基于DDS的基本原理设计的低频信号发生器.doc

单片机原理及系统课程设计 评语： 考勤（10） 守纪（10） 过程（40） 设计报告（30） 答辩（10） 总成绩（100） 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 201008412 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013 年 3 月 7 日 摘 要 本课程设计是基于DDS的基本原理设计的低频信号发生器。以AT89C51单片机为核心。通过R-2R网络作为数模转换器件，将已经生成的数字信号进行数模转换，最终实现模拟信号的输出。本次课程设计使用了KILE软件对程序进行编译和PROTEUS软件对实验电路和结果进行仿真，波形的产生和相应的频率由软件编程来实现；波形类型选择和频率大小由按键来控制输出的信号经过滤波放大最后由输出终端输出。这个信号发生器最终可以产生正弦波、三角波、方波、锯齿波。 关键词：信号发生器；AT89C51；R-2R；DDS 目 录 1 引言 3 1.1设计目的 3 1.2设计要求 3 2 设计方案和原理 3 2.1设计原理 3 2.2主程序设计 4 2.3设计思想 5 3 硬件设计 5 3.1硬件原理框图 5 3.2资源分配 6 3.3振荡器特性 6 3.4芯片擦除 6 3.5 R-2R 网络 6 3.6电路结构及原理 7 4 软件设计 7 4.1正弦波程序设计 7 4.2三角波程序设计 8 4.3方波程序设计 8 4.4锯齿波程序设计 8 5 仿真及调试 9 5.1 R-2R网络的仿真 9 5.2仿真结果 9 6 总结 10 7 参考文献 11 附录1 在PROTEUS下面的仿真图 11 附录2 源程序 11 基于51单片机的函数信号发生器 1 引言 1.1设计目的 波形发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它的应用非常广泛。它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。 1.2设计要求 本文是做基于R-2R网络的低频信号发生器的设计，将采用编程的方法来实现三角波、锯齿波、矩形波、正弦波的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。 制作低频信号发生器可以用八位的R-2R网络作为DA转换器来实现，将输出的模拟量通过低通滤波器，即可得到频率稳定、失真度小的波形。 2 设计方案和原理 2.1设计原理 数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号，因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。89C51单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各部分部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只要将89C51再配置键盘及其接口、数模转换及波形输出等部分，即可构成所需的波形发生器，其信号发生器构成原理框图如图1。 图1 信号发生器原理框图 89C51是整个波形发生器的核心部分，通过程序的编写和执行，产生各种各样的信号，并从键盘接收数据，进行各种功能的转换和信号幅度的调节。当数字信号经过接口电路到达转换电路，将其转换成模拟信号也就是所需要的输出波形。 2.2主程序设计 整个设计的流程图如图2。 图2 主程序流程图 本设计过程中主要实现利用按键来控制不同波形的输出，当按键KEY1按下1次时，信号发生器就输出正弦波；当按键KEY1按下2次时，信号发生器就输出三角波；当按键KEY1按下3次时，信号发生器就输出方波；当按键KEY1按下4次时，信号发生器就输出锯齿波。通过按键可以以任意循环方式输出不同波形。按键KEY4按下时复位。 2.3设计思想 （1）利用单片机产生方波、正弦波、三角波和锯齿波等信号波形，信号的频率和幅度可变。 （2）将一个周期的信号分离成256个点（按X轴等分），每两点之间的时间间隔为T，用单片机的定时器产生，其表示式如下式1所示。 （1） 如果单片机的晶振为12MHz，采用定时器方式0，则定时器的初值如下式2所示。 （2） 定时时间常数如下式3和4所示。