1、1 利用Matlab设计任意波形虚拟信号发生器。2 在PC机显示不同信号波形的同时，利用串行口控制单片机系统的LED显示相应波形参数（如幅度、频率、相位和能量等）。3 扩展：也可产生其他信号，或驱动其他外设并显示及参数。要求要求至少输出五种以上参数可调的信号（如：方波，三角波，正弦波、高斯白噪声等），并实现相应信号的频谱分析，对比不同信号的时域波形和频谱特性。（其中可调参数包括幅值、相位、频率、采样频率等）。设计相应的软件分析界面。工作量软件编程与硬件调试相结合，绘制设计流程图，编制相应软件界面，实现单片机控制与信号处理任务的综合应用考资料1）微型计算机控制系统 赖寿宏，机械工业出版社（教材）
2、2）单片机及应用李大友，高等教育出版社（教材）3）信号处理原理及应用 谢平 等 机械工业出版社（教材）4）Matlab程序设计及其在信号处理中的应用聂祥飞等 西南交通大学出版社5）自选其他有关资料周次第一周第二周应完成内容熟悉伟福单片机编程环境，调试单片机各基本功能模块；熟悉matlab信号处理工具箱，信号处理系统基本功能模块学习和调试单片机系统与信号处理系统综合进行硬件调试，撰写课程设计报告指导教师签字基层教学单位主任签字说明：1、此表一式四份，系、指导教师、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 电气工程学院 教务科 目录（信号处理要求）第一章 摘要
3、3第二章 总体设计方案4第三章 单片机模块基本原理5 3.1 led显示模块6 3.2 蜂鸣器模块6 3.3 数码管显示模块7 3.4 16*16点阵显示模块8 3.5 串行通信模块9 第四章 硬件整体设计与调试 10第五章 心得及总结11参考文献12 附录12第1章 摘要 随着大规模集成电路技术的发展，中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、（I/O）接口、定时器/计数器和串行通信接口，以及其他一些计算机外围电路等均可集成在一块芯片上构成单片微型计算机，简称为单片机。单片机具有体积小、成本低，性能稳定、使用寿命长等特点。其最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备
4、中，这是其他计算机和网络都无法做到的 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。能够产生多种波形，如方波、锯齿波、三角波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学领域内，函数信号发生器在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。信号发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也不尽一致。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为：正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：
5、脉冲信号发生器，函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。 第二章 总体设计方案 首先我们进行的是单片机部分的设计,课设的前两天,熟悉了单片机个模块的设计例程,而后我们挑选了合适的例程为我们的所需要的信号发生器模块所用。在这之中，我们用到了273输出模块，led显示模块，数码管显示模块，蜂鸣器模
6、块，16*16点阵显示模块，串行通信模块。在精心的学习之后,我们成功地完成了单片机部分的初步制作。 此后，我们开始了第三天的数字信号软件方面的制作，在guide设计教程及学长的指导下，我们设计了一个简洁方便的操作界面，并根据相应的按键功能编写程序，先收集了5种波形函数，而后编写了与之对应的变量函数。于是我们便能将可变参数加入到函数中去，进行调试了。其后，我们设计了傅里叶转换函数，将波形一一转换为频域波形，最后，我们在学长的指导下完成了串行发送的按钮设计。信号处理部分也制作完毕。最后是单片机部分与信号部分的连接调试，我们将matlab发送的波形参数与单片机的数码管,led,蜂鸣器的信号同步。成功
7、的做出了两者相结合的虚拟信号发生器。 第三章 单片机模块基本原理3.1 led显示模块实验仪上装有 8 只发光二极管及相应驱动电路。如图，L0-L7 为相应发光二极管驱动信号输入端，该输入端为高电压电平“1”时发光二极管点亮。我们可以通过 P1 口对其直接进行控制，点亮或者熄灭发光二极管。 因此我们使用 74LS273 扩展 IO 端口。方法是：通过片选信号和写信号将数据总线上的值锁存在 273 中，同时在 273 的输出端口输出，当数据总线上的值撤消以后，由于 273 能够锁存信号，所以 273 的输出端保持不变，直到下次有新的数据被锁存。本次课设中，在数据输出同时输出片选信号和写信号。 L
8、ED显示模块图3.2 蜂鸣器模块 端口输出的方波经放大滤波后,驱动扬声器发声。声音的频率端口输出时延时控制,因此能按规定时序发出声音信号。其电路图如下所示 蜂鸣器电路图3.3 数码管显示模块 实验仪提供了 6 位 8 段码 LED 显示电路，学生只要按地址出相应数据，就可以实现对显示器的控制。显示共有 6 位，用动态方式显示。8 位段码、6 位位码是由两片74LS374 输出。位码经 ULN2003 倒相驱动后，选择相应显示位。实验仪中 8 位段码输出地址为 0X004H，位码输出地址0X002H。此处 X 是由KEY/LED CS 决定，参见地址译码。做键盘和 LED 实验时，需将 KEY/
9、LED CS 接到相应的地址译码上。以便用相应的地址来访问。例如，将 KEY/LED CS 接到 CS0 上，则段码地址为08004H，位码地址为 08002H。 七段数码管的字型代码表如下表：显示字形gfedcba段码13fh06h25bh34fh466h56dh67dh707h87fh96fhA77h7chC39h5ehE79hF71h3.4 16*16点阵模块实验电路连线框图：连线连接孔 1连接孔 216x16_CSCS316x16 点阵需要 32 个驱动，分别为 16 个列驱动及 16 个行驱动。每个行与每个列可以选中一个发光管，共有 256 个发光管，采用动态驱动方式。每次显示一行，
10、10ms后再显示下一行。其电路连线图如下所示： 16*16点阵电路连线图3.5 串行通信模块 串行通信接口连接如下:1、8051、80C196 的 RXD、TXD 接线柱在 POD51/96 仿真板上，8088/86 的 TXD、RXD在 POD8086 仿真板上的 8251 芯片旁边。2、通讯双方的 RXD、TXD 信号本应经过电平转换后再行交叉连接，本实验中为减少连线可将电平转换电路略去，而将双方的 RXD、TXD 直接交叉连接。也可以将本机的 TXD接到 RXD 上，这样按下的键，就会在本机 LED 上显示出来。3、若想与标准的 RS232 设备通信，就要做电平转换，输出时要将 TTL
11、电平换成 RS232电平，输入时要将 RS232 电平换成 TTL 电平。可以将仿真板上的 RXD、TXD 信号接到实验板上的“用户串口接线”的相应 RXD 和 TXD 端，经过电平转换，通过“用户串口”接到外部的 RS232 设备。可以用实验仪上的逻辑分析仪采样串口通信的波形。 串口通信电路连线图 第四章 硬件整体设计与调试经过如上的模块化设计之后,便可进行最终电路的整合与接线,模块整合后电路图如下:经过与数字信号的部分的连线,我们进行了串行通信的调试。多次调试后，终于能将信号波形参数的取整个位形式发送到硬件上，在16*16点阵上显示其参数名，同时发送时蜂鸣响一声，在led上显示2进制的参数
12、，在数码管上显示10进制的参数。总的来说，我们的信号发生器设计的相当成功。 第五章 心得与总结经过长达一星期不间断的单片机及信号处理的课程设计，我再一次加强了对单片机硬件和信号处理Matlab的软件的认识，Matlab这样的软件强大的开发功能与灵活的编程手段勾起了我对信号处理浓厚的兴趣，并最终实现了虚拟信号发生器的设计，可以看出虚拟仪器给用户提供了一个充分发挥自己的才能和想象力的空间，可根据用户自己的设想及要求，通过编程来设计，组建自己的仪器系统，他的灵活、开放，技术更新周期短，可随着计算机技术的发展和用户的需求进行仪器与系统的升级，在性能维护和灵活组态等方面有着传统仪器无法比拟的优点。通过此
13、次课程设计，我不仅把所学知识的融会贯通，而且丰富了我的阅历。同时，在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来数字图像处理的发展方向，使自己在专业方面和动手能力方面都得到了加强。在咨询学长的同时，我学会了虚心请教师长，来完善我的课题能力，如果没有学长每天的答疑解惑，我们不可能编出对于自己来说前所未有复杂的单片机及guide程序。与此同时，在与我所在的小组成员的合作中，我感受到了团队行动的力量，我们合理的分工推动了大家一起竞争的欲望，最终让小组迅速的完成了老师的任务，看来科研之中的竞争与合作真的能够发挥事半功倍的作用！参考文献附 录 单片机程序清单#include #defin
14、e LEDLen 6#define uchar unsigned char#define uint unsigned intxdata unsigned char RowLow _at_ 0xb002; /行低八位地址xdata unsigned char RowHigh _at_ 0xb003; /行高八位地址xdata unsigned char ColLow _at_ 0xb000; /列低八位地址xdata unsigned char ColHigh _at_ 0xb001; /列高八位地址xdata unsigned char OUTBIT _at_ 0x8002; / 位控制口xd
15、ata unsigned char OUTSEG _at_ 0x8004; / 段控制口xdata unsigned char IN _at_ 0x8001; / 键盘读入口xdata unsigned char CS273 _at_ 0x9000;sbit Speaker = P10; uchar j,a; uint s=0;uchar LEDBufLEDLen; / 显示缓冲uchar RcvBuf; / 接收缓冲bit HasRcv = 0; / 接收标志code uchar LEDMAP = / 八段管显示码 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x
16、7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71;code uchar Font32 = /幅0x00,0x20,0x02,0x22,0xFE,0x23,0x22,0x22,0x22,0xBA,0xFE,0xAB,0x22,0xAA,0xFE,0xAB,0x00,0xA8,0xFC,0xA9,0x04,0xA9,0x04,0xA9,0xFC,0xF9,0x00,0x20,0xFE,0x23,0x00,0x20,/值0x00,0x20,0xFE,0x2F,0x08,0x22,0x08,0x22,0xF8,0x23,0x08,0x22
17、,0xF8,0x23,0x08,0x22,0xF8,0xA3,0x08,0x62,0xF8,0x33,0x80,0x20,0x40,0x10,0xFC,0x17,0x60,0x18,0x40,0x10,/频0x00,0x00,0x02,0xC3,0x86,0x20,0x48,0x10,0x50,0x08,0xA4,0x84,0xA4,0x4A,0xA4,0x4A,0xA4,0x08,0xA4,0x00,0x84,0xFE,0xFC,0x48,0x40,0x48,0x20,0x4E,0xFE,0x08,0x00,0x08,/率0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,
18、0x01,0xFE,0xFF,0x20,0x01,0xC4,0x47,0x48,0x22,0x10,0x11,0x80,0x04,0xD0,0x17,0x28,0x22,0x00,0x41,0xFE,0x7F,0x00,0x01,0x00,0x02,/相0x84,0x10,0xFC,0x10,0x84,0x10,0x84,0x10,0x84,0x10,0x84,0x90,0xFC,0x50,0x84,0x52,0x84,0x32,0x84,0x34,0xFC,0x18,0x84,0xFE,0x84,0x10,0x84,0x10,0xFC,0x10,0x00,0x10,/位0x00,0x00,0
19、x00,0x10,0xFE,0x1F,0x40,0x10,0x20,0x10,0x20,0x11,0x20,0x11,0x10,0x91,0x10,0x52,0x18,0x52,0x10,0x34,0x00,0x20,0xFC,0x17,0x40,0x10,0xC0,0x0C,0x00,0x09,/采0x00,0x01,0x00,0x01,0x04,0xC1,0x0E,0x31,0x18,0x09,0x20,0x05,0x40,0x03,0x80,0x01,0xFE,0x7F,0x00,0x01,0xA0,0x08,0x10,0x11,0x10,0x00,0x00,0x7E,0xF8,0x01
20、,0x00,0x00,/样0x20,0x10,0x20,0x10,0x20,0x10,0x20,0x10,0x20,0x10,0xFE,0x13,0x20,0x90,0x20,0x50,0x20,0x54,0xFC,0x39,0x20,0x30,0x20,0x10,0xFE,0xFD,0x90,0x10,0x88,0x10,0x08,0x11,void Delay（uchar t） uchar i; while （t- !=0） for （i=100; i !=0; i-）;void disply1（） /16x16点阵显示 uchar count; uint bitmask; /uint n
21、um; /清屏 ColLow = 0xff; /行驱动低有效 ColHigh= 0xff; RowLow = 0x00; /列驱动高有效 RowHigh= 0x00; if（s2） for（j=0; j2; j+） for（count =0; count 25; count +） bitmask = 0x01; for（i=0;i 8; bitmask =2）&（s=5） s=0; else TI = 0;void DisplayLED（） uchar Pos; uchar LED; Pos = 0x20; / 从左边开始显示 for （i = 0; i / 显示下一位code uchar KeyTable = / 键码定义 0x16, 0x15, 0x14, 0xff, 0x13, 0x12, 0x11, 0x10, 0x0d, 0x0c, 0x0b, 0x0a, 0x0e, 0x03, 0x06, 0x
