数字信号发生器设计.docx

1、数字信号发生器设计数字信号发生器设计、调试报告吴穹 3008204227 08级电信2班孟岱 3008204220 08级电信3班谢学典 3008204228 08级电信3班设计目标陈述1. 基本要求：对所输入的频率及幅值，信号发生器根据频率值决定采样点数合成一个数字信号，然后通过一个数模转换器，将数字域向模拟信号转变，最后经过缓冲放大、滤波、保护电路对模拟信号进行修正，从输出端得出一个完整的正弦波形、方波或者锯齿波。2. 参数要求：幅值在0到5V可调。输出端频率最大为100Hz。3. 实现功能：可用键位控制频率，输出模式，占空比，并用数码管显示频率，可显示3种不同波形（方波，正弦波，锯齿波）

2、。完成情况简述1 对输入的频率，设计的数字信号发生器都能输出一个完整的正弦波；方波和锯齿波的输出在仿真中可以实现，但最后放弃，具体理由在下面详细陈述。2 数字信号发生器达到5V，最大输出频率可达75Hz.3 键位能够调节频率的变化，分别控制百位，十位和各位，可以实现1hz的步进，按键还可以控制输出模式的变换和占空比（但最后放弃）；数码管显示仿真能够实现，但在连接中由于某种原因没能实现（很遗憾）。系统总体描述及系统框图1 系统总体描述：整个系统以微控制器（单片机AT89C51）为核心，包括DAC转换模块，滤波器模块，按键模块和数码管显示模块。2 系统框图：软件框图：NYYN硬件图：各模块说明1.

3、 单片机控制模块：主函数先开启定时器，然后在一个循环语句中不断执行jisuan函数，数码管显示函数，和按键扫描函数。一旦定时器产生中断，就转去执行中断服务程序，然后返回到循环中继续执行。其中jisuan函数主要完成的功能是计算显示数字，还有给根据频率给计数器赋初值。2. 数码管输出模块：主要用到了74LS138 3-8译码器，和16个反相器，以及8个数码管。8位数码管分别显示占空比，输出波形的类型，以及频率（包括万位，千位，百位，十位，个位）。3. 按键模块：按键模块没有采用中断，而是利用循环不断进行中断扫描。 系统键盘实现工作原理如下：（1）检测键盘上是否有键按下：将行线送入低电平，列线送入

4、高电平。读入P1口的状态来判别。其具体过程如下：P1口输出0FH，即所有行线置成高电平，所有列线置成低电平，然后将P1口状态读入与0FH比较。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入状态不全为1。（2）识别键盘中哪一个键按下：确认有键按下后，保存行扫描时有键按下时的状态X 。P1口输出F0H，进行列扫描，保存列扫描状态Y，取出键值Z=X|Y.例如第一行第一列有键按下，那么行扫描读入的状态为00001110，列扫描读入的状态为11100000，最后键值Z=11101110=EEH，然后转去执行相应的服务程序。(3). 按键还需要考虑连击和去抖动的问题，为了去抖动，在按键扫描程序

5、中如果感知有键按下，先等待10ms，然后再进行一次判断。为了避免连击，在确认有键按下后，需要延时0.5s才响应。这样虽然不能完全避免连击，但是一般操作不会有连击现象。我们也考虑过利用按键抬起的边沿来触发，但是鉴于本按键的设计，这样做着实比较难，所以就用此方法代替。4.DAC转换模块：用到的是TLC7528芯片，此芯片利用如下原理可以直接在输出实现电流量向电压量的转变，从而省去了原本需要的基于运放的转换电路。5.数字滤波器：数字滤波器采用的是MAX7400芯片。按照如上连接即可，clock输入时钟是根据INPUT频率的变化而变化的，要求是必须大于INPUT信号100倍的截止频率。我们最后选定cl

6、ock信号的频率为INPUT信号频率的120倍。两个0.1uF的电容起到稳压的作用。调试流程1. 根据目标编写程序，使用Proteus设计原理图并进行仿真。在电路板上焊接基本元器件（单片机仿真器串口，DAC转换芯片，3-8译码器，滤波器芯2. 实验室以单片机仿真器为基础，将基础程序输入单片机，用示波器观察输出波形，调节内置频率，找到频率显示范围。3. 根据波形以及参数修改后的显示状况和频率范围，修改源程序，反复调试。4. 基本功能调试好后，在电路板上焊接数码管，按键以及三极管反相器器件，连接相应线路。5. 调试按键控制下示波器输出情况，根据与期望的差距修改源程序及检查电路连接，以测试及优化键控

7、及显示输出。6. 调试完成，等待验收。遇到的问题及解决方法问题1：在Proteus仿真过程中，没有TLC7528这个DAC元件，影响仿真。 解决：在Proteus中找到了一个不带锁存器的DAC芯片，在其输出端加上锁存器，就可以实现与TCL7528相同的功能。问题2：波形显示设计阶段，只能达到很低的输出频率，没有超过10Hz。 解决：经过检查，源程序中初次设计的采样点是256个，要多次调用中断，每次调用中断又占用一定机器周期，使得采样周期过长。将采样点设为10个后，频率最大值大大增加。牺牲的采样精度在经过滤波器后可以得到解决，依然是较漂亮的正弦波。问题3:80C51的剩余管脚数不能满足对8个数码

8、管的控制。 解决：在80C51的P3.0-P3.2口加上了3-8译码器74LS138，将输出扩展即可满足要求。问题4：74LS138输出为高电平有效，而实验提供的数码管是共阳极的，需要低电平输入才能控制。 解决：在数码管阴极加上由三极管组成的8组反相器，即可为数码管提供低电平。问题5：数码管显示的问题，最初设计数码管显示输出8位片选和8为位选信号，但发现如果这样设计管脚不够用，所以最后选择用一个3-8译码器来减少单片机管脚的使用，但是我们有发现实验室提供的3-8译码器输出是低电平有效，而数码管恰恰又是共阴极的，所以只能再次加入反相器已达到显示效果，最后由于在显示电路搭接的过程中可能出现了些小失

9、误，虽然在仿真中能够实现数码管的显示，但是在最后的电路中没能实现（很是遗憾）。问题6：在编写软件时，开始希望能够实现四种输出波型，所以中断服务程序很长，经过调试后发现如果这样，那么最后正弦波的频率收到很大限制，所以最后无奈将其他三种波形的输出放弃掉。问题7：在软件的编写中，为了使中断服务程序能尽量的短，从而达到更大的极限频率，想分别对clock和INPUT信号使用中断，中断的周期为24的关系，此处解释一下为什么是24倍的关系:因为想要得到的clock和INPUT信号的频率为120倍的关系，而INPUT信号每个正弦信号周期采样10个点，而clock 信号一个中期只需采样2个点，这里相差了5倍的关

10、系，120/5=24为了不影响INPUT信号的正常输出，将INPUT信号的中断优先级设为最高，但是经过仿真，并没能达到预期的效果，clock信号输出正常，但是INPUT信号输出反而不正常，并不符合优先级的设定，这个问题到最后也没能找出解决的方案，所以只能采用一个中断的方法，在中断函数中在用判断的方法实现24周期的关系。问题8：尽管程序再优化，中断服务程序再简短，正弦波的频率也很难再高，出现了瓶颈，出现这种问题的原因在芯片上，要解决这个问题只能更换更高速的芯片。原理图及实物照片原理图实物照片程序流程图和源代码（附注释）#include sbit P3_0=P30;sbit P3_1=P31;sb

11、it P3_2=P32;sbit P3_3=P33;#define uchar unsigned charuchar code tab10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/0-9数字共阴极uchar code tab18=0X73,0x73,0x73,0x76,0x79,0x38,0x38,0x3f;/ PPP. HELLO共阴极uchar code tosin11=0x80,0xca,0xf9,0xf8,0xc7,0x7c,0x30,0x04,0x09,0x3d ;/正弦波数据uchar count=0,b=0,c=0,d

12、=0,e=0,i,k,tl,th;int ww=0,qw=0,bw=0,sw=5,gw=0,zkgw=0,zksw=5;/ww为万位数字,qw为千位数字,bw为百位数字, /sw为十位数字,gw为个位数字,zkgw为占空比个位数字,zksw为占空比十位数字int f,m,choice=1,zk=50; /f为频率变量，choice为波形类型选择变量，zk为占空比变量，默认占空比为50%unsigned long t,ff; / t为时间变量void delay10ms() /延时10ms程序 unsigned char i,j; for(i=20;i0;i-) for(j=248;j0;j-)

13、; /*键选择发波类型,1为正弦波,2为三角波,3为方波*/void key1(void) if(choice4)choice=choice+1; elsechoice=1;/*个位频率调整*/void key2(void) if(gw9) gw=gw+1;elsegw=0; /*十位频率调整*/void key3(void) if(sw9)sw=sw+1;elsesw=0;/*百位频率调整*/void key4(void) if(bw9)bw=bw+1;elsebw=0; /*千位频率调整*/void key5(void) if(qw9)qw=qw+1;elseqw=0;/*万位频率调整*/

14、void key6(void) if(ww5)ww=ww+1;elseww=0;/*方波占空比加大*/void key7(void) if(zk=1)zk=zk-1;elsezk=0;/*计算显示数字*/void jisuan(void)f=1000*qw+100*bw+10*sw+gw;ff=120*f;t=65536-1000000/ff;th=t/256;tl=t%256;ww=f/10000;f=f%10000;qw=f/1000;f=f%1000;bw=f/100;f=f%100;sw=f/10;gw=f%10;zkgw=zk%10;zksw=zk/10;/*显示*/void dis

15、play (void) /*P3_0=0; /此处为略去的初始化 P3_1=1; P3_2=0;P2=tabchoice;for(i=0;i=60;i+); P2=0x80;/小数点显示for(i=0;i=60;i+); P3_0=1; P3_1=1; P3_2=0;P2=tabww;for(i=0;i=60;i+); P3_0=0; P3_1=0; P3_2=1;P2=tabqw;*/for(i=0;i=60;i+);P3_0=1;P3_1=0;P3_2=1;P2=tabbw;for(i=0;i=60;i+);P3_0=0;P3_1=1;P3_2=1;P2=tabsw;for(i=0;i=6

16、0;i+);P3_0=1;P3_1=1;P3_2=1;P2=tabgw;/*for(i=0;i=60;i+); /此处为使数码管显示连续，去掉显示占空比的两位if(choice=3) P3_0=1; P3_1=0; P3_2=0;P2=tabzkgw; for(i=0;i=60;i+); P3_0=0; P3_1=0; P3_2=0; P2=tabzksw; for(i=0;i=60;i+); P3_0=1; P3_1=0; P3_2=0; P2=0x80;/小数点显示 for(i=0;i0;i-) delay10ms(); TR0=1; void main(void)TMOD=0X01;TR

17、0=1;ET0=1;EA=1;P3_3=0;while(1) jisuan(); display(); judge(); void time0_int(void) interrupt 1 /中断服务程序/*TR0=0;*/*if(choice=1) */ P3_3=P3_31; count+; if(count=24) count=0; P0=tosinb; if(b=9) b=0; else b+; /正弦波 /* */*else if(choice=2) /三角波 之所以去掉是因为终端服务程序太长，导致频率不能到达很高 if(c=128)P0=c; else P0=255-c; c+; else if(choice=3) / 方波 k=zk*256/100; d+; if(d=k)P0=0x00; else P0=0xff;else if(choice=4) /锯齿波 if(e=255)P0=255-e; else P0=0; e+; */TH0=th;TL0=tl;/*TR0=1;*/感谢老师的耐心阅读，有不对的地方还请老师斧正！