信号发生器 开题报告.doc

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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

数码管显示器

晶振电路运算放大器模数转换芯片单片机

晶振电路

运算放大器

模数转换

芯片

单片机

复位电路

复位电路

按键

按键

图2低频信号发生器方框图

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

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