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多功能信号源的设计.rar

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    多功能 信号源 设计
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    科技学院 2011 届本科毕业论文多功能信号源的设计专 业:07 电子信息科学与技术指导教师: 李 良 荣 学生姓名: 张 婷 学生学号: 072004110425 中国﹒贵州﹒贵阳2011 年 5 月贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第- I -页目录摘 要 .............................................................IIIAbstract...........................................................IV第一章 绪 论 ......................................................1§1.1引言 ......................................................1§1.2课题现状 ..................................................1§1.3课题的研究目的和意义 ......................................1§1.4本文结构 ..................................................2第二章 系统设计原理 ................................................4§2.1设计任务与要求 ............................................4§2.2方案的比较 ................................................4§2.3单脉冲产生电路的设计方案 ..................................7§2.4电源设计方案比较与总结 [3] ..................................8§2.5用点阵 LCD显示函数波形的应用设计 .........................10第三章 系统总体设计 ...............................................12§3.1总原理图 .................................................12§3.2 5G8038集成函数发生器工作原理 ............................13§3.2.1 5G8038的原理分析 ..................................14§3.2.2 5G8038的性能特点 ..................................15§3.2.3振荡频率的计算 [5] ...................................16§3.3电路参数设计 .............................................17§3.4波形的显示原理 ...........................................19第四章 详细设计与系统实现 .........................................21§4.1电路板的设计与制作 .......................................21§4.1.1元件清单 [6] .........................................21§4.1.2 PROTEL99SE的 PCB图生成 [7] ..........................22§4.1.3芯片安全电压检查 ...................................23§4.2 LCD显示的软硬件设计实现 .................................23贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第- II -页§4.2.1硬件设计 ...........................................23§4.2.2软件设计 ...........................................24§4.3成品的调试与故障排除 .....................................26§4.3.1调试前的准备工作 ...................................26§4.3.2成品调试参数 .......................................26第五章 设计总结 ....................................................28主要参考文献 .......................................................29致 谢 .............................................................30贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第- III -页多功能信号源的设计摘 要信号发生器是科研、教学、制造业中一种最常用的通用仪器,它的输出波形一般为正弦波、三角波、锯齿波和方波,不能实现有时在实验和工程应用中需要的特殊信号或自定义信号。而要满足以上条件,不是做成硬件式的专用信号发生器,就是用计算机系统来完成,前者使用不灵活,后者花费太高。然而应用单片机技术,通过软件与硬件的结合由硬件电路搭成一个环境平台,再由软件程序把要求的“任意函数信号”数据表嵌入在单片机程序存储器内,通过软件程序修改输出波形数据表,即可方便实现输出任意函数信号,而不需要改变硬件电路。本课题使用单片机 AT89C51,对其进行一次固化,可以安排四种任意波形,频率范围为 0.001~800Hz,幅值范围为 0~±10V。本文中对原理样机的软硬件系统的性能和误差进行了定量分析,然后对新型样机方案进行了原理分析和性能分析,并给出了误差的定量计算,表明此方案不但可使样机的原理频率范围提高至 1500Hz,输出幅值不变,输出分辨率提高至 212,使波形质量大为改善。希望这种性价比较高的函数信号发生器对科研、教学、制造业有所帮助。关键词单片机应用;MCS51;MCS296 信号发生器Design of Multifunctional Signal Source贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第- IV -页AbstractThe ultra-low-frequency signal generator is a kind of general instrument which is wildly used in the field of scientific research, education and manufacturing.The output of common ultra-low-frequency signal generator has only a few fixed waveforms which can not be changed, but in the scientific research some special signals could be needed. But the realization of the arbitrary-function is either difficult by the hardware circuit or expensive for the application of the computer system.Nevertheless, to take advantage of single-chip-microcomputer as a core, the ultra-low-frequency arbitrary-function generator can be designed by the organized combination of hardware and software systems. The data table of the output waveform is embedded in the single-chip-microcomputer by software program. The data of the output waveform can be changed by software program conveniently in order to output arbitrary-function signal, and it is not necessary to change hardware circuit. By the prototype model experiment, it has been proved that four arbitrary waveforms can be arranged through once solidifying to AT89C51. For the output signal of this signal generator, the frequency range is 0.001~800Hz and the value range is 0~±10V. This paper carries out the quantitative analysis to the error margin of the prototype model software and hardware system, the prototype model’s frequency scope will come up to 1.5 KHz, and the quality of the waveform will be improved greatly with no change of the value range .Maybe, it is of aid to scientific research, teaching and manufacturing industry.Key wordsapplication of single-chip-microcomputer, MCS51, MCS296Ultra-Low-Frequency Function Generator贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第- 1 - 页第一章 绪 论§1.1 引言多功能信号源就是多种波形的信号发生器,它已经是现代电子系统的重要组成部分,并被广泛地应用于通信电子电路、工业自动控制系统和日常教学实验、农业、生物医学等各个领域,是科研、教学、制造业中一种最常用的通用仪器,它可根据用户不同的需要产生锯齿波、三角波、正弦波等多种波形,并且波形的周期可以用程序改变,本设计采用单片集成芯片从而制成波形发生器,不仅能产生多种波形,达到较高的频率,易于调试,还具有线路简单、结构紧凑等优点,在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上都是优选的器件。§1.2 课题现状在现在这个高科技发展的今天,随着社会及各种用户对信号源的高精度,高速度,高分辨率,频率可调等的要求,而一般的信号发生源输出波形一般固定为正弦波、三角波、锯齿波和方波,不能实现有时在实验或工程应用中需要的特殊信号给用户使用带来不便。虽然目前市场上的高性能的任意信号发生器已经出现,但是其价格昂贵,不适用于一般机电控制的用户,而且对于频带要求的宽度没有那么宽,从而出现信号发生器不满足大众用户要求的状况。§1.3 课题的研究目的和意义信号发生器的几个发展阶段从信号发生器的实现看可以简单分为以硬件为核心的电路实现方式和以计算机技术为核心的实现方式。1、用硬件电路实现的特点:可以输出连续的模拟信号,使用频率控制和幅值控制电路实现信号输出调节,因此输出的波形的频率较高。但其稳定性和抗干扰能力较差,电路结构复杂。而且不能实现人机对话和可视操作。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第- 2 - 页2、以计算机技术为核心的智能型信号发生器的特点:随着大规模集成电路和计算机技术的迅速发展,以及人工智能向测控技术的移植和应用,智能仪器仪表技术发展迅速。智能函数信号发生器与传统的模拟函数信号发生器相比,具有以下几个明显特点:(1)利用微机控制键盘和显示。键盘和显示是智能信号发生器区别于传统信号发生器在面板设计上最突出的特点。由于采用美观方便的按键操作代替了传统的开关或旋钮,避免了手动控制带来的人为误差。由于采用具有显示信息量大优点的液晶显示器 LCD,大大增强了操作者和微处理器之间的对话能力。(2)强大的输出能力。由于采用了由仪器内微处理器控制而生成所需新波形的技术,即直接数字合成技术(Direct Digital Frequency Synthesizer ),导致普通的智能信号发生器能产生多种函数的周期性波形,大大拓展了