信号发生器系统设计.rar

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    信号发生器 系统 设计
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    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 .............................................................11.1 信号发生器的原理和应用 ..........................................11.2 研究背景 ........................................................11.3 本文的研究目的、意义 ............................................21.4 本文的主要工作 ..................................................3第二章 元器件的介绍 .......................................................42.1 单片机 AT89S52的介绍 ............................................42.1.1 主要性能 ..................................................42.1.2 引脚结构 ..................................................52.2 DAC0832芯片介绍 .................................................72.2.1 DAC0832的原理及特性 .......................................72.2.2 引脚结构 ..................................................82.3 LED显示屏介绍 ..................................................102.3.1 LED的特点 ................................................102.3.2 LED显示器的工作原理 ......................................102.4 芯片 NE4558介绍 ................................................11第三章 系统硬件的设计 ....................................................123.1 硬件原理框图 ...................................................123.2 模块电路 .......................................................123.1.1 时钟电路 .................................................123.1.2 复位电路 .................................................133.1.3 数/模转换电路 ............................................133.1.4 按键电路 .................................................143.1.5 LED显示电路 ..............................................15第四章 系统软件设计 ....................................................164.1 主程序流程图: .................................................16贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页4.2 子程序流程图 ...................................................174.2.1 锯齿波流程图 .............................................174.2.2 正弦波的流程图 ...........................................184.2.3 三角波流程图 .............................................204.2.4 方波流程图 ...............................................21第五章 软件的编译和仿真 ................................................23第六章 设计总结 ........................................................26参考文献 .................................................................27附录 A....................................................................28附录 B....................................................................29致谢 .....................................................................32贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页信号发生器系统设计摘要信号发生器是现代技术产品中十分重要的一个领域,它具有十分广泛的应用。目前在通信、数字电视、卫星电视、雷达、航天航空、航海和军事电子领域都有着广泛的应用。本文主要采用的 AT89S52单片机作为控制核心,外围采用数/模转换电路(DAC0832) 、运放电路、按键和 LED显示电路。用 AT89S52单片机和一片 DAC0832数模转换器组成的数字低频信号发生器,它是一个具有价格低、性能高、操作方便、体积小等特点的低频信号发生器。本文设计电路图十分清晰、简单,方便查找错误,操作简单、方便。通过按键可以控制产生锯齿波、正弦波、三角波、方波的种类和改变波形的频率、幅度,用 LED显示对应的波形的种类,具有一定的实用性。硬件设计电路简单,软件控制系统可靠,具有一定的使用价值。关键词:信号发生器;AT89S52;DAC0832;低频信号贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 IV 页The Design of Signal Generator SystemAbstractThe signal generator is very important in the field of modern technology products, it has a very wide range of applications. Now it has a very comprehensive application in the electric combat field covered communication, digital TV, satellite TV, radar, aerospace, navigationand military.This system mainly used SCM of AT89S52 as a control core,its Peripheral circuit consists of several/mold, peripherals and transform circuit (DAC0832), amplifier, keys and LED lights display circuit.Low frequency signal generator consists of AT89S52 SCM and one with DAC0832 digital-to-analog, it is a low frequency signal generator characteristics which has the characteristics of a low price, high performance, convenient operation, little volume.This system design is very clear and simple, also it is convenient to search errors. The design has a simple and convenient operation. Through the buttons, it can be controled to produces sawtooth wave or sine wave, triangle wave or square-wave species, also it can show corresponding types of waveform through the LED,even it can change the wave of frequency and amplitude.This design has much practical value.The design of Hardware circuit is simple ,and it is reliable to control system of Software,what have much Practical value.Key words: Signal generator,AT89S52,DAC8032,Low-frequency signals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 信号发生器的原理和应用随着电子科学技术发展的越来越快,在社会上目前很多的领域需要越来越高的高稳定程度和高精度的信号源 [1]。信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器,是工业生产和电工、电子实验室中经常使用的电子仪器之一。一般传统的信号发生器都采用谐振法,即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡,获得所需频率,但也可以通过频率合成技术来获得所需的频率。利用频率合成技术制成的信号发生器,通常被称为合成信号发生器。信号发生器种类较多,性能各有差异,但它们都可以产生不同频率的正弦波、调幅波、调频波信号,以及各种频率的方波、三角波、锯齿波和正负脉冲波信号等。利用信号发生器输出的信号,可以对元器件的特性及参数进行测量,还可以对电工和电子产品整机进行指标验证、参数调整及性能鉴定。在多级电路传递网络、电容与电感组合电路、电容与电阻组合电路及信号调制器的频率、相位的特性测试中它都得到广泛的应用。信号发生器按其输出频率的高低,可分为:超低频信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器、超高频信号发生器、视频信号发生器;按产生波形的不同,可分为:正弦波信号发生器、脉冲信号发生器、函数信号发生器等;按调制方式的不同,可分为:调频、调幅、调相、脉冲调制信号发生器。此外,还有可以产生多种波形的信号发生器。信号发生器内部电路一般由:振荡器、电压放大器、功率放大器、衰减器、稳压电源及指示电压表等部分组成 [2]。应 用 : 信 号 发 生 器 又 称 信 号 源 或 振 荡 器 , 在 生 产 实 践 和 科 技 领 域 有 着 广 泛 的 应用 , 各 种 波 均 可 以 用 三 角 函 数 方 程 式 表 示 , 能 够 产 生 多 种 波 形 , 如 三 角 波 、 锯 齿 波 、矩 形 波 、 正 弦 波 的 电 路 被 称 为 函 数 信 号 发 生 器 。 函 数 信 号 发 生 器 的 应 用 十 分 广 泛 ,如 在 通 信 、 广 播 、 电 视 系 统 、 军 事 和 工 业 、 农 业 、 生 物 医 学 等 领 域 都 有 应 用 。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页1.2 研究背景信号发生器是一种历史最为悠久的测量仪器。早在二十年代,当电子设备刚开始出现时,它就出现了。随着通信和雷达技术的发展,四十年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器,使信号发生器从定性分析的测试仪器成为定量分析的测量仪器,同时,还出现了可用来测试脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂,功率比较大,电路比较简单(与数字仪器、示波器等相比),因此,发展速度较慢。直到1964年才出现了第一台全晶体管的信号发生器。自六十年代以来,信号发生器有了迅速的发展,出现了函数发生器、扫频信号发生器、合成信号发生器、程控信号发生器等各种新的种类,而且,各类信号发生器的主要性能指标也都有了大幅度的提高 [3]。与此同时,各类信号发生器在简化机械结构,体积小型化、功能多样化等各方面也取得了显著的进展。随着电子科学技术的发展和计算机应用的范围越来越广泛,单片机的应用也越来越深入,同时带动传统的函数信号发生器的日新月异,社会上的很多领域也需要更加稳定和更高精度的信号发生源。传统的信号发生器大多采用的是模拟锁相环、数字锁相环、小数分频锁相环技术,但是这些技术越来越不能满足现在社会上很多高技术领域,比如通信、数字电视、卫星电视、航天航空、雷达以及军事方面。随着高需求和科技的进步,出现了现代的频率合成技术。频率合成技术是20世纪30年代提出的,经过几十年的发展,到目前为止已经形成了四种主要的频率合成技术:直接频率合成技术、锁相频率合成技术、直接数字频率合成技术和混合频率合成技术。现今,信号发生器的作用越来越大,在电子领域中也越来越重要,研究和改良信号发生器已经成为电子领域研究中不可缺少的一部分。1.3 本文的研究目的、意义信号发生器是一种经常使用的设备,由纯粹的物理器件构成的传统设计方法有许多的不足:体积较大、重量大、不便于携带、不能快速转换波形、失真较大、不够稳定。本文研究的目的是基于信号发生器原理,可以通过将定义在离散表中的一个周期函数无限扩展来得到任意完整波形,同时也可以根据波形的特点利用算法计算输出各种波形。研究设计出一种具有频率稳定、准确、便于携带、波形质量好等特点的信号发生器,贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页加深自己对信号发生器的理解,更深理解消除元件分散性和使用环境造成波形失真的问题,实现波形自由切换外,频率和幅值的在线调整。本次试验实现利用能与C51单片机兼容的单片机AT89S52和D/A转换芯片共同实现方波、锯齿波、三角波、正弦波这四种常用波形的发生。根据设计要求对各种波形的频率和幅度进行程序编写,但程序运行时,接到外界的命令,根据不同的需求取不同的波,经过运算和放大电路处理后,输出所需要的波形,并在显示屏显示出来。并且可以经过键盘实现对几种波形的切换,以实现切换波形的速率更大化和频率、幅度的调节1.4 本文的主要工作 深入学习信号发生器的工作原理,及其涉及到的主要技术,选择适合本次芯片,并设计出发生信号电路。 选择合适的微控制芯片,建立硬件设计模型和模块,规划并设计硬件电路,选择合适的器件使电路能够自由转换波形和调节频率、幅度。 软件设计,使其能够随时调节波的种类,使显示出来波形能够满足所需的波形,并进行仿真测试。 对系统进行测试并且对结果进行分析,进行总结(设计体会)。本次设计选用的主要芯片有单片机AT89S52、数模转换器DAC0832、LED等,利用单片机控制波形信号产生芯片产生信号,通过单片机,键盘,LED显示实现波形的数字控制和频率、幅度的调节。此次设计利用DAC0832产生波形,比较直接利用单片机编程产生三角波,方波,锯齿波,正弦波的方法,它要显得比较好控制,波形效果好,频率带宽。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页第二章 元器件的介绍2.1 单片机 AT89S52 的介绍2.1.1 主要性能AT89S52 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。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。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为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口, 片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结, 单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52。具有以下的特性 [4]: 与MCS-51单片机产品兼容 ; 8K字节在系统可编程Flash存储器; 1000次擦写周期; 全静态操作:0Hz~33MHz; 32个可编程I/O口线; 三级加密程序存储器; 三个16位定时器/计数器 八个中断源;贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 5 页 全双工UART串行通道; 看门狗定时器;  掉电后中断可唤醒; 低功耗空闲和掉电模式; 双数据指针; 掉电标识符。2.1.2 引脚结构AT89S52管脚如图2.1所示:图2.1 AT89S52的管脚结构 P0 口:P0 口是一个 8位漏极开路的双向 I/O口。作为输出口,每位能驱动 8个 TTL逻辑电平。对 P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时,P0 口也被作为低 8位地址/数据复用。在这种模式下,P0不具有内部上拉电阻。 在 flash编程时,P0 口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序验 时,需要外部上拉电阻。  P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 此外,P1.0 和 P1.1分别作定时器/计数器贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 6 页2的外部计数输入(P1.0/T2)和定时器/计数器 2 的触发输入(P1.1/T2EX),具体如表 2.1所示。表 2.1 AT89S52中 P1口的第二功能 引脚号 第二功能P1.0 (定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出P1.1 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)P1.5P1.6P1.7MOSI(在系统编程用)MOSI(在系统编程用)SCK(在系统编程用) P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器(例如执行 MOVX @DPTR) 时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址(如 MOVX @RI)访问外部数据存储器时,P2 口输出 P2锁存器的内容。 在 flash编程和校验时,P2 口也接收高 8位地址字节和一些控制信号。 P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,p3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。P3 口亦作为 AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如表 2.3所示 [3]。 表 2.3 AT89S52中 P3口的特殊功能端口引脚 第二功能
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