学位论文简易低频信号源设计.docx
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学位论文简易低频信号源设计
摘要
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，函数信号，脉冲信号和随机信号发生器等四大类。
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产生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，正弦波等。
该设计方案提出的是利用单片机作为控制器，用中断查表法完成波形数据的输出，再用D/A转换器输出规定的波形信号。
方波信号直接由单片机的端口输出。
结合功能要求情况，使用单片机作为控制器，使用DAC0832作为D/A转换器。
功能按键使用单片机的3个端口。
使能输出频率有较好的稳定性，元器件比较常见，价格低廉，电路设计方便。
关键字：
单片机D/A转换器低频信号源
Abstract
Signalgeneratoristoproducetherequiredparametersofelectricaltestinstrumentsofsignals.Waveformscanbedividedintosinusoidalsignalfunctionsignals,pulseandrandomsignalgeneratorandotherfourcategories.Signalgenerator,alsoknownasthesignalsourceoroscillator.Inproductionandhasbeenwidelyusedinthefieldsofscienceandtechnology.Variouswaveformscanproducetrigonometricequations.Canproduceavarietyofwave,trianglewave,sawtoothwave,sinewave,andsoon.Thedesignoptionsareusedascontroller,interrupttablelook-upmethodcompletetheoutputwaveformdata,andd/aconvertersoutputsignalsprovided.Squarewaveoutputdirectlyfromtheport.Combinedwithfunctionalrequirements,usingascontroller,DAC0832isusedasad/aconverter.Functionkeyusethe3ports.Enabledoutputfrequencyhasabetterstability,morecommoncomponentsandlowprice,andcircuitdesign.
Keywords:
monolithicd/aconverterforlowfrequencysignalgenerator
目录
摘要I
AbstractII
1任务描述1
1.1任务主要内容及要求1
1.2对设计说明书，论文撰写内容，格式，字数的要求1
2设计方案2
2.1设计总体思路3
3系统硬件电路的设计3
3.1控制部分3
3.2数模转换部分3
3.2.1DAC0832芯片介绍3
3.2.2DAC0832引脚介绍3
3.2.3DAC0832工作方式4
4软件部分5
4.1主程序5
4.2初始化函数5
4.3键扫描子程序6
4.4波形数据产生子程序7
4.5波形查找表程序8
4.5.1三角波查找表8
4.5.2正弦波查找表9
5调试及性能分析11
小结12
致谢13
参考文献………………………………………………………………………………………………………..14
附录……………………………………………………………………………………………………………..15
1任务描述
1.1设计主要内容及要求
基于单片机的简易低频信号源的设计。
1）简要说明
用单片机设计出一个简易低频信号源。
此多路数字电压表完成产生正弦波、三角波和方波功能。
2）任务和要求
设计一个简易低频信号源，该低频信号源基本功能：
能输出0.1-50Hz的正弦波、三角波和方波信号，其中正弦波和三角波信号可以用按键选择输出，输出信号的频率可以在0.1-50Hz范围内任意调整。
由于要求的输出信号频率较低，因此考虑使用单片机作为控制器，用中断查表发完成波形数据的输出，再用D/A转换器输出规定的波形信号。
方波信号直接由单片机的端口输出。
3）训练目标
熟练使用Keil开发环境，具备使用C语言编写单片机程序的初步能力，通过完成本课题的软硬件设计，使同学们了解单片机实例的整个开发流程。
1.2对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数要求
1）课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。
2）学生应撰写的内容为：
中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。
课程设计说明书（论文）的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。
应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。
3）说明书（论文）手写或打印均可。
手写要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。
4）课程设计说明书（论文）装订顺序为：
封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。
2设计方案
2.1设计总体思路
由于输出信号的频率较低，因此考虑使用单片机作为控制器，用中断表法完成波形数据的输出，再用D/A转换器输出规定的波形信号。
方波信号直接由单片机的端口输出。
结合功能要求情况，决定使用AT89S52作为控制器，用DAC0832作为转换器。
功能按键使用单片机的3个端口。
实现系统的结构框图如图所示。
图2.1简易低频信号源系统结构框图
3系统硬件电路的设计
3.1控制部分
控制芯片选择ATMEL公司的AT89S52单片机。
芯片为40脚双列直插封装，工作电压为5V,具有13个I/O口，完全符合系统设计要求。
控制系统按最小化工作模式设计，P3.0~P3.2脚接3个按键，其中T1为频率增加键，T2为频率减少键，T3为正弦波与三角波的选择按键。
P1口输出波形数据，其中P1.0和P1.1脚须外接上拉电阻。
3.2数/模转换部分
DAC0832是COMS工艺制造的8位数/模转换器，属于8位电流输出型D/A转换器，转换时间为1us，片内带有输入数字锁存器，其引脚排列和内部组成原理图所示。
DAC0832与单片机接成数据直接写入方式，当单片机把一个数据直接写入DAC寄存器时，DAC0832的输出模拟电压信号随之对应变化。
利用D/A转换器可以产生各种波形，如方波、三角波、锯齿波等以及它们组合产生的复合波形和不规则波形。
这些复合波形利用标准的测试设备是很难产生的。
3.2.1DAC0832芯片介绍
DAC0832是美国半导体公司的DAC0832芯片是具有两个输入数据寄存器的8位DAC，它能直接与AT89S52单片机连接，其主要特性为下：
分辨率为8位。
电流输出，建立时间为1us。
双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入。
单一电源供电（+15V~+15V）。
低功耗，20Mw。
3.2.2DAC0832引脚介绍
DAC0832的引脚如下，引脚功能如下：
DI0~DI7：
8位数字信号输入端，与单片机的数据总线P0端口相连，用于接受单片机送来的待转换为模拟量，DI为最高位。
CS:
片选端，当CS为低电平时，本芯片被选中。
ILE：
数据锁存允许控制端，高电平有效。
WR1：
第一级输入寄存器写选通控制，低电平有效。
当CS=0，ILE=1，WR1=0时，待转换的数据信号被锁存到第一级8位输入寄存器中。
XFER：
数据传送控制，低电平有效。
WR2：
DAC寄存器写选通控制端，低电平有效。
当XFER=0，WR2=0时，输入寄存器中待装换传入8位DAC寄存器中。
Iout1：
D/A转换器电流输入1端，输入数字量全为1时，Iout1最大；输入数字量全为0是，Iout1最小。
Iout2：
D/A转换器电流输出2端，Iout1+Iout2=常数。
Rfb：
外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻，根据需要也可外接反馈电阻。
Vcc：
电源输入端，在+15V~+15V范围内。
DGND：
数字信号地。
AGND：
模拟数字信号地，最好与基准电压共地。
图3.1DAC0832引脚图
3.2.3DAC0832工作方式
DAC0832有双缓冲、单缓冲和直通3种方式。
双缓冲工作方式：
进行两级缓冲。
单缓冲工作方式：
只进行一级缓冲。
直通工作方式：
不进行缓冲，适合于比较简单的场合。
4软件部分
4.1主程序
/********************************************主函数**************************************/
main（）
{
clearmen（）;
while
（1）
{
keyscan（）;
}
}
主程序的任务是进行上电初始化，并在程序运行中不断查询按键情况，执行相应的功能，定义初始化函数clearmen，键扫描子函数keyscan。
4.2初始化函数
初始化子程序的主要工作是设置定时器的工作模式、设置初始值、开中断和开定时器等。
在这里，定时器T1工作于16位定时模式，单片机按定时时间重复地把波形数据送到DAC0832的寄存器。
初始化子程序流程图如下，程序如下。
图4.1初始化子程序流程图
//
/********************************************初始化函数***********************************/
clearmen（）
{
key=0xff,dataout=0x00;THHL=65535;//按键输入状态，波形输出为0
TH1=THHL/256;TL1=THHL%256;//装定时初始值（T1用）
TMOD=0x11;ET1=1;TR1=1;EA=1;//16位定时模式，T1中断允许，开定时器，
}
//
按键初始状态为高电平，有按键按下会检测到低电平；波形数据输出为零；寄存器THHL初值为65535，高八位为65535除以256，余数放在低八位；计数器选择16位的定时模式；允许T1中断，开定时器。
4.3键扫描子程序
键扫描子程序的任务是检查3个按键是否有键按下，若有键按下，则执行相应的功能。
在这里，3个按键分别用于频率增加、频率减少和正弦波和三角波的选择功能。
键扫描子程序流程图和程序如下。
图4.2键扫描子程序流程图
/*******************************************键扫描子函数**********************************/
keyscan（）
{
keyword=key&0x07;
if（keyword!
=0x07）
{
while（（key&0x07）!
=0x07）;
switch（keyword）
{
case6:
{if（THHL>=65235）THHL
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