课程设计---简易低频信号源的设计.docVIP

信息工程学院 电子系统设计报告 题 目： 简易低频信号源的设计 班 级： 电子信息工程091班 学 号： 摘 要 本系统是基于AT89S51单片机设计的简易低频信号发生器。采用AT89S51单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键等。按键通过外部中断0和1分别控制产生方波、三角波、正弦波、梯形波、锯齿波等等，并且可以实现频率增减等等。各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，AT8951的基础理论。文中着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。信号频率也按要求可调。　　 关键词 AT89S51单片机 DAC0832 外部中断 引言 波形发生器也称函数发生器，作为实验信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿波，正弦波，方波，三角波等波形。 信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路经之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。 本次设计过程采用系统设计的方法、先分析任务、得到系统要求、然后进行总体设计、划分子系统、然后进行详细设计、决定各个功能子系统中的内部电路、最后进行测试。因此、设计且制作简易低频信号源体现了我们学生的实践能力。 任务分析 能够实现以下功能： 第一、能够不失真的产生三角波、正弦波、矩形波。 第二、（正弦波）三角波频率范围为 0.01~80HZ，幅度为1~5V，方波频率为1~10KHZ，幅值为5V。 第三、可以实现按键切换波形功能，幅值可调。 第四、其他功能，比如实现频率显示 。 三、方案论证与选择 （一） 信号发生电路方案论证 方案一：通过单片机控制D/A，输出四种波形。此方案输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。但此方案电路简单、成本低。 方案二：使用传统的锁相频率合成方法。通过芯片IC，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波，积分电路转换成三角波。此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。 方案三：利用MAX038芯片组成的电路输出波形。MAX038是精密高频波形产生电路，能够产生准确的锯齿波、三角波、方波和正弦波四种周期性波形。但此方案成本高，程序复杂度高。 以上三种方案综合考虑，选择方案一。 （二）、主控芯片选择 方案一：采用51系列单片机外围电路。51单片机是一款非常适合单片机初学者的单片机。它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器、具有8K 在系统可编程Flash 存储器片上Flash允许程序存储器在系统可编程、亦适于常规编程器。在单芯片上、拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash、使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。?方案一：矩阵式键盘。矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处。当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。 方案二：独立式键盘。独立式键盘具有硬件与软件相对简单的特点，其缺点是按键数量较多时，要占用大量口线。 以上两种方案综合考虑，选择方案二。 四、详细设计 在上一阶段进行总体设计完成后，现在就可以分开独立的完成各个功能模块了。首先，需要选择使用集成芯片，总体思路是在满足所需功能前提下，能是电路尽可能简单。 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。89S51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，