低频信号发生器设计论文.doc
《低频信号发生器设计论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《低频信号发生器设计论文.doc(52页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、毕业设计报告(论文) 报告(论文)题目:基于单片机的低频 信号发生器的设计 作者所在系部: 电子工程系 作者所在专业: 电子信息工程 作者所在班级: B08212 作 者 姓 名 : 高永斌 作 者 学 号 : 20084021205 指导教师姓名: 韦雪洁 完 成 时 间 : 2012 年 6 月 15 日 北华航天工业学院教务处制 北华航天工业学院北华航天工业学院 毕业设计(论文)任务书(理工类)毕业设计(论文)任务书(理工类) 学生姓名: 高永斌 专 业: 电子信息工程 班 级: B08212 学 号: 20084021205 指导教师: 韦雪洁 职 称: 讲师 完成时间: 2012.6
2、.15 毕业设计(论文)题目: 基于单片机的低频信号发生器的设计 纵向课题( ) 理论研究( ) 教师科研 课 题横向课题( ) 应用研究( ) 教师自拟课题()应用设计() 题目来源 学生自拟课题( ) 题目类型 其 他( ) 注:请直 接在所属 项目括号 内打 “” 总体设计要求及技术要点: 基本设计要求: 1、设计一个基于 51 单片机的低频信号发生器。其中包括波形选择,电压调节, 频率调节等功能。 2、完成功能设计,完成 51 单片机 C 语言程序设计。 3、利用 Proteus 软件实现功能仿真。 较高设计要求: 完成硬件电路的连接,功能调试。 设计要点: 1、设计一个基于 51 单
3、片机的低频信号发生器; 2、完成电路设计,以及 Proteus 实现仿真; 3、完成 51 单片机 C 语言程序设计。 工作环境及技术条件: 计算机,51 单片机 时间进度安排: 第七学期第六周 根据学生选择情况,完成双向选择,下达毕业设计任务书; 第七学期六十五周 教师指导学生查阅文献,撰写开题报告,准备外文译文、文 献综述; 第七学期第十六周 论证学生的开题报告,确定能否开始毕业设计; 第八学期一十五周 学生进行毕业设计,完成毕业设计所有文档。答辩委员会验 收; 第八学期第十六周 毕业设计答辩,评定成绩,评选优秀毕业设计(论文),汇总上 报; 第八学期第十七周 系、教研室进行毕业设计总结,
4、汇总上报教务处; 第八学期第十八周 毕业设计资料整理归档。 指导教师签字: 年 月 日 教研室主任意见: 教研室主任签字: 年 月 日 北华航天工业学院 本科生毕业设计(论文)原创性及知识产权声明 本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文) 基于单片机的低频信号发生器的设计 是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内 容外,本设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本 设计(论文)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。因本毕 业设计(论文)引起的法律结果完全由本人承担。 本毕业设计(论文)成果归北华航天工业学院所有。本
5、人遵循北华航天工业学院有 关毕业设计(论文)的相关规定,提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本。本人同 意北华航天工业学院有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与 阅览服务;可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以营利为目的 的前提下,可以公布非涉密毕业设计(论文)的部分或全部内容。 特此声明 毕业设计(论文)作者: 指导教师: 年 月 日 年 月 日 北华航天工业学院毕业论文 I 摘 要 本系统是基于 AT89C51 单片机的数字式低频信号发生器。采用 AT89C51 单片机作 为控制核心,外围采用数字/模拟转换电路(DAC0832) 、运放电路(LM358
6、) 、按键和 8 位数码管等。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波等,同时用数码管指示其对应 的频率,信号幅度和频率都是可以按要求控制的。文中简要介绍了 DAC0832 数模转换 器的结构原理和使用方法,AT89C51 的基础理论,以及与设计电路有关的各种芯片。该 信号源的特点是:体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。 关键词关键词 单片机 信号发生器 D/A 转换器 运放电路 北华航天工业学院毕业论文 II Abstract The system is based on the AT89C51single-chip digital low frequency signal gen
7、erator. Using AT89C51 SCM as the control core, the external use of digital / analog converting circuit( DAC0832), amplifier circuit (LM358), keys and 8 digital tube. Through the control button to generate square wave, triangle wave, sine wave and so on, at the same time, digital tube indicating the
8、corresponding frequency, the signal amplitude and frequency can be controlled according to requirements. This paper briefly introduces the DAC0832 converter structure principle and method of use, the basic theories of AT89C51, as well as with the circuit design is related to a variety of chip. The s
9、ignal source is characterized by: small volume, low price, stable performance, convenient, complete function. Key words Single chip computer Signal generator The digital / analog converter Amplifier circuit 北华航天工业学院毕业论文 III 目 录 第 1 章 绪论 .5 1.1 选题背景及其意义5 1.2 单片机概述5 1.3 信号发生器概述6 1.4 研究题目及其意义6 1.5 本论文主
10、要研究的内容7 第 2 章 信号发生器方案设计与选择 .8 2.1 方案设计与选择8 2.2 设计原理简介8 2.3 设计功能.10 第 3 章 主要电路元器件介绍 11 3.1 AT89C51 单片机介绍 .11 3.1.1 单片机简介 .11 3.1.2 单片机内部结构概述 .12 3.1.3 管脚功能说明 .12 3.2 DAC0832 简介 .13 3.2.1 DAC0832 的介绍 .13 3.2.2 DAC0832 的管脚功能 .13 3.2.3 DAC0832 内部结构及功能 .14 3.3 数码显示管.15 3.3.1 数码管原理及分类 .15 3.3.2 数码管的工作方式 .
11、16 3.4 LM358 简介 .18 3.4.1LM358 的介绍 18 3.4.2LM358 的特点 19 第 4 章单元电路的硬件设计20 4.1 总体硬件设计.20 4.2 单片机引脚分配.21 4.2 单片机外围电路介绍.21 4.3.1 时钟电路 .21 4.3.2 复位电路 .22 4.3.3 键盘接口电路 .23 4.3.4 数模转换电路 .23 4.3.5 幅度控制电路 .24 4.3.6 LED 显示电路 .25 北华航天工业学院毕业论文 IV 第 5 章系统软件设计26 5.1 程序流程图 .26 5.2 软件整体设计 .26 5.3 程序模块功能设计 .27 5.3.1
12、 系统初始化设计 .27 5.3.2 键盘扫描程序与处理程序设计 .27 5.3.3 正弦波的产生 .29 5.3.4 锯齿波的产生 .30 5.3.5 方波的产生 .31 5.3.6 三角波的产生 .32 5.4 软件仿真.33 第 6 章结论34 致 谢 35 参考文献 36 附 录 37 主要原器件清单 37 系统电路图 38 软件程序 39 1 基于单片机的低频信号发生器的设计 第 1 章 绪论 1.1 选题背景及其意义 波形发生器也称函数信号发生器,作为实验信号源,是现今各种电子电路实验设计 应用中必不可少的仪器设备之一。目前,市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而 成,且波形种类
13、有限,多为锯齿波,正弦波,方波,三角波等波形。 信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备,传统的可以完全由硬件电路搭接而 成,不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差,控制难,可调范围小,电路复杂 和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中,如工业过程控制,生物医学,地震模拟机 械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满 意,而且由于低频信号源所需的 RC 很大;大电阻,大电容在制作上有困难,参数的精 度亦难以保证;体积大,漏电,损耗显著更是致命的弱点。一旦工作需求功能有增加, 则电路复杂程度会大大增加。因此需要选择其它的方法来解决此类问题,我们想到了通 过单片
14、机来实现所要求的功能,即采用单片机 AT89C51 还有数模转换 DAC0832、运算 放大器,此种方法硬件要求简单,编程容易,同时能够实现所要求的功能。 1.2 单片机概述 单片微型计算机简称单片机3,是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit) , 常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机,单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个 逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机, 和计算机相比,单片机只缺少了 I/O 设备。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它 的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用
15、单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。 由于单片机在工业控制领域的广泛应用,单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发 展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中,使计算机系 统更小,更容易集成复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器,当时的单片机都是 8 位或 4 位 的。其中最成功的是 INTEL 的 8031,此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。 因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管 2000 年以后 ARM 已经发展出了 32 位的主频超过 3
16、00M 的高端单片机,直到目前基于 8031 的单片机还在广泛的使用。在很 多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了广泛的应用。事实 2 上单片机是世界上数量最多处理器,随着单片机家族的发展壮大,单片机和专用处理器 的发展便分道扬镳。 现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、 计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。 汽车上一般配备 40 多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时 工作!单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的总和,甚至比人类的数量还要多。 1.3 信号发生器
17、概述 信号发生器可以构成独立的信号源1,也可以是高性能网络分析仪、频谱分析仪以 及自动检测设备的组成部分。信号发生器的关键技术是多种高性能仪器的支撑技术,因 为它能够提供高质量的精密信号源及扫频源,可使相应的系统检测过程大大简化,降低 检测费用并且极大的提高了检测精度。信号发生器的总体趋势将向着高频率覆盖、高频 率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。目前,市场上的信号发生器多种 多样,一般按照频带分为以下几种:(1)超高频:频率范围为 1MHZ 以上,可达几十兆 赫兹。(2)高频:几百 KHZ 到几百 MHZ。(3)低频:频率范围为几十 HZ 到几百 KHZ。(4)超低频:频率范围为
18、零点几赫兹到几百赫兹。超高频信号发生器产生波形一般 用 LC 振荡电路。高频、低频和超低频信号发生器,大多使用文氏桥振荡电路,及 RC 振荡电路,通过改变电阻和电容值来改变频率。用以上原理设计的信号发生器,其输出 波一般只有两种,即正弦波和脉冲波,其零点不可调,而且价格比较贵,一般在几百元 左右。在实际应用中,超低频和高频波一般是不用的。采用单片机 AT89C51,加上一片 DAC0832 就可以做成一个简单的信号发生器,加上按键电路、显示电路及放大电路, 就可以实现频率幅值可调。这样的信号发生器体积小,价格便宜,耗电少,频率适中, 便于携带。 1.4 研究题目及其意义 信号发生器是一种经常使
19、用的设备2,由纯粹物理器件构成的,传统的设计方法存 在许多弊端,如:体积较大、重量较沉、移动不方便、信号失真较大、波形形状调节过 于死板,无法满足用户对精度、便携性、稳定性等要求,研究设计出一种具有频率稳定、 准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前 景。以满足工业领域对信号源的要求。 本次试验实现利用单片机 AT89C51 和 8 位 D/A 转换芯片 DAC0832 共同实现方波、 锯齿波、三角波、正弦波这四种常用波形的发生。根据设计的要求,对各种波形的频率 和幅度进行程序的编写,并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中,当 接收到来自外界的命
20、令,需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生 3 程序,经电路的数/模转换器和运算放大器处理后,从信号发生器的输出端口输出。并且 可以通过数码管和键盘显示模块,键盘可以实现对几种波形的切换。 1.5 本论文主要研究的内容 本设计采用 89C51 及其外围扩展系统,软件方面主要是应用 C 语言设计程序。系统 以 89C51 单片机为核心,配置相应的外设及接口电路,用 C 语言开发,组成一个多功能 信号发生系统。同时,本系统中任何一部分电路模块均可移植于实用开发系统的设计中, 电路设计具有实用性。 本设计将完成以下几个方面的工作: (1)选芯片,尽量满足一般工业控制要求、以增强其实用
21、性。 (2)原理图设计在保证正确的前提下,尽量采用典型的电路设计。 (3)固化于单片机芯片中的软件采用模块设计,层次清楚,具有上电复位及初始化 功能,具有很好的软件开发框架。 (4)掌握单片机仿真软件 Proteus7.0 的使用。为此,论文包括以下内容: 一 绪论。主要介绍单片机发展概况和信号发生器的概述,为以后几章的介绍奠定 基础。 二 系统总体方案设计。本章主要考虑系统性能和功能。包括两个主要内容:总体 方案设计与设计的功能。其中总体设计方案包括考虑到多个符合条件的方案设计,并且 对这几个方案进行比较,包括性能,价格,实用性等,最终确定下最优的设计方案。系 统设计功能包括设计所完成的基本
22、功能。 三 系统各元器件的介绍。本章对电路中所使用的器件功能进行了详细的介绍。 四 系统硬件设计。本章对各功能模块进行了大体的介绍,更好的理解所设计的电路 图,理解各功能模块实现的功能。 五 系统软件设计。对软件设计部分作了详细的介绍,各程序模块的实现作了介绍。 六 结论。对设计进行自我的总结。 4 第 2 章 信号发生器方案设计与选择 信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、 波形信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。本文利用单片机构造低频信号发生器, 可产生正弦波,方波,三角波,锯齿波四种波形,再通过 D/A 转换器 DAC0832 把数字 信号转变为模拟
23、信号,经 LM358 放大输出到示波器,与此同时外接 8 位 LED 显示输出 信号的类型和频率。 2.1 方案设计与选择 信号发生器的设计方案可用多种方案来实现。在设计前对各种方案进行比较得到最 优的涉及方案: 采用软硬件结合法,此波形发生器设计方法同时兼具软硬件设计的优势:既具有纯 硬件设计的快速、高性能,同时又具有软件控制的灵活性、智能性。辅以键盘控制、LED 显示等电路,设计出智能型函数波形发生器,采用软硬件结合的方法可以实现功能较全、 性能更优的波形发生器,同时还可以扩展波形发生器的功能,比如利用单片机 AT89C51 和 8 位 D/A 转换芯片 DAC0832 共同实现正弦波、方
24、波、三角波和锯齿波这四种常见波 形的发生,并且可以接受外部按键来切换波形,调节频率和幅值。 此方案利用单片机构成的应用系统有较高的可靠性,系统的扩展和系统的配置灵活 方便。容易构成各种规模的应用系统,且应用系统有较高的软硬件利用参数。单片机具 有可编程性,硬件的功能描述可完全在软件上实现,而且设计时间短,成本低,可靠性 高。因此选本方案作为设计的方案。 2.2 设计原理简介 该信号发生器原理框图如图 2-1,总体原理为:利用 AT89C51 单片机构造低频信号 发生器,可产生正弦波,方波,三角波,锯齿波四种波形,通过 C 语言对单片机的编程 即可产生相应的波形信号,并可以通过键盘进行各种功能的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 低频 信号发生器 设计 论文
链接地址:https://www.31doc.com/p-3261145.html