基于单片机的函数信号发生器开题报告 长江大学版.ppt

基于单片机的多功能函数信号发生器设计 学生:*** 指导老师: *** 学 院:电子信息学院 专 业:电气工程及其自动化 长江大学 研究目的及意义 国内外研究现状 课题研究内容 研究方案的设计与选择 硬（软）件设计构思 1 2 3 4 5 开题答辩主要内容 研究目的及意义 函数信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于物理学、电工学教学实验，电子线路和微机原理、接口技术实验，自动化测控系统等领域。 目前, 市场上常见的波形发生器多为纯硬件搭接而成。 利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其频率底线很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。 国内外研究现状 近年来中国低频信号发生器行业取得了很大的发展，但是行业发展中也存在一些问题，和国外相比仍有很大的差距。中国制造业由于缺乏核心技术，贴牌生产仍然是“中国制造”普遍的生存模式。很多高端产品表面上市中国生产，其实核心技术都来自国外。 北京凯弘电子仪器 ?频率范围： 5Hz～110KHz ?输出电压： 10μV～6Vrms(加50Ω负载，最小可输出1μV) ?失真： 20Hz～20KHz≤0.005%，其余频≤0.01% 可直接预置： dB、μv、mv、v ?尺寸： 290(W)x120(H)x320(D)mm ?重量： 约8kg 1μHz-8MHz正弦波、方波输出,1μHz-50MHz脉冲输出;12bit,200MSa/S,64K存储深度的任意波形;内置通用测量能力,GBIP,RS232标准接口;TCXO时基可达1PPm频率准确度 Agilent(安捷伦) 课题研究内容 本文是做基于单片机的信号发生器的设计，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。  研究方案的设计与选择 方案一：采用单片函数发生器（如8038），8038可同时产生正弦波、方波等，而且方法简单易行，用D/A转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。 方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。 方案三：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。 鉴于方案一的信号频率不够稳定和方案二的电路复杂，频率覆盖系数难以达标等缺点，所以决定采用方案三的设计方法。它不仅采用软硬件结合，软件控制硬件的方法来实现，使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证，而且它使用的几种元器件都是常用的元器件，容易得到，且价格便宜，使得硬件的开销达到最省。 硬件电路的实现原理与构思 如图所示80C51单片机为硬件系统的核心，单片机对键盘扫描读入键值确定波形与频率，通过显示电路显示频率值，通过数模转换器放大电路输出波形，通过示波器可以观察波形与频率，复位电路用于系统复位重启。 显示电路 键盘电路 单 片 机 数/模转换电路 复位电路 放大电路 波形输出 数/模电路 软件设计的构思 单片机内部数据只有0、1之分，所产生的信号也都是离散信号。为了能够让单片机输出所需的数字信号，我们采用对信号采样、量化的方法来实现由单片机产生所需信号。在本设计中，对信号的四分之一周期采样19个幅度值，通过反复查表来输出幅度值，而整个信号是通过正查表和逆向查表来实现的。采样的点越密，信号失真度也就越小。两次采样点的输出时间间隔是由定时、计数器来控制的，因此，通过控制不同的计数初值就可以控制整个信号的频率。计数时间=信号周期/72。计数次数=计数时间/机器周期。对应的，计数初值=65536－计数次数。单片机只能产生离散频率的信号，所以所得到的信号频率不是连续的，而是离散的频率点。正弦波和三角波的频率控制方法都与上述方法相同，而方波的频率控制是半周期计数，经过半周期只需改变输出为最大或最小电平即可。本设计为低频信号发生器，在频率只有几十赫兹的时候计数次数将很大，因此计数器的工作方式选为工作方式