基于单片机的多功能信号发生器设计.pdf
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基于单片机的多功能信号发生器设计.pdf
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基于单片机的多功能信号发生器设计基于单片机的多功能信号发生器设计摘摘要:
要:
本系统设计用美国ATMEL公司生产的AT98C51单片机为系统控制器,外围有数字、模拟转换电路(DAC0832),运算电路(TL084),按键和LCD显示电路等组成。
采用编程的方法来实现各种波形,将产生波形的程序用子程序的形式编写,在需要某种波形时再调用相应子程序,经过DA转换、运算放大器处理后,作为该信号源输出,其线路简捷、功能强大、性价比较高。
通过按键控制可产生正弦波,方波、三角波等。
同时用LCD显示器显示对应的波形。
关键词:
AT98C51数字数字/模拟转换模拟转换LCDPDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建目目录录引引言言.11.设计目的设计目的.12系统总体方案设计系统总体方案设计.13系统硬件设计与实现系统硬件设计与实现.23.1单片机最小系统设计单片机最小系统设计.23.2D/A转换电路设计转换电路设计.23.3LCD显示电路设计显示电路设计.23.4键盘电路设计键盘电路设计.23.5运算放大电路设计运算放大电路设计.24系统软件设计系统软件设计.25设计总结与测试结果设计总结与测试结果.25.1设计总结设计总结.25.2测试结果测试结果.3参考文献参考文献.4附录附录.5PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建1引引言言在测试、研究或调整电子元器件、电子电路及设备时,为测定电路的一些电参量,如测量频率响应、噪声系数,为电压表定度等,常需要提供符合要求的电信号,模拟实际工作中所用待测设备激励信号。
当进行系统的稳态特性测量时,需使用振幅、频率已知的正弦信号源。
而进行系统的瞬态特性测试时,又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。
并且要求信号源输出信号的参数,如频率、波形、输出电压或功率等,能在一定范围内进行精确调整,有很好的稳定性,有输出指示。
而这种测试信号源一般采用信号发生器。
用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号,本设计可以产生可变频率及幅度的方波、正弦波及三角波,并通过简易的方法来对输出信号频率和幅度进行自适应调整及功率与外接负载的自动适配,输出信号参数直接通过液晶显示屏显示。
作为一种自适应控制系统,此信号发生器能够根据受控对象及其工作环境变化,对要求的性能指标与实际系统的性能进行比较,根据所获信息,相应修正控制规律或调整系统参数,使系统能够保持最优或次优化工作状态,从而获得满意性能。
1设计目的设计目的基于单片机的多功能信号发生器首先要了解信号发生器的数模转换模块,通过数模转换来实现各种波形显示。
本次设计的基于单片机的多功能信号发生器将实现如下功能:
(1)频率范围为100HZ10KHZ,频率分辨率为100HZ
(2)正弦波输出频率:
100HZ100KHZ;(3)输出信号波形用示波器观察无明显失真;(4)输出电压幅度:
在10K欧姆电阻上的电压峰峰值VOOP5V;(5)数字显示正弦波的频率,频率精度为0.1%。
2系统总体方案设计系统总体方案设计方案一:
采用分立元件实现非稳态的多谐振振荡器,然后根据需要加入积分电路的构成正弦,矩形,三角等波形发生器。
这种信号发生器输出频率范围窄,而且电路参数设定比较繁琐,其频率大小的测量往往需要通过硬件电路的切换来实现,操作不方便。
方案二:
采用集成芯片(ICL8038)外接电路产生,ICL803能够自动产生三角波、正弦波、方波、等电压波形。
此方案有外接电路设计比较简单、易制作等特点,但是产生的方波有一定的延时,输出的波形有一定的失真。
方案三:
采用单片机和DAC0832数模转换器生成波形,再通过液晶显示器对其进行显示由于是软件滤波,所以不会有寄生的高次谐波分量,生成的波形是比较纯净。
它的特点是价格低,性能高,在低频范围内稳定性好,操作方便,体积小,耗电少。
经过比较:
本人选择了方案三。
因为方案三即满足设计的基本要求又能充分发挥其优势,电路简单,利用单片机制作信号发生器易控制,能方便调节的特点,性价比高,所以本系统设计采用此方案。
其信号发生器系统总体框图如图1所示。
该系统主要有单片机89C51,D/A转换电路,按键和波形显示电路等电路组成。
数字信号可以通过数/模转换器DAC0832转换成模拟信号,因此可以通过数字信号再转换成PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建2模拟信号的方法来实现所需要的波形。
AT89C51本身就是一个完整的微型计算机,具有组成微型计算机的各个部分部件:
中央处理器CPU,随机存取存储器RAM,只读存储器ROM,I/O口电路,定时器/计数器以及串行通讯接口等,只要将AT89C51再配置键盘及其接口,显示器及其接口,数模转换及波形输出,指示灯及其接口等四部分,就可构成所需的波形发生器。
图1多功能信号发生器系统总体框图3系统硬件设计与实现系统硬件设计与实现3.1单片机最小系统设计单片机最小系统设计3.2D/A转换电路设计转换电路设计3.3LCD显示电路设计显示电路设计3.4键盘电路设计键盘电路设计3.5运算放大电路设计运算放大电路设计4系统软件设计系统软件设计此处省略第3部分N个字索要整篇论文电子稿请咪:
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5设计总结与测试结果设计总结与测试结果5.1设计总结设计总结以上是我的多功能信号发生器设计电路。
我在制作的过程中遇到过很多问题,例如在不能熟悉地存放好电路图中元器件的封装以至于下次就找不到相对应器件的封装;画原理图的时候找不到相对应元器件封装;倒PCB电路时有些线会倒不过去;做电路板时元器件未摆放正确;键盘与单片机的连接不合理等等。
最后经过我们的按键单片机数/模转换运算放大输LCD显示基准电源PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建3努力和老师的帮忙,成功的解决了这些问题,并完成了整个电路,达到了较好的效果。
通过这次电路设计的制作,我们把课程上学到的东西与实践相结合,从中对我们学的知识有了更进一步的理解,对各种芯片有了更深的认识,同时也锻炼了我们的动手能力。
尤其是制作电路板的过程中,不停的有问题出现,然后再解决,这才是我们学习的最好过程。
所以经过本系统的设计,进一步掌握了基于单片机的应用系统设计流程和方法,为将来的学习使用打下了很好的基础。
5.2测试结果测试结果1.测试仪器:
数字示波器(型号DST1102)、数字万用表、数控式稳压电源(型号LPS-305)2.测试结果:
接10K欧姆负载,对输出电压测试,测试结果见表如下:
设置频率实测频率V0pp/V100HZ100.3HZ6.481000HZ999.98HZ6.225KHZ5.001KHZ6.1210KHZ10.0001KHZ6.250KHZ50.00005KHZ6.68100KHZ100.00006KHZ5.8500KHZ500.00002KHZ5.4由表可以看出,在频率稳定度方面,预置频率和输出频率之差,以及带负载时的电压Vopp值均达到题目要求。
2.频率稳定测试负载为10K欧姆,采用频率计对正弦波进行计数,测试数据表下:
输出频率/HZ设置频率/HZ正弦波矩形波负载电阻/欧姆100100.1100.110K1K1.0001K999.98K10K5K5.00001K5.00021K10K10K10.0000K10.0001K10K50K50.00002K49.9998K10K100K100.0000K100.00001K10K200K200.0000K200.00001K10K500K499.9996K500.00001K10K由表可以看出:
在频率稳定度方面,正弦波、矩形波在带负载的情况下均十分稳定,这正是体现了单片机嵌入式系统技术,输出频率稳定度和晶振稳定度在同一数量级。
测试证明:
系统测试指标均达到基本要求;正弦波输出频率:
100HZ100KHZ;输出信号波形用示波器观察无明显失真;输出电压幅度:
在10K欧姆电阻上的电压峰峰值VOOP5V;频率精度为0.1%。
PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建4参考文献参考文献1.解相吾解文博编著电子产品开发设计与实践教程,北京:
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清华大学出版社6.刘守义,单片机应用技术西安:
西安电子科技大学出版社PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建5附录附录P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RXD/P3.010TXD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XAL218XAL119VSS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PESN29ALE/PRG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1AT89C5112Y130pFC130pFC210uFC810KR1VCC0.1uFC3VCCS2S3S4S5VSS1VDD2VL3RS4R/W5E6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA15BLK16U11LCD1602123456789U210K8.2KR4330R310/0.5wR50.1uFC5VCCCS1WR12AGND3DI34DI25DI16DI07Vref8Rfe9DGND10Iout111Iout212DI713DI614DI515DI416XFER17WR218ILE19VCC20U3DAC0832S1CS1WR12AGND3DI34DI25DI16DI07Vref8Rfe9DGND10Iout111Iout212DI713DI614DI515DI416XFER17WR218ILE19VCC20U4DAC0832VCC2314111U12ATL084CN4115672U12BTL084CND11N4148D31N4148D41N4148D21N41480R101KR2DS1LEDVCCQ12N8050VCC510R610KR74.7KR810KR90.1uFC60.1uFC7Q22N8050VCC123U6KY10k123U7KY10k123U9KY10k123U5KY10k123U8KY10k123U10KY10k123JP10.1uFC4图A多功能信号发生器原理图PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建6图B多功能信号发生器PCB图图C实际效果正面图PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建
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