简易多功能函数信号发生器 毕业设计论文定稿.doc
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1、 华北水利水电学院毕业设计分类号 编 号 华北水利水电学院North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power毕 业 设 计题目 简易多功能函数信号发生器 院 、 系 信息工程系 专 业 电子信息工程 姓 名 学 号 指导教师 2010年5月20日华北水利水电学院本科生毕业设计(论文)开题报告 2010 年 月 日学生姓名占丹学号200814706专业电子信息工程题目名称简易多功能函数信号发生器课题来源导师提供主要内容背景 函数信号发生器是一种能能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称
2、为函数信号发生器。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。现在我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。我们通过对电路的分析,参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。按照设计的方案选择具体的原件,焊接出具体的实物图,并在实验室对焊接好的实物图进行调试,观察效果并与课题要求的性能指标作对比。最后分析出现误差的原因以及影响因素。课题的目的和意义 通过本次设计掌握产品设计的流程,能灵活的使用S52单片机,并根据设计要求选择合适的元器件,充分考虑了产品的成本,同时通过模块框图到电路
3、图再到仿真,充分理解了相关软件,如proteus的使用,也对整个产品设计时的调试等必要的环节有了更深刻的体会。 本次设计的意义在于通过选元件,连线焊接,调试检测等过程,锻炼自己的理论联系实际的能力和实际操作能力,从而综合性地巩固所学的知识。这次设计使我们学会综合的运用所学专业知识去分析、解决实际问题;较熟练地掌握了通过文献检索、资料查询从而获取新知识的方法;巩固了计算机软件、硬件或应用系统设计和开发的基本能力。系统的功能要求 本次设计包含以下部分:LCD液晶显示,电源部分,按键控制模块,数模装换模块。同时在设计上采用智能化、人性化的思路,使该系统具有了良好的显示效果和简便的操作。设计思路如下:
4、1在编程语言的选择上,充分考虑了软件编程的灵活性。所以本设计采用C语言作为编程语言。2在仿真工具的选择上,采用Proteus仿真软件。因为它实现了单片机仿真和分析电路仿真相结合,并支持主流单片机系统的仿真。本设计的总体目标是:在学习S52系列单片机的基础上,设计出的按键控制波形种类和频率的调节及相关功能部分的外围电路,从而实现设计产品的目标功能。其中主要的外围功能电路有:按键选择部分;LCD显示部分;数模转换部分;波形幅度调节部分;和信号放大部分;电源部分等。通过对以上各功能的设计,制作出的信号发生器应具有以下功能:1、基于S52系列单片机的硬件设计;2、实现S52系列单片机液晶显示的硬件设计
5、;3、数模转换、放大电路的设计;4、在未启动时时,LCD不显示,在启动后,LCD显示波形种类和频率。5、最终达到以下功能输出电压 正弦波Upp5V 幅度连续可调; 三角波Upp5 V 幅度连续可调; 方波 Upp5 V 幅度连续可调 本设计的主要设计思路如下:先要根据所要实现的目标和已有的的硬件条件完成理论论证,而后根据需要编写程序,最后设计出原理图和生成仿真图,并用万能板实现理论功能(焊接),再结合软件检测系统,并进行调节。总体设计软硬件结构图硬件原路图软件流程图程序总体流程图 键盘扫描流程图采取的主要技术路线或方法总体设计采用的方法:1.硬件设计(1)画硬件流程框图,显示各个小模块的功能(
6、2)考虑各种因素选择元器件(3)画出硬件原理图2.软件设计(1) 画流程图,确定程序的执行方案。(2) 编程语言选用C语言。(3) 程序的编写上,采用模块化的设计方法,使它具有易读、易改的特性。(4) 仿真工具使用Proteus和Keil联调仿真软件。3.焊接、调试预期的成果及形式通过设计能更深地了解硬件设计的基本流程和基本方法,能熟练地运用主要的设计工具Proteus和Keil等,完成原理图等各个步骤的设计 。根据原理图焊接出实物电路板。形式有:实物电路板、设计论文、电路图时间安排第 1 2 周:查阅文献,了解掌握吸纳,构思发生器的基本工作原理,熟悉相关的编程语言以及需求分析。第 2 4周:
7、做有关设计的前期工作,对该系统进行总体框架设计。第 4 7周:在该系统的框架下进行编码,实现预期的功能,然后进行焊接电路板。第710周:系统整体设计。第1012周:毕业论文的撰写,修改、整理出设计正稿。指导教师意见签 名:年 月 日备注摘要 函数信号发生器是一种常用的信号源,广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。且特殊波形发生器的价格昂贵。目前使用的信号发生器大部分是函数信号发生器,它具有价格低、性能高和在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等特点。 本设计发生器采用AT89S52 单片机作为控制核心,外围采用模拟/数字转换电路(DAC0832)、运放电路(LM324)、
8、按键和LCD液晶显示电路等。设计采用AT89S52单片机和一片DAC0832数模转换器以及一些外围电路组成低频信号发生器。此发生器能产生从10100HZ,2002000HZ的低失真正弦波、三角波、矩形波等信号。输出波形的频率和种类可用程序控制改变。在单片机上加外围按键,通过按键控制波形频率的增减以及波形的选择,并用了LCD显示频率大小和波形种类。在单片机的输出端口接DAC0832进行D/A转换,再通过运算放大器进行波形幅度调整,最后输出波形接在示波器上显示。 本设计根据要求主要研究了软件编程实现波形和频率的可调。外围电路实现数模转换和信号波形放大。由于采用了LM324运算放大器和稳压电路,使其
9、电路更加具有较高的稳定性能,性能比高。此电路清晰,出现故障容易查找错误,操作简单、方便。具有典型性。关键词:函数信号发生器;单片机; DAC0832;AT89S52Abstract Signal generator is a common signal source, widely used in electronic circuits, automatic control systems, and teaching experiments and other fields. waveform generator and a special price of expensive . Curre
10、ntly used mostly function signal generator signal generator。it has low cost, high performance and good stability at low frequency within the range, easy operation, small size, power consumption and so on. The design generator using AT89S52 microcontroller as the control, external analog / digital co
11、nversion circuit (DAC0832), operational amplifiers circuit (LM324), buttons and LCD liquid crystal display circuit.,etc.Design using AT89S52 microcontroller and a DAC0832 DAC as well as some peripheral circuit a low period of wave. The generator can produce from the 10-100HZ ,200-2000HZ, low-distort
12、ion sine wave, triangle wave, square wave signal, etc. the period of wave can be controlled by procedure, at outer circle spare part of the machine, plus independence type keyboard , which can control wave increase or decrease of form-frequency and the choice of wave-form, at the same time LED displ
13、ay frequency size. The output of the machine connect DAC0832 to carry on a DA conversion,again pass operation amplifier to put an end exportation wave-form. The major design required study a software programming waveform and frequency adjustable. External digital-analog conversion circuit and signal
14、 waveforms to enlarge. Because use the LM324 operational amplifier and voltage regulator circuit, so the circuit is with higher performance, the high performance. The circuit clear, easy to find failure error, simple and convenient. Is a typical circuit . Key words: signal generator; SCM; DAC0832; A
15、T89S52 目录华北水利水电学院本科生毕业设计(论文)开题报告1摘要5第一章 绪论81.1 课题背景、目的及意义81.2 设计要求和任务81.3 单片机概述91.3.1 单片机的发展91.3.2 单片机的应用101.4 AT89S52单片机111.5 信号发生器概述141.6 本论文主要研究的内容14第二章 系统设计方案162.1 系统分析162.1.1 问题定义162.1.2 系统可行性分析162.2 系统需求分析172.3 总体方案设计18第三章 硬件设计193.1 总体硬件设计193.2 系统模块设计193.2.1 电源设计193.2.2 显示器接口设计193.2.3 复位与时钟电路设
16、计223.2.4 键盘接口设计233.2.5 D/A转换设计253.2.6 I/V转换波形输出电路28第四章 软件设计及测试314.1软件总体设计314.2 软件功能设计31系统总流程图如下图4-1:31图4-1 系统总流程框图324.3 PROTEUS软件仿真354.4 系统测试报告40结论与展望41致 谢42参考文献43附录一 源程序43附录二 电路原理图54附录三 硬件实物图55附录四 外文资料翻译56第1章 绪论1.1 课题背景、目的及意义 随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展,促使信号发生器种类增多,性能提高。尤其随着70年代微处理器的出现,更促使信号
17、发生器向着自动化、智能化方向发展。现在,许多信号发生器带有微处理器,因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能,可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向发展。 在科学研究、工程教育及生产实践中,如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域,常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中,以及一些科学研究中,锯齿波和正弦波信号是常用的基本测试信号。信号发生器作为一种通用的电子仪器,在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。 但市面上能看到
18、的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产,都使我们研制一种低功耗、宽频带,能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器成为可能。 该设计课题的研究和制作全面说明对低频信号发生系统要有一个全面的解、对低频信号的发生原理要理解掌握,以及低频信号发生器工作流程:波形的设定,D/A转换,单片机(S52单片机,显示电路,键盘控制),显示和各模块的连接通信等各个部分要熟练联接调试,能够正确的了解常规芯片的使用方法、掌握简单信号发生器应用系统软硬件的设计方法,进一步锻炼了我们在信号处理方面的实际工作能力。1.2 设计要求和任务 熟悉和
19、掌握单片机的结构和工作原理,了解信号发生器的工作原理。掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法,并通过实际程序的设计和调试,逐步掌握模块化程序的设计方法和调试技术;了解开发单片机应用系统的全过程。综合运用所学专业知识解决工程问题。 具体设计要求如下:(1) 具有产生正弦波、三角波、方波三种波形的功能。(2) 输出波形的频率范围为102000Hz;(3) 输出波形幅度范围05V(峰峰值)。(4) 通过键盘输入任意频率数值和选择任意波形。(5) 具有显示输出波形的类型、重复频率(周期)的功能。1.3 单片机概述 单片微型计算机(单片机)作为微型计算机的一个很重要的分支,自问世以来,以其极高的性价比,
20、受到人们的重视和关注,因此应用广泛,发展迅速。相对而言,单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强,对环境要求不高,并且价格低廉、可靠性高、灵活性好,开发较为容易。目前,在我国,单片机已经广泛地用于智能仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器和数据处理等各个方面。1.3.1 单片机的发展 单片机诞生于20世纪70年代。最初的单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(简称CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上,构成一个最小的计算机系统。现代的单片机则增加了更多的片内外设(比如定时器、计数器、串行口、中断、并行I/O口,甚至包括A/D转换器、脉宽调制器
21、PWM等),使得单片机的功能越来越强大,应用领域越来越广泛。因为这样一块芯片就具有一台计算机的功能,因而被称为单片微型计算机,简称单片机。由于单片机的硬件结构和指令系统都是按照工业控制要求来设计的,常用在工业的检查、控制装置中,因而也被称为微控制器(Micro-Controller)。 单片机按照其用途可以划分为通用型和专用型两大类。通常所说的单片机是指通用型单片机。通用型单片机是把可开发资源(如ROM,RAM,I/O口)全部提供给使用者。专用型单片机的硬件结构和指令是按照某个特定用途而设计的,如:频率合成调谐器(DDS)、USB控制器、收音机机芯控制器、打印机控制器等。 (1) 单片机发展历
22、史 20世纪70年代,微电子技术正处于发展阶段,集成电路属于中规模发展时期,各种新材料、新工艺尚未成熟。 1976年Intel公司推出了MCS-48单片机,这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机,并推向市场。 80年代初,单片机已经发展到了高性能阶段。 80年代,世界各大公司竞相研制出品种多、功能强的单片机,约有几十个系列,300多个品种,此时的单片机均属于真正的单片化,大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统,甚至还有一些带A/D转换器。其发展到了一个全新的阶段,应用领域更加广泛。 在众多品种的单片机中,MCS-51系列是我国较早引进的Intel公司的单片机
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