAC0832产生所需不 同信号的低频信号源，AT89C51 单片机作为主体，采用D/A转换电路、运放电路、按键和LCD液晶显示电路等，按下按键控制生成方波、三角波、正弦波，同时用LCD显示相应的波形，输出波形的周期可以用程序改变，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。 关键词：51单片机；模数转换器；信号发生器 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0011-01 1 前言 波形发生器，是一种作为测试用的信号源，是当下很多电子设计要用到的仪器。现如今是科学技术和设备高速智能化发展的科技信息社会，集成电路发展迅猛，集成电路能简单地生成各式各样的波形发生器，将其他信号波形发生器于用集成电路实现的信号波形发生器进行对比，波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，集成电路实现的信号波形发生器都胜过一筹，随着单片机应用技术的不断成长和完善，导致传统控制与检测技术更加快捷方便。 2 系统设计思路 文章基于单片机信号发生器设计，产生正弦波、方波、三角波，连接示波器，将生成的波形显示在示波器上。按照对作品的设计研究，编写程序，来实现各种波形的频率和幅值数值与要求相匹配，然后把该程序导入到程序存储器里面。 当程序运行时，一旦收到外界发出的指令，要求设备输出相应的波形时，设备会调用对应波形发生程序以及中断服务子程序，D/A转换器和运放器随之处理信号，然后设备的端口输出该信号。其中，KEY0为复位键，KEY1的作用是选择频率的步进值，KEY2的作用是增加频 率或增加频率的步进值，KEY3的作用是减小频率或减小频率的步进值，KEY4的作用是选择三种波形。103为可调电阻，用于幅值的调节。自锁开关起到电源开关的作用。启动电源，程序运行的时候，选择正弦波，红色LED灯亮起；选择方波，黄色LED灯亮起；选择三角波，绿色LED灯亮起。函数信号发生器频率最高可达到100Hz，最低可达到10Hz，步进值0.1- 10Hz，幅值最高可到3.5V。系统框图如图1所示。 3 软件设计
EDA课程设计——函数信号发生器
EDA课程设计——函数信号发生器 实验报告 学院（系） 专业、班级 学生姓名 学号 小组其他队员： 指导教师
（1）实验要求 （2）总体设计思路 （3）程序仿真 （4）实验结果 （5）心得体会 一．实验要求 （1）利用VHDL语言设计一个多功能信号发生器，可以产生正弦波，三角波，锯齿波和方波的数字信号。
（2）焊接一个D/A转换器，对输出的数字信号转换成模拟信号并在示波器上产生波形。 （3）在电路板上可以对波形进行选择输出。 （4）在电路板上可以对波形的频率与幅度进行调节。 二．总体设计思路 信号发生器主要由分频，波形数据的产生，四选一多路选择，调幅和D/A转换五个部分组成。 总体框架图如下： （1）分频 分频器是数字电路中最常用的电路之一，在FPGA的设计中也是使用效率非常高的基本设计。实现的分频电路一般有两种方法：一是使用FPGA芯片内部提供的锁相环电路，如ALTERA提供的PLL（Phase Locked Loop），Xilinx提供的DLL（Delay Locked Loop）；二是使用硬件描述语言，如
VHDL、Verilog HDL等。本次我们使用VHDL进行分频器设计，将奇数分频，和偶数分频结合起来，可以实现50%占空比任意正整数的分频。 分频器原理图： 在我们本次试验中的实现即为当按下按键时，频率自动减半。如当输入为100MHZ，输出为50MHZ。 （2）信号的产生。 根据查找资料，我们最终确定了在QUARTUS中波形数据产生的方法，即利用地址信号发生器和LPM_ROM模块。ROM 的地址信号发生器，有七位计数器担任。LPM_ROM底层是FPGA 中的M4K等模块。然后在VHDL顶层程序设计中将两部分调用从而实现信号的发生。ROM中存放不同的初始化MIF文件（存放不同波形的数据）从而产生不同的波形。 信号产生模块：
(完整版)数字信号发生器的电路设计_(毕业课程设计)
1 引言 信号发生器又称信号源或者振荡器，它是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器，在生产实践和科技领域有着广泛的应用。信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波、三角波、梯形波及其他任意波形，波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形），然后用其他仪表测量感兴趣的参数。信号发生器在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学领域内，在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。 信号发生器是一种悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。到70年代处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大地促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，数字信号发生器随之发展起来。
信号发生器作为电子领域不可缺少的测量工具，它必然将向更高性能，更高精确度，更高智能化方向发展，就象现在在数字化信号发生器的崛起一样。但作为一种仪器，我们必然要考虑其所用领域，也就是说要因地制宜，综合考虑性价比，用低成本制作的集成芯片信号发生器短期内还不会被完全取代，还会比较广泛的用于理论实验以及精确度要求不是太高的实验。因此完整的函数信号发生器的设计具有非常重要的实践意义和广阔的应用前景。 2 数字信号发生器的系统总述 2.1 系统简介 信号发生器广泛应用于电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。 本设计以AT89C52[1]单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器。信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波、三角波、梯形波及其他任意波形，波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。波形和频率的改变通过软件控制，幅度的改变通过硬件实现。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的设计原理。本系统主要包括CPU模块、显示模块、键盘输入模块、数模转换模块、波形输出模块。系统电路原理图见附录A，PCB （印制电路板）图见附录B。其中CPU模块负责控制信号的产生、变化及频率的改变；模数转换模块采用DAC0832实现不同波形的输出；显示模块采用1602液晶显示，实现波型和频率显示；键盘输入模块实
简易矩形波发生器报告
数字电路设计研讨 －－简易矩形波信号发生器 姓名：尹晨洋 学号：13211023 班级：通信1301 同组成员:程永涛 学号：13211007 指导老师：任希
目录 一、综述************************************************************ 1 二、电路元件结构及工作原理***************************** 1 1）、555计数器******************************************************** 1 2）、74ls160同步计数器************************************************ 2 3）、74ls175 4位寄存器************************************************* 4三、频率可调的矩形波发生器***************************** 4 1）、频率可调的矩形波发生器电路图仿真电路图******************************* 4 2）、频率可调的矩形波发生器工作原理分析*********************************** 4 3）、仿真结果分析******************************************************** 5四、可显示频率计数器***************************************** 6 1）、可显示频率计数器仿真电路图******************************************** 6 2）、工作原理分析********************************************************* 6 3）、仿真结果分析********************************************************** 7 4）、实验误差************************************************************** 9 五、总结与体会************************************************** 9 六、参考文献*******************************************************
信号发生器毕业设计
信号发生器的设计与制作 系别：机电系专业：应用电子技术届：07届姓名：张海峰 摘要 本系统以AD8951集成块为核心器件，AT89C51集成块为辅助控制器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。AD9851是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。 关键词AD9851，AT89C51,波形，原理图，常用接法
ABSTRACT 5 The system AD8951 integrated block as the core device, AT89C51 Manifold for auxiliary control devices, production of a function signal generator to produce low cost. Suitable for students to learn the use of electronic technology measurement. AD9851 is a AD produced a maximum clock of 125 MHz, using advanced CMOS technology, the direct frequency synthesizer, mainly by the programmable DDS systems, high-performance module converter (DAC) and high-speed comparator three parts, to achieve full Digital program-controlled frequency synthesizer. Key words AD9851, AT89C51, waveforms, schematics, Common Connection
基于51单片机的信号发生器设计报告
基于51单片机的信号发生器设计报告 二零一四年十二月十一日
摘要 根据题目要求以及结合实际情况，本文采用一种以AT89C51单片机为核心所构成的波形发生器，可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等多种波形，波形的频率可用程序改变，并可根据需要选择单极性输出或双极性输出，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。本设计经过测试，性能和各项指标基本满足题目要求。 关键词：信号发生器 DAC0832芯片 LM358运放 89C51芯片
目录 摘要...................................................................... 目录...................................................................... 第一章绪论................................................................. 1.1单片机概述........................................................... 1.2信号发生器的概述和分类.............................................. 1.3问题重述及要求....................................................... 第二章方案的设计与选择................................................... 2.1方案的比较........................................................... 2.2设计原理 ............................................................. 2.3设计思想 ............................................................. 2.4实际功能 ............................................................. 第三章硬件设计............................................................ 3.1硬件原理框图......................................................... 3.2主控电路 ............................................................. 3.3数、模转换电路....................................................... 3.4按键接口电路......................................................... 3.5时钟电路 ............................................................. 3.6显示电路 ............................................................. 第四章软件设计............................................................ 4.1程序流程图........................................................... 参考文献.................................................................... 附录1 电路原理图 .......................................................... 附录2 源程序............................................................... 附录3 器件清单......................................................
信号发生器课程设计报告
目录 一、课题名称 (2) 二、内容摘要 (2) 三、设计目的 (2) 四、设计内容及要求 (2) 五、系统方案设计 (3) 六、电路设计及原理分析 (4) 七、电路仿真结果 (7) 八、硬件设计及焊接测试 (8) 九、故障的原因分析及解决方案 (11) 十、课程设计总结及心得体会 (12)
一、课题名称：函数信号发生器的设计 二、内容摘要： 函数信号发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而此次课程设计旨在运用模拟电子技术知识来制作一个能同时输出正弦波、方波、三角波的信号发生器。 三、设计目的： 1、进一步掌握模拟电子技术知识的理论知识，培养工程设计能力和综合分析能力、解决问题的能力。 2、基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。 3、学会运用Multisim仿真软件对所做出来的理论设计进行仿真测试，并能进一步解决出现的基本问题，不断完善设计。 4、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉万用表等常用仪表，了解电路调试的基本方法，提高实际电路的分析操作能力。 5、在仿真结果的基础上，实现实际电路。 四、设计内容及要求： 1、要求完成原理设计并通过Multisim软件仿真部分 （1）RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。 （2）占空比可调的矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 （3）占空比可调的三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 （4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围
信号发生器设计---实验报告
信号发生器设计 一、设计任务 设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。 二、设计要求 基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U =6V，正弦波U p-p>1V。 p-p 扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时）用仪器测量上升时间，三角波r△<2%，正弦波r <5%。（计算参数） ～ 三、设计方案 信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。 图1 信号发生器组成框图 主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。 图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。
图2 方波和三角波产生电路 图3 比较器传输特性和波形 利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。（差模传输特性）其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注 应接近晶体意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V m 管的截止电压值。 图4 三角波→正弦波变换电路
图5 三角波→正弦波变换关系 在图4中，RP 1调节三角波的幅度，RP 2调整电路的对称性，并联电阻R E2用来减小差分放大器的线性区。C 1、C 2、C 3为隔直电容，C 4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。取Ic2上面的电流（看输出） 波形发生器的性能指标： ①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。 ②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n 个波段范围。(n>3) ③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p 。 ④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r ～和r △；表征方波特性的参数是上升时间t r 。 四、电路仿真与分析 实验仿真电路图如图
脉冲信号发生器设计
脉冲信号发生器 摘要：本实验是采用fpga方式基于Alter Cyclone2 EP2C5T144C8的简易脉冲信号发生器，可以实现输出一路周期1us到10ms，脉冲宽度：0.1us到周期-0.1us,时间分辨率为 0.1us的脉冲信号，并且还能输出一路正弦信号（与脉冲信号同时输出）。输出模式 可分为连续触发和单次手动可预置数（0~9）触发，具有周期、脉宽、触发数等显示功能。采用fpga计数实现的电路简化了电路结构并提高了射击精度，降低了电路功耗和资源成本。 关键词：FPGA；脉冲信号发生器；矩形脉冲；正弦信号； 1 方案设计与比较 脉冲信号产生方案： 方案一、采用专用DDS芯片的技术方案： 目前已有多种专用DDS集成芯片可用，采用专用芯片可大大简化系统硬件制作难度，部数字信号抖动小，输出信号指标高；但专用芯片控制方式比较固定，最大的缺点是进行脉宽控制，测量困难，无法进行外同步，不满足设计要求。 方案二、单片机法。 利用单片机实现矩形脉冲，可以较方案以更简化外围硬件，节约成本，并且也可以实现灵活控制、能产生任意波形的信号发生器。但是单片机的部时钟一般是小于25Mhz，速度上无法满足设计要求，通过单片机产生脉冲至少需要三条指令，所需时间大于所要求的精度要求，故不可取。 方案二：FPGA法。利用了可编程逻辑器件的灵活性且资源丰富的特点，通过Quartus 软件的设计编写，实现脉冲信号的产生及数控，并下载到试验箱中，这种方案电路简单、响应速度快、精度高、稳定性好故采用此种方案。 2 理论分析与计算 脉冲信号产生原理：输入量周期和脉宽，结合时钟频率，转换成两个计数器的容量，用来对周期和高电平的计时，输出即可产生脉冲信号。 脉冲信号的精度保证：时间分辨率0.1us，周期精度：+0.1%+0.05us，宽度精度：
简易信号发生器单片机课程设计报告
课程设计(论文)任务书 电气学院电力系统及其自动化专业12（1 ）班 一、课程设计(论文)题目：简易信号发生器设计 二、课程设计(论文)工作自 2015年1 月12 日起至2015 年 1月16 日止。 三、课程设计(论文) 地点:电气学院机房 10-303 四、课程设计(论文)内容要求： 1．课程设计的目的 （1）综合运用单片机原理及应用相关课程的理论知识和实际应用知识，进行单片机应用系统电路及程序设计，从而使这些知识得到进一步的巩固，加深和发展；（2）熟悉和掌握单片机控制系统的设计方法，汇编语言程序设计及proteus 软件的使用； （3）通过查阅图书资料、以及书写课程设计报告可提高综合应用设计能力，培养独立分析问题和解决问题的能力。 2．课程设计的内容及任务 （1）可产生频率可调的正弦波（64个点）、方波、锯齿波或三角波。 （2）显示出仿真波形。 （3）通过按键选择输出波形的种类。 （4）在此基础上使输出波形的幅值可控。
3.课程设计说明书编写要求 （1）设计说明书用A4纸统一规格，论述清晰，字迹端正，应用资料应说明出处。（2）说明书内容应包括（装订次序）：题目、目录、正文、设计总结、参考文献等。应阐述整个设计内容，要重点突出，图文并茂，文字通畅。 （3）报告内容应包括方案分析;方案对比;整体设计论述;硬件设计（电路接线，元器件说明，硬件资源分配）;软件设计（软件流程，编程思想，程序注释，） 调试结果;收获与体会;附录（设计代码放在附录部分，必须加上合理的注释）（4） 学生签名： 2015年1月16 日 课程设计(论文)评审意见 （1）总体方案的选择是否正确；正确（）、较正确（）、基本正确（）（2）程序仿真能满足基本要求；满足（）、较满足（）、基本满足（）（3）设计功能是否完善；完善（）、较完善（）、基本完善（）（4）元器件选择是否合理；合理（）、较合理（）、基本合理（）（5）动手实践能力；强（）、较强（）、一般（）（6）学习态度；好（）、良好（）、一般（）（7）基础知识掌握程度；好（）、良好（）、一般（）（8）回答问题是否正确；正确（）、较正确（）、基本正确（）、不正确（） （9）程序代码是否具有创新性；全部（）、部分（）、无（） （10）书写整洁、条理清楚、格式规范；规范（）、较规范（）、一般（）总评成绩优（）、良（）、中（）、及格（）、不及格（） 评阅人：