数控信号源设计报告书.docx
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数控信号源设计报告书
企业实践报告书
课程名称:
企业实践
题目:
数控信号发生器设计
学生姓名:
陈喜
专业:
自动化
班级:
自131
学号:
3130413012
指导教师:
李强
日期:
2015年09月06日
课程设计任务书1
一、设计题目:
1
二、主要内容及要求1
数控信号源设计2
一、计任务与要求2
二、方案设计与论证3
三、单元电路设计与参数计算4
四、总电路工作原理及元器件清单9
五、结论与心得11
六、参考文献12
课程设计任务书
一、设计题目:
数控信号源设计
二、主要内容及要求
(一)设计任务
设计一个频率和电压都可调的信号发生器,该信号发生器能产生正弦波、矩形波和锯齿波信号,其原理示意图如下所示:
信号输出
(二)设计要求
1.基本要求
⑴输出正弦波、矩形波和锯齿波三种波形,用开关切换输出;
⑵信号频率在100Hz~10kHz内;
⑶具有“+”、“-”步进调整功能,步进100HZ;
⑷可设置输出信号频率,并由数码管显示;
(5)自制稳压电源。
2.发挥部分
⑴频率可设置在10Hz~10kHz之间的任意一个值,步进10HZ;
⑵输出信号的电压在0~5V;
(3)输出电压具有“+”、“-”步进调整功能,步进0.1V。
数控信号源设计
一、计任务与要求
设计一个频率和电压都可调的信号发生器,该信号发生器能产生正弦波、矩形波和锯齿波信号,其原理示意图如下所示:
“+”“—”键
数控部分
信号输出
稳压电源
数字显示
图一:
原理示意图
(一)设计要求
1.基本要求
⑴输出正弦波、矩形波和锯齿波三种波形,用开关切换输出;
⑵信号频率在100Hz~10kHz内;
⑶具有“+”、“-”步进调整功能,步进100HZ;
⑷可设置输出信号频率,并由数码管显示;
(5)自制稳压电源。
2.发挥部分
⑴频率可设置在10Hz~10kHz之间的任意一个值,步进10HZ;
⑵输出信号的电压在0~5V;
(3)输出电压具有“+”、“-”步进调整功能,步进0.1V。
(二)系统组成框图
电源电路
图二:
系统组成框图
频率调节电路接收操作人员的指令,改变振荡电路的输出频率,该信号经波形调节电路处理成各种波形信号,送入显示电路,显示波形信号的频率,最后经幅度调节电路后输出。
二、方案设计与论证
(一)设计思路:
根据设计要求信号频率:
10Hz∽100kHz,步进调整,调整步距为10Hz,可以通过单片机来产生波形信号,并通过改变数据的输出速度来控制波形的频率;同样,想要设计实现0V∽5V步进调整,调整步距为0.1V,也可以通过改变单片机的输出实现波形的幅度调节。
(各个元件电路设计思路在下面做详细说明)
(二)方案:
1.人机接口模块
本系统采用4×4的矩阵键盘作为输入设备,用6位数码管作为显示器
2.信号发生部分
方案一:
由硬件产生。
由硬件产生的信号没有阶梯,波形光滑。
如果采用压控振荡器,
就可单片来控制信号的频率,能过电子开关来选择不同的振荡器投入工作,就可以输出不同的波形。
不过,不同波形需要用不同的振荡器来实现,电路较复杂,难以输出超低频的信号。
方案二:
由软件产生。
将各种波形的数据固定在单片机的程序存储器里,通过改变这些数据的输出速度便可以改变信号的频率,通过改变D/A转换器的参考电压便可以改变信号的最大值,硬件电路简单,成本低。
但输出的信号会出现阶梯。
3.D/A转换部分
单片输出的是数字信号,必须通过D/A转换后才能模拟信号。
方案一:
采用D/A转换器AD7543。
AD7543是一种串行的D/A转换器,1与单片机之间的连线少,布线方便,而且又是12位的D/A转换器,精度高。
但串行数据传输速度慢,当频率较高时,必须减少每周期输出的点数,这将会导致阶梯现象更加明显,因此,此方案不宜使用.
方案二:
采用DAC0832。
这是8位的并行D/A转换器,转换速度快。
方案三:
采用2片DAC0832。
由其中一芯片的输出电压作为另一芯片的参考电压,这样就可以方便的控制最大输出电压。
若采用方案二,在输出电压较低的情况下,比如为1V时,输出的最大电压只有参考电压的1/5,这将会使精度降低,而方案三刚好可以解决这个问题,因此,本系统选择了方案三。
单片机
2号D\A
转换器
LCD1602构成显示电路
4*4矩阵键盘
参考电压
1号D\A
转换器
输出
图三:
系统原理参考框图
3、单元电路设计与参数计算
(一)电源模块
电源模块,输入为电压为220V频率为50HZ的市电,要求分别输出+12V、-12V、+5V、-5V的直流电。
因此经过变压、整流、滤波、稳压等环节后可实现题目要求。
图四:
电源模块电路
(二)单片机最小系统的设计
AT89C52是片内有ROM/EPROM的单片机,因此,这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。
用80C51单片机构成最小应
用系统时,只要将单片机接上时钟电路和
复位电路即可,如图
(2)89C51单片机
最小系统所示。
由于集成度的限制,最小
应用系统只能用作一些小型的控制单元。
其应用特点:
(1)有可供用户使用的大量I/O口线。
(2)内部存储器容量有限。
应用系统开发具有特殊性。
图五:
单片机最小系统
(三)波形产生模块设计
由单片机采用编程方法产生三种波形、通过DA转换模块DAC0832将数字信号转化为模拟信号,再经过滤波放大之后输出。
其电路图如下:
图六:
波形产生电路
如上图所示,单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端,DAC0832的输出端接放大器,经过放大后输出所要的波形。
DAC0832的为八位数据并行输入的,其结构图如下:
图七:
DAC0832的内部结构
(四)波形幅度调节电路
第一片DAC0832可实现将单片机产生的数字信号转化为模拟信号。
其输出作为第二片DAC0832的基准电压。
因为DAC0832的最大输出电压是由其输入的基准电压来控制的,只要能控制D/A的基准电压便可以控制输出幅度,因此只需在D/A转换器基准电压上加上另一片DAC0832的输出,便可以方便地改变其输出信号的幅度。
设计用两片DAC0832来完成输出信号的工作,第一片DAC0832可实现将单片机产生的数字信号转化为模拟信号。
其输出作为第二片DAC0832的基准电压。
第二片D/A用来控制第一片D/A的基准电压,其中单片机用P0口作为两片D/A芯片的数字量输入,用P3.5、P3.6作为两片DAC0832片选信号数字量输入。
图八:
幅度调节电路
(五)显示模块的设计
通过液晶1602显示输出的波形、频率。
如下图所示,1602的八位数据端接单片机的P1口,其三个使能端RS、RW、E分别接单片机的P3.2—P3.4。
通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类以及波形的频率。
图九:
液晶显示电路
(六)键盘控制模块
键盘模块采用4*4矩阵键盘,采用集成的键盘模块,其八个接口与单片机的P2口连接。
四、软件设计流程
本系统采用AT89C52单片机,用编程的方法来产生四种波形,并通过编程来切换四种波形以及波形频率的改变。
具体功能有:
(1)各个波形的切换;
(2)各种参数的设定;(3)频率增减等。
本文中外部中断的调用是通过按键的选择来实现,在取得按键相应的键值后,启动计时器和相应的中断服务程序,再直接查询程序中预先设置的数据值,通过转换输出相应的电压,从而形成所需的各种波形。
主程序的流程图如图九所示,在程序开始运行之后,首先是对电路进行初始化并且设定初始频率值,之后判断信号频率值,如符合所需的频率,则重置时间常数,并通过显示器显示出来,不符则返回。
在中断结束后,还要来判断波形是否符合,如符合,则显示其频率,不符则返回,重新判断。
图十为各波形子程序的流程图。
如图所示,在中断服务子程序开始后,通过判断来确定各种波形的输出,当判断选择的不是方波后,则转向对正弦波的判断,如此反复。
如果选择的是方波,则用查表的方法求出相应的数据,并通过D/A转换器将数据转换成模拟信号,然后经过第二片AD转换器进行波形幅度调节后,形成所需波形信号。
开始
调用初始化程序
输入信号频率
根据信号频率设置新的时间常数
调用外部中断
显示波形和频率
Y
判断是否有新的输入
N
结束
图十:
主程序流程图
外部中断
N
查表调出数据
是方波?
查表调出数据
Y
N
查表调出数据
是锯齿波?
Y
是正弦波?
发出A/D转换值
Y
频率调节
发出A/D转换值
频率调节
发出A/D转换值
频率调节
返回
图十一:
外部中断1
软件调试后,通过编程器下载到AT89C52芯片中,然后插到系统中即可独立完成所有的控制。
五、总电路工作原理及元器件清单
1.总原理图
图十三:
总原理图
2.元件清单
Description
Designator
Footprint
LibRef
Quantity
10uF
Capacitor
C1
RAD0.1
普通电容
1
30pF
Capacitor
C2,C3
RAD0.1
普通电容
2
1uF
Capacitor
C4,C5,C9
RAD0.1
普通电容
3
CapPol1
PolarizedCapacitor(Radial)
C6,C7
电容
CapPol1
2
0.33uF
Capacitor
C8
RAD0.1
普通电容
1
0.22uF
Capacitor
C10,C11,C16,C17
RAD0.1
普通电容
4
CapPol1
PolarizedCapacitor(Radial)
C12,C13,C18,C19
RB7.6-15
CapPol1
4
Cap
Capacitor
C14
CAPR2.54-5.1x3.2
Cap
1
CAP
Capacitor
C15
RAD-0.3
CAP
1
Diode1N4006
1AmpGeneralPurposeRectifier
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8
DIO10.46-5.3x2.8
Diode1N4006
8
LCD1602
LCD1
1602LCD
LCD1602
1
Header3
Header,3-Pin
P1
3位端子
Header3
1
Header8
Header,8-Pin
P2
HDR1X8
Header8
1
Header9
Header,9-Pin
P3
HDR1X9
Header9
1
Header2
Header,2-Pin
P4
2位端子
Header2
1
Res2
Resistor
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7
AXIAL-0.4
Res2
7
*双路变压器
shuang1
双路变压器
双路变压器
1
SIJIAO
SI1
4脚开关
SIJIAO
1
AT89C52
8-BitMicrocontrollerwith8KFlashROM
U1
DIP40
AT89C52
1
MC7812CT
3-TerminalPositiveFixedVoltageRegulator
U2
221A-04
MC7812CT
1
MC7912CT
Three-TerminalNegativeFixedVoltageRegulator
U3
221A-04
MC7912CT
1
DAC0832LCN
8-bitMicroprocessorCompatible,Double-BufferedD/AConverter
U4,U5
N20A
DAC0832LCN
2
MC7805CT
3-TerminalPositiveFixedVoltageRegulator
U6
221A-04
MC7805CT
1
MC7905CT
Three-TerminalNegativeFixedVoltageRegulator
U7
221A-04
MC7905CT
1
LM324N
QuadDifferentialInput,Low-PowerOperationalAmplifier
U8
646-06
LM324N
1
XTAL
CrystalOscillator
Y1
BCY-W2/D3.1
XTAL
1
整流桥
zheng1
整流桥
整流桥
1
六、结论与心得
回首此次企业实践的整个过程,过程很曲折,甚至感到有些许紧张,但感觉更多的是充实。
从开始实习的那一刻起,便开始忙碌了起来。
整天沉浸在对软件的学习和思索中,大部分时间都学习软件和网上查资料。
通过前两天时间查看了大量资料,并且根据设计的要求进行仔细的研究和反复演算,虽然最终没有实现最终的目标,但是在这次设计中,我学到了许多知识,让我了解到了数控信号源的工作原理,从中也对许多器件的相关知识有了更深入的体会。
也让我学会了使用AD软件构建电路图。
总之,通过这次实习不仅加强了我思考问题的能力,解决问题的能力。
同时,也使我对课本的理论基础知识有了更好的巩固和加强,在从电路图的构建、电路板的焊接的过程中,让我明白了许多电子元件的引脚使用方法,并能够熟悉使用它们。
本设计采用模拟集成电路(集成运放电路)及其他元器件,设计中实现了数控信号源的频率可调和幅度可调。
在此次设计中,我发现其主要是用到了电子电子技术里的知识的运用,让我认识到把理论与实践结合起来是很重要的,只是掌握理论知识是远远不够的,只有把理论与实践结合起来,在设计过程中结合实际中路灯的原理和功能,达到实用的目的。
虽然,最终并没有实现课题要求,但是让我明白了自己的欠缺,看到了自己在电子设计上的短板所在.在今后的学习中,我会努力补上这些短处.
最后,我深深的体会到做什么事情都必须要学会坚持,要认真谨慎,尽管设计过程中会遇到很多困难的问题,但是,只要不放弃,不断探索,不断专研就一定能解决。
七、参考文献
[1].模拟电子技术基础教程清华大学出版社(2007.8.1)
[2].电子技术课程设计指导高等教育出版社(1997.10.1)
[3].电子线路设计·实验·测试华中科技大学出版社(2000.5.31)
[4].电子技术基础课程设计华中科技大学出版社(2009.3)
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- 关 键 词:
- 数控 信号源 设计 报告书