函数信号发生器的设计与实现.docx

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函数信号发生器的设计与实现

摘要

信号发生器是科研、教学实验与各种电子测量技术中很重要的一种信号源，随着科学技术的迅速发展，对信号源的要求也越来越高，要求信号源的频率稳定度、准确度与分辨率要高、以适应各种高精度的测量，为了满足这种高的要求，各国都在研制一些频率合成信号源，这种信号源一般都是由一个高稳定度和高准确度的标准参考频率源，采用锁相技术产生千百万个具有同一稳定度和准确度的频率信号源，为了达到高的分辨率往往要采用多个锁相环和小数分频技术，因此使电路复杂、设备体积圈套、成本较高，传统的频率合成器由于采用倍频、分频、混频和滤波环节，使频率合成技术（DDS），与传统的频率合成技术相比，DDS具有频率分辨率高、频率转变速度快、输出相位连续、相位噪声低、可编程和全数字化、便于集成等突出优点、成为现代频率合成技术中的佼佼者，得到越来越广泛的应用，成为众多电子系统中不可缺少的组成部分。

本文介绍一种以AT89S52、AD9850和8279为核心器件的DDS正弦信号发生器。

AD9850是一款专业极的正弦信号产生器件。

它的特点正如上文所述的，电路整体结构简单，输出信号波形好，控制简单，而且易于实现程控。

AT89S52和8279将在正文部分仔细的说明。

本次因为是毕业设计，我也首次采用12864LCD作显示器件。

采用12864作显示器件的好处是可以显示汉字。

关键词：

单片机，电压A/D转换，C语言

TitleFunctionsignalgenerator’sdesignandRealization

Abstract

Signalgeneratorisaresearch,teachingexperimentsandavarietyofelectronicmeasurementtechnologyisveryimportantasasignalsource,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,demandsonthesignalsourcemoreandmorerequirethesignalsourcefrequencystability,higheraccuracyandresolutiontosuitavarietyofhigh-precisionmeasurements,inordertomeetthishighdemand,allcountriesinthedevelopmentofanumberoffrequencysynthesizedsignalsource,suchsourcesarenormallyahighstabilityandhighaccuracydegreeofstandardreferencefrequencysource,usingphase-lockedwiththesametechnologiesusedtoproducemillionsofadegreeofstabilityandaccuratefrequencysignalsource,inordertoachievehighresolutionandoftenusingmultiplephase-lockedloopfractional-Ntechnology,divider,mixerandfilterlinks,sothatfrequencysynthesis（DDS）,andcomparedtotheconventionalfrequencysynthesis,DDShasafrequencyresolutionhighfrequencychangesinspeed,theoutputphasecontinuous,lowphasenoise,programmableandfullydigital,easyintegrationandotheradvantages,becomeamodernleaderinsynthesizertechnology,getmoreandmorewidelyused,alargenumberofelectronicsystemsanindispensablecomponent.

ThisarticledescribesakindofAT89S52,AD9850and8279asthecorecomponentoftheDDSsinewavegenerator.AD9850isahighlyprofessionalsinesignalgenerationdevice.Itfeatures,asdescribedabove,thecircuitstructureissimple,theoutputsignalwaveformisgood,controlissimpleandeasytoimplementprogram-controlled.AT89S52and8279willbedetailedinthebodyofthenote.

Thisisbecauseagraduationproject,Iwasfirstintroduced12864LCDfordisplaydevices.12864foruseofthebenefitsofdisplaydevicecandisplayChinesecharacters.

Keywords：

DDS,MCU,AD9850,LCD,Clanguage

1.前言

函数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,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、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、生物医学等领域，函数信号发生器在实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

1.1本课题的研究现状

函数发生器既可以构成独立的信号源，也可以是高性能网络分析仪、频谱仪与其它自动测试设备的组成部分。

函数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与扫频源，可使相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并极提高检测精度。

美捷伦生产的33250A型函数/任意波形发生器可以产生稳定、精确和低失真的任意波形，其输出频率围为1μHz～80MHz，而输出幅度为10mVpp～10Vpp；该公司生产的8648D射频信号发生器的频率覆盖围更可高达9kHz～4GHz。

国产SG1060数字合成信号发生器能双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形，频率覆盖围为1μHz～60MHz；国产S1000型数字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源，同时应用DDS和锁相技术，使频率围从1MHz～1024MHz能精确地分辨到100Hz，它既是一台高精度的扫频源，同时也是一台高精度的标准信号发生器。

还有很多其它类型的信号发生器，他们各有各的优点，但是函数发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、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，一般按频带分为以下几种：

超高频：

频率围1MHz以上，可达几十兆赫兹。

高频：

几百KHZ到几MHZ。

低频：

频率围为几十HZ到几百KHZ。

超低频：

频率围为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，即RC振荡电路，通过改变电容和电阻值，改变频率。

用以上原理设计的信号发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉冲波，其零点不可调，而且价格也比较贵，一般在几百元左右。

在实际应用中，超低频波和高频波一般是不用的，一般用中频，即几十HZ到几十KHZ。

用单片机89S52,加上一片DAC0832,就可以做成一个简单的信号发生器，其频率受单片机运行的程序的控制。

再在DAC0808输出端加上一些电压变换电路，就完成了一个频率、幅值、零点均可调的多功能信号发生器的设计。

这样的机器体积小，价格便宜，耗电少，频率适中，便于携带。

1.2选题目的与意义

函数发生器是一种经常使用的设备，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、移动不够方便、信号失真较大、波形种类过于单一、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等的要求，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，以满足军事和民用领域对信号源的要求。

本次设计的主要目标是学习和运用单片机的C语言和汇编语言，通过现有多功能电子学习机部分已有器件，实现利用单片机AT89C52和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现正弦波，方波，三角波，锯齿波这四种常见波形的发生，并且可以接收外接键盘输入而在一定围改变频率。

在无标准函数发生仪器时，本设计可以作为简单的函数发生器使用。

本次设计准备在成本交低廉的前提下完成，使用的都是该学习机上器件，主要是用单片机AT89C52，DAC0832，性能指数都不是很高，所以对此信号源的基本要能发生几种常见的波形，正弦波，方波，三角波，锯齿波，并且能够在一定的围改变频率。

通过该课题的设计掌握以AT89C52为核心的单片机系统的软硬件开发过程和基本信号的产生原理、测量与误差分析方法，同时掌握函数发生器系统的设计流程；培养我们综合运用所学的基本知识、基本理论和基本技能的能力，学习解决一般工程技术和有关专业问题的能力，学习工程设计和科学研究的基本方法，完成对所学知识的综合训练。

1.3发展函数信号发生器的意义

当今是科学技术与仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步，给人们带来了根本性的转变。

现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。

单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响汽车，处处可见其应用。

因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。

一块单片机芯片就是一台计算机。

由于单片机的这种特殊的结构形式，在某些应用领域中，它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的一些工作。

使其具有很多显著的优点和特点，因此在各个领域中都得到了迅猛的发展。

单片机的特点归纳起来有以下几个方面。

1）具有优异的性能价格比

单片机尽可能地把应用所需的存储器,各种功能的I/O接口集成在一块芯片,因而其性能很高,而价格却相对较低廉,即性能价格比很高。

2）集成度高、体积小、可靠性高

单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因而集成度高，均为大规模或超大规模集成电路。

又部采用总线结构，减少了芯片之间的连线，这大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。

同时，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。

3）控制功能强

单片机体积虽小，但“五脏俱全”，它非常适用于专门的控制用途。

为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令，I/O口的逻辑操作指令以与位操作指令。

其逻辑控制功能与运行速度均高于同一档次的