多种波形发生器的设计与实现学位论文.docx

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多种波形发生器的设计与实现学位论文

西安工业大学北方信息工程学院

本科毕业设计（论文）

题目：

多种波形发生器的设计与实现

系别：

电子信息系

专业：

通信工程

班级：

B090310

学生：

王海涛

学号：

B09031018

指导教师：

杨永侠

2013年06月

毕业设计（论文）任务书

系别电子信息系专业通信工程班级B090310姓名王海涛学号B09031018

1.毕业设计（论文）题目：

多种波形发生器的设计与实现

2.题目背景和意义：

随着信息技术的发展，现代电子系统对波形发生器提出了更高的要求。

高频率稳定度、高分辨率及极短的频率转换时间等是现代波形发生器的标准。

设计一款数字控制的多种波形发生器具有实际意义。

3.设计（论文）的主要内容（理工科含技术指标）：

（1）基本功能：

产生方波，正弦波，三角波等多种波形

（2）完成电路的方案设计

（3）完成系统的硬件电路设计

（4）完成系统的软件程序设计

（5）完成系统的整体安装、调试

输出出波形：

正弦波、方波、三角波

频率：

1Hz-20kHz；

频率分辨率：

0.05Hz；

幅度：

-5V-+5V

失真度：

＜15%

4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：

（1）选题、收集资料、确定开发工具、理解题目、开题报告[3周，2013年03月05日前]

（2）需求分析（需求说明书）、开发计划（项目计划书）[2周，2013年03月15日前]

（3）规划总体方框图以及各部分电路方框图[2周，2013年04月05日前]

（4）画各部分电路图[2周，2013年04月20日前]

（5）系统集成[2周，2013年05月05日前]

（6）系统测试[1周，2013年05月10日前]

（7）导师验收[1周，2013年05月10日前

（8）完成论文[1周，2013年5月15日前]

5.毕业设计（论文）的工作量要求撰写15000字论文

①实验（时数）*或实习（天数）：

无特别要求

②图纸（幅面和张数）*：

无特别要求

③其他要求：

查阅资料不少于10份

指导教师签名：

年月日

学生签名：

年月日

系主任审批：

年月日

说明：

1本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。

2带*项可根据学科特点选填。

多种波形发生器的设计与实现

摘要

基于单片机的波形发生器是一种常用的信号源，它广泛地应用在电子技术实验、自动控制系统和其他科研领域。

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。

目前使用的信号发生器大部分是函数信号发生器，且特殊波形发生器的价格昂贵。

利用单片机采用程序设计方法来产生波形，线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强等优点，而且还能对波形进行细微的调整，改良波形，易于程序控制。

本系统利用单片机AT89C52采用程序设计方法产生锯齿波、三角波、正弦波、梯形波四种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，并通过独立式键盘来控制四种波形的类型选择。

本次设计主要有单片机主控模块、数模转换模块、独立按键模块和延时锁存模块，由Protues和Keil软件来完成仿真。

关键词：

信号发生器；AT89C52单片机；DAC0832；独立式键盘；Protues；Keil

AVarietyofWaveformGeneratorDesignandImplementation

Abstract

ThewaveformgeneratorbasedonSCMisacommonsignalsource,itiswidelyusedinelectronictechnologyexperiment,automaticcontrolsystemandotherresearchareas.Thesignalgeneratorisacommonsignalsource,itiswidelyusedinelectroniccircuits,automaticcontrolsystem,teachingexperimentsandotherfields.Thesignalgeneratoriscurrentlyusedmostlyisfunctiongeneratorandspecialwaveformgeneratorissoexpensive.UsingSCMprogrammingmethodusedtogeneratewaveforms,relativelysimplelines,structurecompact,inexpensive,highfrequencystability,betterimmunityabilityandalsofine-tunedthewaveform.improvedwaveform,easyprocesscontrol.ThesystemusesAT89C52SCMProgrammingmethodusedgeneratesawtoothwave,trianglewave,sinewave,trapezoidalwavefourtypesofwaveforms.ThenbytheD/AconverterDAC0832transformthedigitalsignalintoananalogsignal,filteredandamplifiedthenultimatelybytheoscilloscopedisplayandthroughstand-alonekeyboardtocontrolfourwaveformtypeselection.ThedesignofthemainmodulesareMCUcontrolmodule,digitalandsimulationtransformmodule,independentkeysmodule,delaylatchmodule,bytheprotuesandkeilsoftwaretocompletethesimulation.

KeyWords:

SignalGenerator;AT89C52SingleChipMicrocomputer;DAC0832;IndependentTypeKeyboard;Protues;Keil

1绪论

1.1选题背景

单片机是一种集成的电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常。

用一般的信号发生器，不但笨重，而且只发一些简单的波形，不能满足需要。

例如用户要调试串口通信程序时，就要在计算机上写好一段程序，再用线连接计算机和用户实验板，如果不正常，不知道是通讯线有问题还是程序有问题。

基于单片机的简易波形发生器是一种常用的信号源,它广泛地应用在电子技术实验、自动控制系统和其他科研领域。

1.2课题研究的意义

波形发生器是电子技术领域中常见的信号源之一，在测量、自动控制、通信、广播和热处理等许多技术领域有着广泛的应用[1]。

波形发生器有产生三种或多种波形的波形发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。

随着信息技术的发展，现代电子系统对波形发生器提出了更高的要求。

高频率稳定度、高分辨率及极短的频率转换时间等是现代波形发生器的标准。

设计一款数字控制的多种波形发生器具有实际意义。

本课题采用的是以AT89C52为核心，结合DAC0808实现程控一般波形的低频信号输出，可产生梯形波、三角波、正弦波和锯齿波等多种波形，波形的周期可用独立按键改变，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点，并且它具有功能丰富稳定、价格便宜、操作方便特点，具有一定的推广作用。

1.3主要完成的工作

本系统利用单片机AT89C52采用程序设计方法产生锯齿波、三角波、正弦波、梯形波四种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，

滤波放大，最终由示波器显示出来，并通过按键来控制四种波形的类型选择。

2设计方案与选择

2.1设计方案

方案一：

555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路经之一，不用依靠单片机[2]。

555定时器构成多谐振荡器，利用充放电时间差控制电路，通过电位器稳定频率，然后利用积分电路得到方波、三角波、正弦波等多种波形。

方案二：

采用单片机（AT89C52）和数模转换芯片（DAC0832）实现波形的产生，波形的产生由按键控制，经过D/A和运放器输出波形。

方案三：

采用FPGA和DAC，使用直接数字频率合成技术可合成任意波形。

方案四：

使用传统的锁相频率合成方法。

通过芯片IC145152，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波，积分电路转换成波形[3]。

2.2方案选择

方案一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；方案三这种方式成本较高，程序复杂度高，不容易实现；方案四电路复杂，干扰因素多，不易实现；方案二此方案通过编程简化了外部电路，原理简单，容易实现。

综合考虑，采用方案二。

软硬件结合法软硬件结合的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。

如以单片机和单片集成函数发生器为核心，辅以键盘控制、液晶显示等电路，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，比如通过软件编程控制实现波形的存储、运算、打印等功能，采用USB接口设计。

使波形发生器具有远程通信功能等[4]。

目前，实验、科研和工业生产中使用的信号源大多采用此方法来实现。

3硬件电路设计

本方案是基于AT89C52与DAC0832的单缓冲方式（单缓冲方式是控制输入锁存器和DAC寄存器同时接收资料，或者只用输入锁存器而把DAC寄存器接成直通方式。

此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形）接口电路来设计[5]。

单缓冲式接口电路具有过程简单，容易实现。

由于本设计运用汇编的编程语言，导致用独立式键盘来实现简单控制。

本方案所产生的信号频率稳定性高，精确度高。

而且在硬件方面它所选的元器件比较常见。

其主要流程图和模块如图3.1所示。

图3.1硬件原理框图

3.1主要芯片介绍

3.1.1单片机AT89C52

AT89C52是51系列单片机的一个型号。

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I\O）端口，同时内含