多波形信号发生器控制与驱动电路设计学位论文.docx

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多波形信号发生器控制与驱动电路设计学位论文

本科毕业设计说明书

题目：

多波形信号发生器控制与驱动电路设计

摘要

多波形信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必不可少的工具，它产生的三角波、方波和正弦波是常用的基本测试信号。

根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，目前各类学校广泛使用的是标准产品，虽然功能齐全、性能指标高，但价格较贵。

传统的函数信号波形发生器通常由晶体管、运放IC等分立元件制成。

其发出的信号的稳定性，信号的失真度，频率的范围大小，都不是很理想。

于此相比，基于集成芯片的MAX038多波形函数信号发生器具有信号输出频率高、波形稳定、失真小、可控性强等特点。

利用信号进行仪器的控制已是自动控制理论中的一个重要的手段。

那么，一个幅度、频率、稳定性、占空比以及波形可调的信号发生器的设计和完成更具有实际价值。

本次设计是使用集成芯片MAX038为主要器件产生信号，通过外部电路控制产生信号的频率。

最终达到频率一定范围可调的多钟波形信号发生器。

关键词：

信号发生器；频率；MAX038；集成

Abstract

manywaveformsignalgeneratorisindustrialproduction,productdevelopment,thenecessarytoolsforscientificresearchandotherfields,itproducesthetrianglewave,squarewaveandsinewaveisacommonbasictestingsignals.Accordingtodifferentpurposes,therearethreeormorewaveformsoffunctiongenerator,thecircuitdevicecanbeusedintheseparationdevice,alsocanbeintegrateddevice,iswidelyusedintheisastandardproduct,althoughthefunctionisallready,highperformance,butthepriceismoreexpensive.Traditionalfunctionofthesignalwaveformgeneratorisusuallymadefromdiscretecomponentssuchastransistor,theop-ampIC.Thestabilityofthesignals,thedistortionofthesignal,therangeoffrequenciessize,isnotveryideal.BasedonintegratedchipMAX038,comparedtotheseveralsignalwaveformfunctionsignalgeneratorwithhighoutputfrequency,waveformisstable,smalldistortionandstrongcontrollability,etc.Oftheinstrumentbyusingthesignalcontrolisanimportanttechniqueintheautomaticcontroltheory.So,anamplitude,frequency,stability,adjustabledutyratioandwaveformsignalgeneratordesignandhasmorepracticalvalue.ThisdesignistouseanintegratedchipMAX038asthemaindevicesignal,throughanexternalcircuitcontrolsthefrequencyofthesignal.Eventuallyreachedmorethanarangeofadjustablefrequencyclockwaveformsignalgenerator

Keywords:

Signal，Generator，Frequency，MAX038，Integration

第一章绪论

1.1概述

当今世界处在信息时代，叠彩纷呈，千变万化的电子产品已经遍布人类生活的任何角落，不论是与生活和生产息息相关的日常用品，还是与宇宙探索和科学研究的高端工具都离不开电子仪器，而信号发生器是电子领域必不可少的工具，所以设计各类的信号发生器显得尤为重要，本次设计主要是以信号输出频率高、波形稳定、失真小、可控性强的MAX038产生基本信号（三角波、方波、正弦波）的中心器件，然后在以大规模集成的分频器MC145151辅以AT89C51来控制频率的变换，同时单片机还有一个作用，那就是选择波形的输出。

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，目前广泛使用的是一些标准产品，虽然功能齐全、性能指标较高，但是价格较贵，而且许多功能用不上。

这里介绍了一种由集成电路MAX038设计的简易信号发生器，该仪器具有结构简单、成本低、体积小、便于携带等特点，虽然功能及性能指标赶不上标准信号发生器，但足以满足一般的实验要求。

1.2信号发生器的发展现状

信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学实验等领域。

他是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备。

因此，信号发生器和示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普通、最基本的，也是应用最广泛的电子仪器之一，几乎所有的电参量的测量都需要用到信号发生器。

自六十年代以来，信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，扫描信号发生器，合成信号发生器，程控信号发生器等种类。

各类信号发生器的主要性能指标也都有了大幅度的提高，同时在简化机械结构、小型化、多功能等各方面也有了显著的进展。

近年来随着GSM、GPRS、3G、Bluetooth乃至已经被提出的标准的4G等移动通信以及LMDS，无线本地环路等无线接入的发展，同时加上合成孔径雷达、多普勒冲雷达等现代军事、国防、航空航天等在科技上的不断创新与进步，世界各国非常重视平率合成器的发展。

所有的这些社会需求以及微电子技术、计算机技术、信号处理技术等本身的不断进步都极大刺激了频率合成器技术的发展。

可以预料，随着低价格、高时钟频率、高性能的新一代DDS芯片问世，DDS的应用前景将不可估量！

1.3设计主要研究内容

硬件电路：

此次设计主要是以高频精密函数信号发生器MAX038为中心器件，再辅以大规模集成分频器MC145151来构成基本的输出频率，当然还有控制器件AT89C51来控制频率的输出。

第二章信号发生器多种方案的比较

2.1方案一

说明:

由于开始想到了曾经做过的课程设计里，有过波形的相互转换，且方波很容易实现，所以选择了先产生方波，然后再由方波通过转换为三角波、正弦波。

转换方法很多，现各只选一种介绍，具体实现电路如下。

2.1.1方波产生电路

使输入电压经过一定的外围参数构成的电压比较器，高于参考电压为地，如果正向输入端电压高于接地端，输出高电平，反之，输出低电平，产生方波。

图2-1方波产生电路

2.1.2方波变三角波

如图2-2，由集成运放和外围电路构成的是积分电路，对输入端积分后输出。

对方波积分就得到三角波。

图2-2方波转换为三角波

2.1.3方波转换为正弦波

用电阻和电容接成RC滤波电路。

在R1和C1过后的节点处波形是三角波，最后输出是正弦波。

图2-3方波转换成正弦波电路图

2.2方案二

利用单片机编程的方法来实现波形的输出。

可选用AT89C51通过软件来产生原始信号（方波、三角波、正弦波），输出相应波形的数字信号，再用D/A转换器输出相应波形的模拟信号。

用DAC0832将输出的数字信号转换为模拟信号，再经过两级模拟放大后输出。

可以使用按键扫描来实现波形和频率的变化。

图2-4电路图

2.3方案三

由于电路设计过于复杂，不在此画出，只简述流程。

（1）设计流程

将系统时钟50MHz送入预分频模块，输出为220Hz。

后将其送入DDS累加器作为它的时钟信号。

DDS累加器的步长由累加步长控制模块控制，设计频率显示模块显示输出频率。

将DDS累加器数据前8位送入ROM进行相位到幅值的转换，ROM输出经过DAC和低通滤波器，最后用示波器显示波形。

（2）功能模块连接图

按键选择

步长选择

累加步长控制模块

预分频模块

32位

DDS累加器模块

20位

波性存储器模块

频率显示模块

D/A转换器

低通滤波器

图2-5

2.4方案四

选用MAX038为产生基本波形（方波、三角波、正弦波）的中心芯片，再以MC145151分频器合成需要的频率，由AT89C51控制，使输出一定频率的信号波形。

方案最终选择：

方案一：

虽然原理简单，但主要问题是无法解决频率连续变换。

方案二：

原理和硬件都比较简单，但是信号波形由于是软件实现，所以容易受到

干扰，故输出波形不稳定。

方案三:

虽然功能齐全，波形稳定，但是原理和电路都比较复杂且大多数功能在

平常的实验检测中用不到，造成浪费

方案四：

原理简单且波形输出稳定，也可以满足日常的试验检测。

综上所述选择方案四比较符合本次设计的理念

第3章信号发生器的主要元器件介绍

3.1控制芯片AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

图3-1AT89C51管脚图

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。

初始化后，程序计数器PC指向00