函数信号发生器电路设计

题目：函数信号发生器班级：学号：姓名：指导：时间：景德镇陶瓷学院电工电子技术课程设计任务书目录1、总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42、单元电路1——稳压电源电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53、单元电路2——AT89S52最小系统. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64、单元电路3——1602液晶显示电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85、单元电路4——矩阵键盘输入电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96、单元电路5——AD9850函数信号发生电路. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107、总体电路原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118、总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129、元件清单；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1310、参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1411、设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.总体方案与原理说明: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。

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。

图1：函数发生电路方框图如图1所示，本实验课程是选用AT8952单片机作为实验课程的主控芯片，通过键盘输入所需信号的频率数值，一方面该数值经芯片AT8952单片机的IO口送到液晶上显示，另一方面该数值经芯片AT8952单片机处理后，形成控制字，输送给AD9850芯片，经AD9850芯片接受，识别，处理，产生我们需要的频率的正弦波，方波。

AT8952单片机与AD9850的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式。

为了充分发挥芯片的高速性能和节约单片机资源，本设计选择并行方式将AT89S52的P0口直接接至DDS的并行输入控制端(D0～D7)。

AD9850外接50 MHz的有源晶振，产生的正弦信号经低通滤波器(LPF)去掉高频谐波后即可得到波形良好的模拟信号。

这样，将D／A转换器的输出信号经低通滤波后，接到AD9850内部的高速比较器上，即可直接输出一个抖动很小的方波。

另外，也可通过键盘编辑任意波形的输出信号。

二、单元电路1——稳压电源电路图2：稳压电压电源电路图2中TF 为电源变压器，它的作用是将交流电网电压U 1变成整流电路要求的交流电压wt U U sin 222⨯=。

四只整流二极管接成电桥的形式，在任意时刻都只有其中两只是导通的，其余两只截止，故能将输出信号变成脉动的直流电压.由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，从而起到滤波作用。

经过滤波的电压输入到稳压管7805后，输出即可得到稳定的5V 直流电压。

给单片机和AD9850供电。

滤波电容C 1一般选取几百微法，这里取470uF 。

当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C 3（数值为0.33μF ），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。

输出端电容C 4(0.1μF)用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。

三、单元电路2——AT8952单片机最小系统图3：AT8952单片机最小系统图3是AT89S52单片机的最小系统，包括系统外部时钟电路（由JZ提空12MHZ 的晶振频率给S52单片机工作）；按键复位电路（当按键按下时，RST拉高单片机复位，平常情况下为低电平）；单片机在线下载接口电路（ASP将编好的程序下载到单片机里面的接口）。

通过给单片机输入外部时钟，使单片机按照其步调工作。

时钟就像单片机的心脏，所以必不可少的。

还有就是按键复位电路，当把按键按下时，RST拉高单片机复位，也就是重新开始执行写入的程序。

AT89S52单片机下载接口是单片机擦写程序和输入程序的接口。

这样就为AT89S52来控制外围电路提供了可能，和数据的输入，采集等等。

我们这个实验就是通过它来控制液晶的显示和AD9850的控制使它产生我们需要的信号。

四、单元电路3——1602液晶显示电路图4：1602液晶显示电路1602采用标准的16脚接口，其中：（模块背面有标注）第1脚：VSS为地电源，第2脚：VDD接5V正电源，第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度（建议接地，弄不好有的模块会不显示）第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。

第15～16脚：空脚（有的用来接背光）1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了不同的点阵字符图形，这些字符有，阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，其中数字与字母同ASCII码兼容。

1602液晶和AT89S52相连，AT89S52给液晶输入一些控制字和数据，来实现1602液晶的控制和显示数据。

本实验主要是显示我们所需要得到的函数信号频率。

五、单元电路3——矩阵键盘输入电路图5：矩阵键盘电路键盘是若干个按键的集合，是单片机的常用输入设备，操作人员可以通过键盘输入数据或命令，实现人机通信。

在一个单片机应用系统中，键盘是系统中必不可少的输入设备，是人机对话的窗口。

一个安全可靠的控制系统通常具有方便的交互功能，操作人员可以通过外设键盘灵活地输入各种参数以调节系统的运行，掌握系统的工作状态。

所以我们可以这样认为：键盘是单片机系统中实现人机对话的纽带和桥梁。

一般来说，键盘有两种接口方式：独立式和行列式。

独立式是指将每个按键一一对应地接到单片机的输入口线上，每一个键的状态通过读入键值的高低电平来区分。

正常状况下，与键盘所连接的单片机的I/O端口被设置为高电平，即“1”状态，当有键按下时，与之相连的单片机的I/O端口将被拉成低电平，即“0”状态。

这种方式电路设计比较直观，软件结构简单，一般用在按键数目不多的场合。

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图5所示。

在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。

这样，一个端口（如P3口）就可以构成2*3=6个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一个，而且线数越多，区别越明显，比如再多加3条线就可以构成16个键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（8键）。

由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

本实验是通过键盘给单片机输入数值，这样为我的的调节提供了方便。

然后通过液晶的显示模块显示。

所以这是个输入模块。

六、单元电路 4——AD9850函数信号产生电路图6：AD9850函数信号发生电路直接数字频率合成器(Derect Digital Synthesizer)是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。

一个直接数字频率合成器通常由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器(LPF) 组成。

DDS的组成结构如图6所示。

其中， K为频率控制字(也叫相位增量)， P为相位控制字， W 为波形控制字， fc为参考时钟频率， N为相位累加器的字长， D为ROM数据位及D/A转换器的字长。

相位累加器在时钟fc的控制下以步长K累加，输出的N位二进制码与相位控制字P、波形控制字W相加后作为波形ROM，ND位幅度码S (n) 经D/A转换变成阶梯波S (t) 后，再经过低通滤波器平滑，就可以得到合成的信号波形。

由于合成的信号波形取决于波形ROM中存放的幅度码，因此，用DDS可以合成任意波形。

DDS的输出频率为：fout=kfc/2N其中fc为时钟频率。

当K=1时， DDS输出的最低频率(即频率分辨率) 为fc/2N，而DDS的最大输出频率由Nyquist采样定理决定，当K取最大值(2N-1) 时，其最大输出频率为fc/2，因此，只要N足够大， DDS就可得到很细的频率间隔。

而要改变DDS 的输出频率，只要改变频率控制字K即可。

AD9850的输出频率表达式为：fout=kfc/232式中， k为32位的进制值，可写成：k=A31231+A30230+…+A121+A020其中A31， A30，…， A1， A0对应于32位码值(0或1)。

改变频率控制字K即可改变输出频率fout。

该电路是这个课程设计的核心电路，该电路可获得1HZ~1MHZ的频率可调信号，可的输出方波，正弦波，很好的完成了我们的课程设计。

七、总体电路原理相关说明首先该电路通过L7805芯片进行稳压，输出稳定的5V电压，为AT89S52单片机驱动外围的1620液晶显示电路和给AD9850输入控制字。

所以一个好的稳压效果对于本课程设计来说是事关重要的。

其次该课程设计的AT89S52单片机控制电路，是整个系统的核心处理器，任务比较繁重，它既要把键盘输入的信息通过处理后转化成数字，在1602液晶上显示，又要把键盘的信息通过处理后转化成控制字，输入到AD9850中，对其进行控制。