基于单片机双通道的多波形发生器1.doc

CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 基于单片机双通道的多波形发生器 Double Channel Waveform Generator Based On Microcontroller 设计题目： 基于单片机双通道的多波形发生器 学生姓名： 学院名称： 专业名称： 班级名称： 学 号： 完成时间： 2011年7月6号 2011 年 7月 6 日 组员： 基于单片机双通道的多波形发生器 摘要： 利用单片机控制灵活的特点,采用软件方式实现信号生成，系统采用查表法基本工作原理,使用片内ROM 波形查询表实现相幅转换. 系统采用 80C51 单片机实现数据处理, DAC0832 实现D/ A 转换, 采用拨码开关设置频率的参数,采用按键选取波形。使用LED七段数码管作为波形的代号。实现了正弦波、方波、三角波信号生成、幅值和频率调节,各种波形信号的参数控制，根据按键的设置可以同时输出两列波。 关键词： 查表法，数字频率合成技术，单片机，可调波形，双通道 引言 信号发生器输出的常规波形，常应用于电子电路的性能测试和参数测量。但常规的波形发生器一般是只能同时产生一种可控的波形，为此设计一种基于单片机控制的信号波形发生器，以满足设计需求。 一、设计方案论述： 本课题的设计方案有四种： （1）采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。 （2） 传统的直接频率合成技术(DS)。该类方法能实现快速频率变换,具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致其结构复杂、体积庞大、成本昂贵 ,而且容易产生过多杂散分量。 （3）锁相环式频率合成器( PLL)。该类技术具有良好窄带跟踪特性,可选择所需频率信号,抑制杂散分量,且省去大量滤波器,有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是个惰性环节,锁定时间较长,因而频率转换时间较长,且由模拟方法合成的正弦波的参数(如幅度、频率和相位等)都难以定量控制。 （4）直接数字式频率合成器(Direct Digital Frequency ,DDS)。该类方法具有高频率稳定度、 高频率分辨率以及极短的频率转换时间。此外 ,全数字化结构便于集成 ,输出相位连续,频率、 相位和幅度均可实现程控 ,而且理论上能够实现任意波形。 经综合比较，第四种方法课通过要求的单片机实现程序控制，程序简单。因此本实验采用第四种方案 二、系统工作原理 利用单片机的片内ROM 存储所需的信号波形相位幅度值（又称波形表），根据外电路的输入信号利用查表方式查找片内ROMA中相应地址的相位幅度值。将输 图1 出的八位二进制数据进行D/A转换，I/V转换后输出。 根据正弦信号波形的频率和相位在波形表中查找相应的响应点，由于输出的常规波形都具有周期性，波形的产生以正弦波为例： 因其周期性，因此只需要设计一个完整的周期，信号的输出部分采用了D/A转换，因此为了适应D/A转换的特征，将正弦函数波形整体上移，时期最低点的值为0，如上图1所示。 D/A转换的最大输入值为255，因此对于周期函数，需要采样的点数最多不超过256个，本设计中采样点数设置为256，相位累加器的数值由累加器A的值传送，将A中的值作为偏移相位值，送还到指针，通过指针查找相应相位的幅度值，并通过P0口输出到D/A转换器转换成相应的模拟信号。 系统整体原理框图如下所示： 图2-1 系统原理方框图 三、硬件设计及原理 3.1主控电路设计 单片机是整个波形发生器的核心部件，本次设计采用了应用广泛的MCS-51系列的AT89C51单片机。单片机在整个系统中的作用是形成扫描码，进行键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路。 拨码开关输入的值为查找一个值的周期，因此通过拨码开关实现波形周期的设置。主控部分及时钟复位电路、变频电路设计原理图如图3.1所示：