毕业论文网
本文关于信号发生器论文范文,可以做为相关论文参考文献,与写作提纲思路参考。
基于STC89C52的函数信号发生器设计
摘 要：针对实验室低频信号源精度的不足,本文设计了一种基于STC89C52单片机的低频函数信号发生器.函数信号发生器包括人机交互模块、处理器模块、电源模块和波形产生模块.由MATLAB计算各种信号的采样点,获得采样点后,通过处理器模块输出数字量,再经过D/A转换电路进行数字量到模拟量的转换,然后经过放大电路对输出信号进行放大得到最终的输出波形.该函数信号发生器具有简单、实用、成本低、可靠性强的特点.
关键词：信号发生器；单片机；处理器模块
函数波形发生器在电力、航天、工业、农业和医学等具有很重要的作用.目前我国关于函数信号发生器的设计已有很大成就,但与西方发达国家相比仍存在差距.因此,加大对高品质信号发生器的开发,对电子行业的发展有着深远的意义,与国外同类产品相比,必须要做到高性价比,这样才能体现出我国科学技术发展的强大.本文设计了一种以STC89C52单片机为核心的低频信号发生器,可以产生多种波形,并可在一定范围内改变频率及幅度,并使用LCD1602加以显示频率和波形形状.
一、硬件设计
(一)硬件电路
整个硬件电路主要由处理器模块、人机交互模块、波形产生模块以及电源模块组成,如图1所示.处理器采用STC89C52芯片作为控制芯片,选择这块控制芯片的原因有多个方面,该芯片的使用方便简单,主要处理所需要的波形形状及频率,以及对应的显示关系.本文的人机交互模块中采用LCD1602作为本设计的显示模块主要器材,用于显示输出波形的种类和频率.使用按键对输出波形的切换和频率大小的加减.波形产生模块中,D/A转换电路采用DAC0832,主要用于处理单片机输出的数字波形,将其转化为模拟波形.放大电路采用两个高精度运放OP07,用于电流转换电压和输出波形的放大,采用电阻和电容用于对输出信号的滤波.电源模块负责为各个模块提供运行时所需要的能量,是系统稳定正常运行的保证.
(二)波形产生模块
波形产生模块主要由D/A转换电路、放大电路及输出端构成,如图2所示.1D/A转换电路
采用DAC0832芯片将单片机输出的数字量转化为模拟量,它是一种电流输出型的芯片,它的分辨率是8位,每一次转换的时间一般为一微秒,能够快速地实现转换及产生输出的波形.首先,在使用DAC0832时,D/A转换的输出量取决于单片机输出的数字信号DO-D70在DAC0832内部的结构中存在一个锁存器和寄存器,在设置过程中需要将CS和WR/通过软件置0,并将WR2和XFER通过硬件电路置0,让锁存器和寄存器处于直通状态,即为直通方式,优点在于运行速度快,适用于连续反馈的控制线路.这样DAC0832的输出随时跟随着输入数字的变化而变化,只要P2口的八位数字量变化,就直接进行D/A转换I21.
2放大电路
由于DAC0832的输出端是电流信号,为此,本文采用U3所示的高精度运放OP07实现电流对电压的转化,再经过U4构成的方向放大器对输出的数字信号进行电压放大,并且调节可变电阻R6对输出波形的幅度进行调节,并将输出的信号通过R7和的串联进行滤波,实现波形的产生.
(三)电源模块
本设计需要使用三种电压,其中+5 V电源用于对STC89C52、DAC0832、LCD1602进行供电,&plun;12 V电源为运放OP07进行供电.在设计电源模块的过程中,我们首先将转化后的12 V交流电通过4个稳压二极管Dl-D4,并使用开关对相应的通道进行开关的控制,再经过3 300 u F电解电容和334瓷片电容并联,采用LM7805、LM7812和LM7912芯片形成+5 V和&plun;12 V直流电源,再经过1 04瓷片电容和470 u F的电解电容对产生的直流电源进行过滤,并通过发光二极管显示其是否通电电源.本设计电源电路如图3所示.
(四)PCB设计
本文设计采用Altium Designer Release 10软件进行PCB图设计.在选择焊盘大小和导线粗细上,应选择直径大于2.0 mm的焊盘,焊盘中的插孔直径应小于1.0 mmo在导线宽度的选择方面,把电源线和地线的宽度设置为1.2 mm,普通的连接导线设置为0.8mmo布线过程中要尽量手动布线,在完成PCB图设计后,还要进行DRC校验.图4为PCB图设计.
二、软件设计
本文设计采用keiIC51软件进行开发,包括主程序、波形设置程序、波形产生程序和波形种类和频率显示程序等模块构成.
(一)主程序
本设计主程序主要显示实时的LCD1602的波形种类和频率显示,以及判断人机交互模块中的按键值实现控制功能.主程序流程图如图5所示.
(二)波形设置
在本文按键模块有八个按键,S8键为复位键,Sl-S7键为控制调节键.
Sl、S2和S3键分别通过按键按下实行相应的加频率操作,S4、S5和S6键分别通过按键按下实行相应的减频率操作,在软件编程中是通过相应的加减数n来实现所产生频率对应的定时时长.
S7键是改变输出波形的种类,即在正弦波、方波、锯齿波、梯形波和三角波之间不断的切换,切换之后通过输出他们各自采样点所存储数组中的数据来实现波形的变换.图6为按键控制程序的流程图.
(三)波形采集数据获取
形状的控制主要用软件实现.用软件实现不同的形状,需要采样输出不同的点数.本设计的算法以波形和时间的对应公式为基础,在产生正弦波时已知对应公式,由于在单片机内部输入公式y等于round( sin( x) *127) +128时,单片机的运行速度比较慢,所以产生的波形会比较缓慢,所以进行取点,在每个周期内取64个采样点,可以通过数学软件MATLAB得到所需的采样点.
在MATLAB中输入：
这样可以得到在一个周期内正弦波的采样点,可以将这些点存储在数组中,并通过软件将数组中的数据赋值给P2端口.
软件不仅能实现控制形状,同样可以控制输出波形的频率.本设计以10 Hz为基础,当设置10 Hz时,一个周期的输出点数为64个,所以在这种情况下需要对软件编程中的主函数进行设置,设置对应频率的中断时间.
当f等于lOHz时,T等于l/lO等于O.ls
在这0.1 s内需要采样64个点,每个点的采样时间为：
t等于T/64等于0.001 563s等于1 563us[6]（四）波形种类和频率显示程序
首先要对LCD1602初始化设置,然后写入程序至处理器中进行显示波形种类和频率.以下为部分LCD1602的显示程序.
三、测试结果
(一)波形测试
在本次设计中,使用数字示波器对此低频信号发生器的输出波形进行观察,得到如图7所示的测试波形图.
(二)数据分析
根据附表的数据可知,在频率为10 Hz和10 kHz时,输出波形频率的相对误差比较大,在1%附近,频率为100 Hz和1 kHz时,输出波形的频率相对误差比较小.一方面,波形之间对输出频率的影响比较小,对于频率影响较大的是不同频率的显示值所造成的,造成这种情况的原因是在处理器的定时过程中,只能选取整数值,而在计算采样点之间间隔时间的过程中,要对其取整数,由此造成实际频率和显示的理论频率之间的误差.另一方面,由于处理器在运行的过程中,程序的运行会产生一定的时长,所以对产生频率的大小也会产生一定的影响.
四、结束语
在本次设计中采用了C51单片机作为控制芯片,并使用低廉的DAC0832、OP07等作为辅助芯片制造出了一种低频信号发生器,实现了低功耗、低成本、可靠性强的设计理念.该设计作品可用于实验室的测量和实践,为研究并实现高品质的信号源提供了很大帮助.
本文获得海南省高等学校发展专项发展资金项目(编号：HX51069008001)支持
作者简介：秦冲（1997-）,男,本科,研究方向：电子科学与技术
通信作者：黄建清（1972-）,女,博士,讲师,研究方向：电子信息技术、嵌入式技术
信号发生器论文范文结:
关于信号发生器方面的论文题目、论文提纲、信号发生器论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。