单片机在多种波形发生器中的应用
用单片机实现多功能频率信号发生器

太原科技大学毕业设计(论文)设计题目:用单片机实现多功能频率信号发生器姓名学院(系)专业年级指导教师2010年月日摘要本设计在对直接数字频率合成的原理及其输出信号的性能进行分析的基础上,采用直接数字频率合成(DDS)的设计方法,对任意波形发生器进行电路设计,利用单片机实现对输出频率和相位的预置及显示的软件控制,通过通信接口下载任意波形数据实现波形数据更新,可产生高分辨率任意波形。
本文对硬件电路设计进行研究,完成了电源模块、单片机系统、DDS芯片等硬件电路设计。
论文最后给出了系统的测量结果,并对误差进行了一定分析。
关键词:波形发生器;单片机;DDS芯片;正弦波;双极性Design of multi-frequency Signal--generator Controlled bySingle-chip Micro-computerABSTRACTThe design software and hardware combination of the advantages of full use of the software, play to their strengths as much as possible to reduce hardware overhead. Quickly and easily generate a specific frequency and amplitude of the waveform data; in single-chip control, the use of the circuit generated address, read data, DDS, to obtain the required waveform signals. While the output waveform data stored in data memory, so you can ensure that the waveform data is not lost after power-down.太原科技大学毕业设计(论文)任务书............................................. 错误!未定义书签。
89C51单片机设计多功能低频函数信号发生器,能产生方波、正弦波、三角波等信号波形

波形发生器是一种常用的信号源,广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。
本次课程设计使用的AT89S51 单片机构成的发生器可产生锯齿波、三角波、正弦波等多种波形,波形的周期可以用程序改变,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、结构紧凑等优点。
在本设计的基础上,加上按钮控制和LED显示器,则可通过按钮设定所需要的波形频率,并在LED上显示频率、幅值电压,波形可用示波器显示。
二、系统设计波形发生器原理方框图如下所示。
波形的产生是通过AT89S51 执行某一波形发生程序,向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据,从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。
在AT89S51的P2口接5个按扭,通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率,另有3个P2口管脚接TEC6122芯片,以驱动数码管显示电压幅值和频率,每种波形对应一个按钮。
此方案的有点是电路原理比较简单,实现起来比较容易。
缺点是,采样频率由单片机内部产生故使整个系统的频率降低。
1、波形发生器技术指标1)波形:方波、正弦波、锯齿波;2)幅值电压:1V、2V、3V、4V、5V;3)频率:10HZ、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ;2、操作设计1)上电后,系统初始化,数码显示6个…-‟,等待输入设置命令。
2)按钮分别控制“幅值”、“频率”、“方波”、“正弦波”、“锯齿波”。
3)“幅值“键初始值是1V,随后再次按下依次增长1V,到达5V后在按就回到1V。
4)“频率“键初始值是10HZ,随后在按下依次为20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1000HZ循环。
三、硬件设计本系统由单片机、显示接口电路,波形转换(D/A)电路和电源等四部分构成。
电路图2附在后1、单片机电路功能:形成扫描码,键值识别、键处理、参数设置;形成显示段码;产生定时中断;形成波形的数字编码,并输出到D/A接口电路和显示驱动电路。
单片机在多种波形发生器中的应用

摘要:介绍了基于80C51单片机产生几种基本波形的方法。
采用微处理器兼容的14位数模转换器MAX7534,高速,稳定,具有良好的线性。
用户通过按键选择输出需要的波形,波形精度能够满足一般的使用条件。
关键词:波形发生器;单片机;MAX7534;方波;锯齿波;正弦波本文利用80C51单片机外接数模转换器和I/V转换电路,由用户通过按键选择输出实验中经常使用到的几种基本波形:方波、锯齿波、正弦波。
方波由80C51单片机内部自带的计数器/定时器产生,并由用户通过小键盘选择波形周期。
与微处理器兼容的14位数模转换器MAX7534将数字量转换为模拟量电流信号,通过I/V转换电路得到双极性的锯齿波和正弦波信号,波形保证了他的精度和平滑、稳定。
1 硬件电路设计80C51单片机时钟电路采用内部方式,外接陶瓷谐振器(频率为12 MHz),微调电容值为30 pF。
系统复位采用按键式外部复位方式,复位信号至少保持8 μs以上。
通过按键由用户选择要输出的波形,按键选择占用P1.1~P1.7口,采用独立式键盘结构。
利用80C51单片机内部自带的计数器/定时器在 P1.0口上产生连续方波,由用户通过按键选择输出方波周期。
系统结构框图如图1所示。
1.1 D/A转换电路本文采用美国MAXIM公司的微处理器兼容高性能单片14位数模转换器MAX7534。
MAX7534内部功能框如图2所示。
MAX7534的高质量、激光校准、薄膜电阻和带温度补偿的NMOS开关等确保了器件在整个工作温度范围内具有良好的线性和增益稳定性。
MAX7534接收8位总线的2个字节,内部包括1个LS输入寄存器和1个MS输入寄存器,分时接收低8位和高6位的14位待转换数字量、1个14位DAC寄存器、1个14位DAC数模转换器和逻辑控制电路。
数模转换器(DAC)电路包括由激光校准的11个薄膜R2R电阻阵、1个3位分段电阻阵和NMOS电流开关。
该D/A转换器具有保护CMOS寄存器的功能,无需使用外加肖特基二极管保护。
基于单片机的多波形信号发生器设计

基于单片机的多波形信号发生器设计
单片机多波形信号发生器是一种可以在微控制器芯片上合成不同波形的电路。
该电路可以生成正弦波、方波、三角波等多种波形,也可以通过设置不同的频率、幅值和相位来调节波形。
单片机多波形信号发生器被广泛应用于各种实验中,如音频信号处理、电子测量和信号仿真等领域。
以下是单片机多波形信号发生器设计的步骤:
1. 确定系统主要功能要求。
2. 选择合适的单片机芯片和外围电路。
3. 根据所选芯片的不同特点编写程序,并在仿真软件中进行测试。
4. 设计输出电路,包括输出放大电路和输出滤波电路。
5. 根据实际需要设计显示电路,用于控制波形参数和频率。
6. 进行系统调试和测试,对系统进行优化和改进。
7. 构建原型并进行实验验证,进一步检验系统性能是否能够满足所需的功能要求。
总结而言,单片机多波形信号发生器设计的关键是合理选择芯片和外围电路,并编写合适的程序用于控制波形参数。
同时,开发人员需要进行充分的调试,以确保系统运行稳定、波形输出准确、频率稳定。
单片机波形发生器

前言波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号,并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。
函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点,不仅可以模拟各种复杂信号,还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制,并能够与其它仪器进行通讯,组成自动测试系统,因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。
在 70 年代前,信号发生器主要有两类:正弦波和脉冲波,而函数发生器介于两类之间,能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形,产生其它波形时,需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。
这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术,而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点,并且要产生较为复杂的信号波形,则电路结构非常复杂。
同时,主要表现为两个突出问题,一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节,因此很难将频率调到某一固定值;二是脉冲的占空比不可调节。
在 70 年代后,微处理器的出现,可以利用处理器、A/D/和 D/A,硬件和软件使波形发生器的功能扩大,产生更加复杂的波形。
这时期的波形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波形。
90 年代末,出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为 HP770S的信号模拟装置系统,它由 HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。
HP8770A实际上也只能产生8 中波形,而且价格昂贵。
不久以后,Analogic公司推出了型号为 Data-2020的多波形合成器,Lecroy 公司生产的型号为9100 的任意波形发生器等。
到了二十一世纪,随着集成电路技术的高速发展,出现了多种工作频率可过GHz 的DDS 芯片,同时也推动了函数波形发生器的发展,2003 年,Agilent的产品 33220A能够产生17种波形,最高频率可达到 20M,2005 年的产品N6030A 能够产生高达 500MHz的频率,采样的频率可达 1.25GHz。
AT89C51单片机作为波形发生器

信号发生器在教学、试验、测控等各个领域都有着十分广泛的应用,而且随着现代电子通讯技术的发展, 常常需要高精度且频率可方便调节的信号发生器。
本设计直接采用AT89C51单片机作为波形发生器的重要元件,加上巧妙的软件设计和简易的外围电路,产生频率、幅度可调的正弦波、三角波、锯齿波以及方波等多种信号。
信号的频率、幅值、通过键盘直接输入,并由LED显示。
与现有各类型波形发生器比较而言,ATMEL 的A T89C51是一种高效微控制器,其产生的数字信号干扰小,输出稳定,可靠性高,特别是操作简单方便,成本低,非常适合于物理实验室教学与实验使用。
关键词:AT89C51单片机、波形发生器、LED显示;基于单片机的信号发生器设计收藏这个学期的最后一个月,我们正式进入课程设计实验。
本次我选择了基于单片机的信号发生器设计的这个课程设计,因为相对比较简单,就一个89C51和D/A0832就搞定。
余老师还是比较好的,像他们软件的要焊接,额,密密麻麻的一大堆线,看着就烦。
呵呵,好了,以下要谈谈这次设计的过程了。
首先,本次设计的要求是以单片机为基础,利用D/A转换器,编程能产生锯齿波、方波、正弦波、三角波四种波形,使波形可变且频率可调的信号发生器。
主要难度是波形进行变化和频率可调,好,先准备实验要求的设备,PC机一台(并安装Keil 模拟仿真器软件)实验箱一个、导线落干根,示波器一台。
本来我是想用伟福来进行仿真的,可惜没下载器,一切就绪,马上开始,下面是本次报告中的一部分。
一、设计思路利用Keil C51 系列仿真系统实现。
主要利用其中89C51,D/A0832,拨位开关、按键等模块。
1、波形选择:利用8051分别实时地对P1.0、P1.1两口进行扫描,如果发现两口对应相应的数值,即有四种状态:00,01,10,11,根据四种状态跳到对应的波形程序。
2、三种波形的实现:方波:由8051对P0口不断交替输出00H和0FFH,有D/A0832转换成模拟量实现;三角波:由8051对P0口输出00H,在每一个时钟到来时对输出值加一;当加至0FFH时,继而在时钟来临时减一,这样往复执行,最终输出近似连续的三角波;正弦波:将00H到0FFH按照正弦波波形的变化趋势分成255个间断的点,形成一个正选波取值表,用8051在每一个时钟到来时取表值通过P0口送至D/A0832转换输出。
基于单片机的波形发生器_毕业设计论文
基于单片机的波形发生器_毕业设计论文摘要:本文详细介绍了一种基于单片机的波形发生器的设计与实现。
波形发生器是一种广泛应用于电子测量、科研和教学等领域的仪器设备。
本设计采用了单片机作为控制芯片,利用其强大的计算和控制能力实现了多种波形的生成。
通过研究和分析不同波形的特点,采用相应的算法和模拟电路设计,实现了正弦波、方波和三角波的发生功能。
本文还介绍了硬件电路的设计和软件的编写,并对波形发生器的性能进行了测试和分析。
1.引言波形发生器是一种可以产生各种形状的周期信号的仪器设备,广泛应用于电子测量、科研和教学等领域。
随着数字技术和单片机技术的发展,基于单片机的波形发生器具有体积小、成本低、灵活性强等优点,逐渐代替了传统的模拟波形发生器。
2.系统设计2.1系统框架本系统采用了单片机作为控制芯片,配合DAC芯片和锁相环电路,构建了一个完整的波形发生器系统。
单片机负责控制波形的生成参数,通过DAC芯片将数字信号转化为模拟电压输出,锁相环电路则负责对时钟信号进行处理和同步。
2.2波形生成算法根据不同波形的特点,本设计实现了正弦波、方波和三角波的发生功能。
正弦波的生成采用了Taylor级数展开方法,方波的生成利用了比较器的电平调制,而三角波的生成则通过DAC芯片将数字递增或递减的信号转化为模拟电压输出。
3.硬件设计3.1单片机选型与外围电路设计本设计选用了XX单片机作为控制芯片,并根据其技术手册设计了相应的外围电路。
外围电路包括时钟电路、复位电路和供电电路等,保证了单片机的正常运行。
3.2DAC芯片选型与接口设计为了将数字信号转化为模拟电压输出,本设计选用了XXDAC芯片,并设计了合适的接口电路。
通过控制单片机的输出端口和DAC芯片的输入端口连接,实现了数字到模拟的转换。
3.3锁相环电路设计为了保证波形的准确性和稳定性,本设计添加了锁相环电路。
该电路利用比较器和VCO实现了对时钟信号的同步与输出。
4.软件设计4.1系统初始化系统初始化包括单片机寄存器的初始化和外围设备的初始化,为后续的波形生成做好准备。
基于单片机的DDS多波形发生器的设计
关键词 : 波形发生器 ; S; DD 频率合成 ; 控制字 中图分类号 : P 6 . T 38 1 文献标识码 : B 文章编号 :0 3 2 l 0 10 0 5 0 10 —74 ( 1 )8 0 6 5 2
De ino sg f DDS MutW a eo m n rt r a e nMCU l- v f r Ge eao s do i - B
2
其 高 L位作为 波形存储器 ROM 的地 址对 波形 ROM 进 行寻址 , 波形 ROM 寻 址输出的 D位幅度码 S n 经 D/ () A
3 系统 方案 及 硬 件设 计
3 1 系统 方案 .
转换器变成 阶梯状波形 st, 经过低通滤 波器(P ) ()再 L F 平
滑 后 即可 得到 合成 信 号 波形 输 出 。输 出 的合成 信 号 波 形形状 取决 于 ROM 中存放 的幅度码 , 相位控 制字 P和
微 、积分 电路 , 种触 发器 等 ) 其转 换为 其他 所需 波 各 将 形 。此种 方法 电路复杂 , 波形相 关参数 完全 由硬件 电路 完成 , 组成 任意波 形几乎 不可 能实现 。频率 合成 技术 若 开创 了由软件运 算合 成频率 的先河 , 它经历 了直接 频率
合 成 、锁 相 式频率 合 成 、直接 数 字频 率 合成 ( r c Di e t D gtlS n h s 简称 D S 三阶段 的发展 , 今 D 技 ii y t ei a s D) 如 DS
大输 出幅度 【。具体调 节方法 是 : 6 】 根据 公式
Rs = 3 . / o 日 9 9 I 四
调节 RsT 改变 I u 。为适应 工业仪表 的标准 信 E来 oT 号( 5~20 m : 常情 况 下 R T范 围是 8 ( 应 ) A 通 对 K Iu = mA)1 0 K( ot 5  ̄ 2 对应 2 mA) ] 0 。由于这种方法 无法 精
基于51系列单片机的多功能波形发生器及特定波形幅值调节
基于51系列单片机的多功能波形发生器及特定波形幅值调节概述:随着科技的不断进步,波形发生器在各种测量、调试和实验中发挥着重要的作用。
本文将介绍一种基于51系列单片机的多功能波形发生器,并且可以对特定波形的幅值进行调节。
设计原理:本波形发生器采用51系列单片机作为核心控制器,并通过DAC芯片将数字信号转换为模拟信号输出。
通过LCD显示模块显示当前所选的波形类型和幅值,并通过按键来切换和调节相应的参数。
主要功能:1.多波形输出:本波形发生器可以输出多种波形,如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。
用户可以通过按键选择所需的波形类型。
2.幅值调节:本波形发生器还可以根据用户的需求,对特定波形的幅值进行调节。
3.频率调节:用户可以通过按键来调节波形的频率,以满足不同的实验需求。
4.输出控制:用户可以通过按键选择启用或停用输出信号。
硬件设计:1.单片机控制电路:使用51系列单片机作为核心控制器,通过控制IO口的状态来实现波形选择和参数调节。
2.DAC芯片:将单片机输出的数字信号转换为模拟信号,实现波形的输出。
3.LCD显示模块:用于显示当前所选的波形类型和幅值。
4.按键模块:用于选择波形类型、调节幅值和频率等参数。
5.输出控制电路:通过控制开关,使得输出信号可以被启用或停用。
软件设计:1.系统初始化:包括设置IO口的状态、初始化LCD显示模块、初始化按键模块等。
2.波形选择:通过按键选择所需的波形类型,并将相应的参数传递给DAC芯片。
3.幅值调节:根据用户的需求,通过按键调节特定波形的幅值,并通过DAC芯片实现相应的调节。
4.频率调节:通过按键调节波形的频率,并通过定时器来实现相应的调节。
5.输出控制:根据用户选择的开关状态,控制输出信号的启用或停用。
总结:基于51系列单片机的多功能波形发生器及特定波形幅值调节是一种灵活、实用的设计方案。
它可以满足各种不同波形的输出需求,并且可以根据用户的需求对波形的幅值进行调节。
单片机在多种波形发生器中的应用图--电子技术文章-技术
单片机在多种波形发生器中的应用(图)http: 2005-10-6北极星电技术网钱宏摘要:介绍了基于80C51单片机产生几种基本波形的方法。
采用微处理器兼容的14位数模转换器MAX7534,高速,稳定,具有良好的线性。
用户通过按键选择输出需要的波形,波形精度能够满足一般的使用条件。
关键词:波形发生器;单片机;MAX7534;方波;锯齿波;正弦波本文利用80C51单片机外接数模转换器和I/V转换电路,由用户通过按键选择输出实验中经常使用到的几种基本波形:方波、锯齿波、正弦波。
方波由80C51单片机内部自带的计数器/定时器产生,并由用户通过小键盘选择波形周期。
与微处理器兼容的14位数模转换器MAX7534将数字量转换为模拟量电流信号,通过I/V转换电路得到双极性的锯齿波和正弦波信号,波形保证了他的精度和平滑、稳定。
1 硬件电路设计80C51单片机时钟电路采用内部方式,外接陶瓷谐振器(频率为12 MHz),微调电容值为30 pF。
系统复位采用按键式外部复位方式,复位信号至少保持8 μs以上。
通过按键由用户选择要输出的波形,按键选择占用P1.1~P1.7口,采用独立式键盘结构。
利用80C51单片机内部自带的计数器/定时器在P1.0口上产生连续方波,由用户通过按键选择输出方波周期。
系统结构框图如图1所示。
1.1 D/A转换电路本文采用美国MAXIM公司的微处理器兼容高性能单片14位数模转换器MAX7534。
MAX7534内部功能框如图2所示。
MAX7534的高质量、激光校准、薄膜电阻和带温度补偿的NMOS开关等确保了器件在整个工作温度范围内具有良好的线性和增益稳定性。
MAX7534接收8位总线的2个字节,内部包括1个LS输入寄存器和1个MS输入寄存器,分时接收低8位和高6位的14位待转换数字量、1个14位DAC寄存器、1个14位DAC数模转换器和逻辑控制电路。
数模转换器(DAC)电路包括由激光校准的11个薄膜R2R电阻阵、1个3位分段电阻阵和NMOS电流开关。
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单片机在多种波形发生器中的应用
基于80C51单片机产生几种基本波形的方法。
采用微处理器兼容的14位数模转换器MAX7534,高速,稳定,具有良好的线性。
用户通过按键选择输出需要的使用条件。
形发生器;单片机;MAX7534;方波;锯齿波;正弦波
C51单片机外接数模转换器和I/V转换电路,由用户通过按键选择输出实验中经常使用到的几种基本波形:方波、锯齿波、正弦波。
方波由 80C51单片机并由用户通过小键盘选择波形周期。
与微处理器兼容的14位数模转换器MAX7534将数字量转换为模拟量电流信号,通过I/V转换电路得到双极性的锯齿波精度和平滑、稳定。
设计
机时钟电路采用内部方式,外接陶瓷谐振器(频率为12 MHz),微调电容值为30 pF。
系统复位采用按键式外部复位方式,复位信号至少保持8 μs以上。
通形,按键选择占用P1.1~P1.7口,采用独立式键盘结构。
利用80C51单片机内部自带的计数器/定时器在 P1.0口上产生连续方波,由用户通过按键选择输出所示。
路
国MAXIM公司的微处理器兼容高性能单片14位数模转换器MAX7534。
MAX7534内部功能框如图2所示。
MAX7534的高质量、激光校准、薄膜电阻和带温度在整个工作温度范围内具有良好的线性和增益稳定性。
MAX7534接收8位总线的2个字节,内部包括1个LS输入寄存器和1个MS输入寄存器,分时接收低量、1个14位DAC寄存器、1个14位DAC数模转换器和逻辑控制电路。
数模转换器(DAC)电路包括由激光校准的11个薄膜R2R电阻阵、1个3位分段电转换器具有保护CMOS寄存器的功能,无需使用外加肖特基二极管保护。
51的具体连接见图3。
工作时,通过A1、A0引脚确定MAX的工作过程,其对应关系见下表,当出现表中的第3种情况时,14位待转换的数字量通过MAX7534换。
转换结束,模拟量以电流形式输出。
路
转换得到的模拟量电流信号要转换成电压信号,需外加I/V转换电路。
I/V转换电路与MAX7534的具体连接见图3。
4的双极性或四象限乘法工作电路图电路提供的是偏移二进制码,为解决高温时的低泄漏,对VSS进行负偏置;C1为补偿电容,用来消除由 DAC的输出电容和值根据采用运放的不同而不同;在接近DAC的VDD和GND管脚处放置1个1 μF的旁路电容,再与1个0.01 μF的陶瓷电容相并联,抑制高频噪声。
按图中给式为:
8192)/8192]×VIN
D=0时,VOUT=-5V;当D=8192时,VOUT=0V;当D=16384时,VOUT=4.96V。
转换关系见表2。
的基础上进行软件编程。
由用户通过按键选择需要输出何种波形。
出
C51单片机内部自带的定时器/计数器实现方波输出。
采用定时器/计数器T1,工作方式1,计数器位数是16位;门控位GATE置0,定时器的运行只受控制寄的控制;计数器初值的设定由以下公式计算得到:
c/12
位数;TC为定时时间;fosc为振荡频率。
通过小键盘,由用户键入需要输出方波的周期(周期只能为正数,如1 ms,2 ms,10 ms等,最大为65 ms),在P0口、正弦波输出
斜线用一个个小台阶来逼近,在一个周期内从最小值开始逐步递增,当达到最大值后又回到最小值,如此循环,当台阶间隔很小时,波形基本上近似于直线。
适不同周期的锯齿波。
由图3所示连接可知:选通MAX7534的LS寄存器地址为5FFFH;选通MS寄存器地址为: 3FFFH;选通DAC寄存器地址为:7FFFH;选通
齿波产生程序流程图如图4所示。
采用查表法,单片机的I/O输出均为+5 V的TTL电平,因此产生的正弦波幅值为+5 V。
将一个周期内的正弦波形等分为N份,那么第1点的角度为0°,对应的角度为360°/N,对应的正弦值为5sin (360°/N ) ……,如此计算下去,将这些模拟量正弦值都转换为双极性方式下的数字量,得到一张按照点号顺序排程图与锯齿波产生子程序流程大致一致,只是每次送到MAX7534转换的14位数字量是根据得到的表格所查得的。
C51单片机的多种波形发生器产生的3种波形完全能够满足实验中的使用要求。
采用的高性能数模转换芯片保证了输出波形的精度和稳定性。
通过软件实梯形波、三角波、反向锯齿波等,具有实际的使用价值。