课程设计基于单片机之波形发生器的设计.pdfVIP

目录

1绪论1

1.1课题背景1

1.2波形发生器的发展现状1

1.3波形发生器的发展趋势2

1.4本文研究的主要内容2

2系统总体方案设计3

2.1概述3

2.2系统硬件设计方案4

2.3系统软件设计方案5

2.4单片机的选择6

3功能模块电路设计10

3.1波形产生电路的设计10

3.3键盘输入电路设计11

3.4显示电路的设计12

3.5显示驱动的设计13

3.6运算放大器的设计14

3.7系统总原理15

4程序设计16

4.1基于单片机的波形发生器的程序设计16

5系统仿真与验证20

5.1系统仿真图与波形图20

结论22

致谢23

参考文献24

1绪论

1.1课题背景

波形发生器是一种广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域的信号

源。比如电参量的测量、雷达、通信、电子对抗与电子系统、宇航和遥控遥测技

术等等，从某种意义上说高质量信号源更是实现高性能指针的关键，很多现代电

子设备和系统的功能都直接依赖于所用信号源的性能，因此高质量信号源被人们

喻为众多电子系统的“心脏”。随着通信、雷达、的不断发展，对信号源的频率稳

定度、频谱纯度、频率范围和输出频率的个数以及信号波形的形状提出越来越多

的要求。为了提高信号源输出频率稳定度，可以采用晶体振荡器等方法来解决。

为了满足频率个数多的要求，可以采用频率合成技术，即通过对频率进行加、减、

乘、除的运算，可从一个高稳定度和高准确度的标准频率源，产生大量的具有同

一稳定度和准确度的不同频率。

传统的波形发生器只能产生一些常规的信号如正弦波、方波、脉冲波、三角

波等。随着科学实验研究的需求的不断发展，传统的波形发生器在一些特定的场

合已经不能满足要求，因为在许多应用研究领域中,不但需要一些规则的信号,而

且还需要一些不规则的信号用于系统特性的研究。如电镀电源对于镀层影响、电

子设备的性能指针测试、及对系统中各种瞬变波形和电子设备中出现的各种干扰

的模拟等研究中，就需要能提供一些非常规的测试信号以至于任意波形信号的信

号源，即能产生现场所需要波形的任意波形发生器(Arbitrarry

WaveformGenerator,AWG)。

对任意波形发生器的研制开发我国起步晚，技术大大落后于国外先进技术。

因此，开发高性价比的任意波形发生器是迫在眉睫，对发展我国电子行业有着非

常重大的意义，具有广泛的应用前景，与国外同类产品保持在性价比上的优势，

可打破国外的技术垄断和封锁。

1.2波形发生器的发展现状

任意波形发生器是在1975年开发成功的，从此，信号发生器产品增加了一

个新品种。在任意波形发生器作为测量用信号激励源进入市场之前为了，产生非

正弦波信号，已使用函数发生器提供三角波、斜波、方波等几种特殊波形。声音

和振动分析需要复杂调制的信号源，以便仿真真实的信号，只有借助任意波形发

1

生器，例如医疗仪器测试往往需要心电波形，任意波形发生器很容易产生各种非

标准的振动信号。

早期的任意波形发生器主要着重音频频段，现在的任意波形发生器已扩展到

射频频段，它与数字示波器（DSO）密切配合，只要数字示波器捕获的信号，任

意波形发生器就能复制出同样的波形。在电路构成上，数字示波器是模拟/数字

转换，任意波形发生器是数字/模拟的逆转换，目前任意波形发生器的带宽达到

2GHz，足够仿真许多移动通信、卫星电视的复杂信号。任意波形发生器在原理

上可仿真任意波形，只要数字示波器或其它记录仪捕捉到的波形，任意波形发生

器都可复制出，特别有用的是仿真单次偶发的信号，例如地震波形、汽车碰撞波

形等等。

1.3波形发生器的发展趋势

任意波形发生器的发展趋势是更高取样率，更高分辨率和更大存储量，目前

实时带宽超过1GHz的产品比较少，而且分辨率只有8位，不能满足快速发展的

移动通信和高速网络的测量要求。与数字存储示波器相比，任意波形发生器的全

面指标存在明显差距，前者的取样率达到20GS/s和带宽6GHz，后者的取样率是

4.8GS/s和带宽2GHz。任意波形发生器首先要赶