日语加强版2012

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设计意义及现状分析 1 设计意义及现状分析 信号发生器用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。 在计算机控制技 术与电子技术飞速发展的今天，信号发生器的应用越来越广。在测试、研究或调 整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，要求提供符合所定技术条件的 电信号。 在自动控制系统和教学实验及生产实践中， 如工业过程控制、 机械振动试验、 动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。而在我 们日常生活中，以及一些科学研究中，正弦波、三角波和方波信号是常用的基本 信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用 荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。函数发生器作为一种通用 的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。 传统的函数信号发生器统信号发生器只能产生正弦波、方波、三角波等基本 波形。目前购买的信号发生器价格昂贵，功能强大。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用到低频信号源。而完 全由硬件电路构成的低频信号其性能难以让人满意， 而且由于低频信号源所需的 RC 很大，大电阻，大电容在制造上有困难，参数的精度亦难以保证。体积大， 漏电， 损耗显著更是其致命弱点。 另外， 低频信号发生器可用于校验频率继电器， 同步继电器等，也可作为低频变频电源使用。 本次设计的低频信号发生器不仅能产生这些基本波形， 还可输出任意波形且 价格低廉。该设计基于 AT89C51 单片机的发生器可产生正弦波、三角波、方波、 锯齿波、梯形波等五种波形，波形的频率可以用程序改变，幅度四档调节。它具 有线路简单、结构紧凑，使用方便等优点。 2 方案的确定 2.1 传统信号发生器 方案一为传统的函数信号发生器。 常见的 555 定时器构成的函数信号发生器 电路图如图 1 所示。 图 1 传统函数信号发生器 传统的信号发生器其功能完全靠硬件实现,功能单一而且用户的购置、维护 费用高。更重要的是,对于传统的信号发生器,其功能一旦确定便不能更改,用户 要想使用新的功能则必须重新购买新的仪器,传统信号发生器的不足显而易见。 传统信号发生器通过调节硬件的参数改变频率。 2.2 基于单片机的信号发生器 第二种方案是基于单片机，其系统结构如下图 2 所示。 数码管显 示器 晶振电路 单片机 复位电路 模数转换 芯片 运算放大器 按键 图 2 低频信号发生器方框图 1 该设计采用软硬件结合方法，能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波和梯形 波等五种波形。其中梯形波是一般信号发生器所不能产生的。同时其频率小范围 内可调，幅度分为四档调节。运算放大器输出接至示波器观察波形。另外，可以 根据需要，通过修改程序来产生其它波形，AT89S52 芯片具有在线编程功能。它 具有线路简单、结构紧凑，使用方便等优点。 2.3 方案的选择对于第一种方案，整个系统为硬件系统，不包括任何软件部分，且维护费 用高。而方案二，软硬件相结合，同时，具有线路简单、结构紧凑，使用方便等 优点。 综合两方案的优缺点， 最终选择方案二， 即采用基于单片机的信号发生器。 3 设计思路本系统由单片机、显示接口电路，波形转换（D/A）电路，按键等部分构成。 最终波形可用示波器观察。 选用常见的 8051 单片机作为控制器， 型号为 AT89S52。 采用 DAC0832 作为 D/A 转换器。 传统的低频函数信号发生器频率一般在 20Hz～200kHz。本次低频信号发生 器的要求频率为 0.5～50Hz，是怎样达到这种超低频的呢？在对模拟信号转换为 数字信号过程中，常常需要把波形的一个周期均等地分成 N 段。为了使输出信号 尽量减少失真，输出波形比较光滑，要尽量使 N 较大。图 3 所示为正弦波的离散 化处理。 图 3 正弦信号离散处理 2 本设计波形的一个周期由 256 个采样点构成。DAC0832 采用 CMOS 工艺，转 换时间 1μs.AT89C51 单片机的定时器选有四种工作方式。 工作方式 0 为 13 位定 时器，方式 1 为 16 位，方式 2,3 均为 8 位。这里选用方式工作方式 1 才能满足 频率要求。采用振荡频率为 12MHz 的单片机，则机器周期为 1μs，能定时的最 大值为 2^16=65536μs。 fmin=1/（256*65536*10^(-6))=0.0596Hz<0.5Hz fmax=1/(256*10^(-6))=3906.25Hz>50Hz 若考虑到留有余量，也能达到要求。 本次设计采用软件方式即编写程序来输出波形。 软件设计的总体




思想是将各 个波形的数据表存储在程序存储器中， 间隔一段时间输出一个点， 一个周期 （256 个点）过后再循环输出。 4 调试方法本次设计采用采用 Proteus 软件进行仿真。Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功 能， 还能仿真单片机及外围器件。 它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。 Proteus 软件是世界上著名的 EDA 工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外 围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 在 KEIL 软件中编写好程序后，编译生成 HEX 文件。只需在 Proteus 软件中 画好电路原理图，将 HEX 文件下载到电路原理图的单片机中便可进行仿真调试。 另外 Proteus 软件还支持和 KEIL 软件联调的方式， 更加容易看出程序中的问题。 所以需要熟练使用 Proteus 软件和 KEIL 软件。 5 预期目标该题目设计要求能输出正弦波、三角波、方波等波形可通过按键选择要输出 的波形、调整输出频率、幅值大小并通过数码管显示。输出信号的频率可以在 0.5～50Hz 范围内调整。 3 设计内容：1、信号源生成方案； 2、硬件装置的设计与制作； 3、调试并运行成功； 6 可能遇到的问题本设计为信号发生器的设计，可能会遇到如下的问题： 波形失真。 这个跟模数转换芯片，运放，焊接质量的好坏等都有关系。 频率的调节。 要做到频率可以比较连续地调节可能会比较困难。 软件编程。 以前很少接触到这种包括多个模块应用系统，程序代码可能比较多。 7 进度安排表 1 毕业设计进度安排表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 起止日期 2011.3.18—2011.4.9 2011.4.10—2011.4.26 2011.4.27—2011.5.3 2011.5.4—2011.5.25 2011.5.26—2011.6.4 2011.6.5—2011.6.10 2011.6.11—2011.6.14 2011.6.15—2011.6.18 各阶段任务 资料收集，开题报告，开题答辩 方案论证与设计，控制程序编制 装置安装，调试 模拟仿真软件的编制与联机调试 使用说明书，设计说明书撰写 毕业设计成果交老师审阅与评阅 毕业设计修改，为答辩做准备 毕业设计答辩 4 参考文献 [1]李萍.AT89S51 单片机原理、开发与应用实例.中国电力出版社,2008 [2]李荣正等.PIC 单片机原理及应用（第三版）.北京航空航天大学出版社，2006 [3] 林伸茂.8051 单片机彻底研究实习篇.中国电力出版社，2007 [4]李建忠.单片机原理及应用.西安电子科技大学出版社，2008 [5]徐阳，钟宝荣.基于单片机的低频信号发生器设计.长江大学学报，2008 [6]王玮.51 单片机与 PC 机串行通信接口的设计.硅谷，2009（6） [7]余仲铭,刘华东.采用 protel99se 设计 89C51 单片机应用系统.电子制作,2005(12) [8]朱清慧.Proteus：电子技术虚拟实验室.中国水利水电出版社，2010 [9]楼然苗,胡佳文,李光飞.单片机实验与课程设计:Proteus 仿真版.浙江大学出版社,2010 [10]周润景,张丽娜,刘映群.PROTEUS 入门实用教程.机械工业出版社，2007 [11]祁伟,杨亭.单片机 C51 程序设计教程与实验.北京航空航天大学出版社,2006 [12]袁涛.单片机 C 高级语言程序设计及其应用.北京航空航天大学出版社，2001 [13]李全利.单片机原理及应用[M].清华大学出版社,2007. [14]何立民.单片机高级教程：应用与设计[M].北京航空航天大学出版社，2000. [15]求实科技.单片机典型模块设计实例导航[M].人民邮电出版社，2004. 5

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