基于单片机信号源发生器的设计和分析.ppt

基于单片机信号源发生器的设计与分析 学校：哈尔滨理工大学 姓名：张敏江 学院：应用科学学院 一：设计意义 本课题主要研究开发一个基于51单片机的实用简易的函数信号发生器，单片机构成的仪器具有高可靠性，高性价比，在智能仪表系统中得到广泛应用，不但成本低而且精度高，最重要的是开发简单易于调试，本文设计的信号发生器具有一定社会价值和经济价值。 二：设计目的 本课题主要研究开发一个基于51单片机的实验用信号发生器，即设计一个可以产生正弦波、方波、三角波的频率可调的简易设备。单片机构成的仪器具有高可靠性，高性价比，在智能仪表仪器中得到广泛应用，因此，基于单片机的函数信号发生器普及是一种趋势。 三：设计框架 理论分析 第一章 课题背景、目的以及发展趋势，设计内容和要求，可行性分析，模式构建。 模式阐释 第二章 单片机的介绍与应用 第三章 系统总体方案设计 第四章 硬件电路设计 第五章 系统软件设计 实践验证 第六章 系统测试与分析 四：设计方法与过程 总体设计框架 五：方案对比与选择 方案一 方案二 六：主要结论 方案对比及选择 由以上两种方案可知，方案一直接采用波形发生器产生不同的信号，在此过程中单片机的作用仅仅只是用来采集键盘数据和调节电位器的组合来改变RC值从而通过ICL8038来调节频率和幅度的大小，然后输出波形。方案二则是通过单片机查表法来实现波形的输出，通过数模转换来将数字信号转换成模拟信号再输出。从两种方案可以看出，方案一采用的是液晶显示，方案二采用的是数码显示，相对来说数码变成简单，不需要驱动程序匹配。方案一采用的数字电位器调节RC过程中精准度不高，以及电子元器件较多，在生产成本上相对较高，因此综合以上的各种情况我选择可方案二来完成此设计。 七：系统工作流程 此系统是在单片机软件指导下工作，首先在进入初始化模式下启动，然后系统会自动检测键盘模块是否有信号输入，如果检测到信号，系统会相应地改变数据。同时将信息反应到数码显示管上，最后由定时器中断来输出波形数据，通过数模转换输出模拟信号。 八：数据展示 九：数据分析 由以上测量结果知道，单片机在采点时由于采点最多为256个，当数模转换时跳跃很大，会出现锯齿状的波形，波形失真率很高。频率高时会产生的严重失真。对于实验结果很差，所以单片机只适合低频信号发生器。 系统电路原理图 系统原理分析 按下复位键后系统对8255初始化，PA口为输入，PB口为输出，PC口为输出。PA口用于扫描键盘状态，PB口用于点亮一个数码管显示当前频率值，PC口用于选择数码管。 通过扫描键盘将键盘状态通过P0送入单片机，如果扫描得出无按键按下则返回继续扫描直到有频率选择键按下，如果扫描得出频率不符即频率切换则重置计数初值，更改调用频率选择子程序改变频率，否则不予改变，继续往下执行。 单片机通过P2口发出控制信息，一方面控制8255的PB口PC口来输出当前频率选择值。 根据键盘扫描值判断波形选择按键是否按下，没有按下则返回等待，继续扫描直到有波形选择键按下。 有键按下但是不符即波形已经切换，则更改波形选择控制特征值更改波形调用子程序，根据预先设计好的表文件控制DAC0832实现模拟到数字转换输出相应波形。 方波仿真图 正弦波仿真图 三角波仿真图 在输出波形显示部分我有两个方案。方案一是采用LED数码管来作为显示屏幕，它具有高亮度，高刷新率的优点，而且可以在较远的距离上看清楚,性价比好。但是它的显示存在信息量少，显示不直观，不易理解的缺点。方案二是采用LCD12864，它可以根据送入的数据来显示各种图案、文字、字符等，不但可以指示当时波形、频率、占空比，还可以显示相应的控制命令，信息量丰富且直观易懂。另外液晶显示有功耗低、体积小、质量轻、寿命长、不产生电磁辐射污染等优点。 综合以上两种方案的对比，我选择用LCD12864来作为显示屏。 * * 显示模块 幅频控制模块 单片机 控 制 系统 波形输出模块 所需 波形 液晶显示 电路 键盘控制 电路 AT89C51 单片机 控制 系统 ICL8038 波形 发生器 所需 波形 数码显示 电路 键盘控制 电路 AT89C51 单片机 控制 系统 DAC0832 数模转换 电路 所需 波形 失真的三角波 三角波 3 失真的正弦波 正弦波 2 方波高电平和低电平失真 方波 1 测量值 理论值 测量序号