多功能波形发生器设计.pdf

1引言波形发生器也称函数发生器作为实验信号源是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成且波形种类有限多为锯齿波正弦波方波三角波等波形。在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标都有了很大的提高。利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号其频率底线很低。具有线路相对简单结构紧凑价格低廉频率稳定度高抗干扰能力强用途广泛等优点并且能够对波形进行细微调整改良波形使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改调整程序即可完成功能升级。2方案设计与分析2.1设计目的本设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、软件程序的设计等使学生进一步学习与理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能；2.2设计内容及要求设计由微机（单片机）控制的多功能波形发生器该发生器在操作人员控制下输出正弦波方波三角波或锯齿波波形。波形的极性周期和占空比（对矩形波而言）等可由操作人员设置和修改。具体要求：（1）可预先在内存数据内中建立各种波形的一个周期的输出数据表。然后每一次定时中断信号或每延时一定时间循环的依次从表中取一个数据输出便可以得到相应的波形。(2)对于方波锯齿波和三角波等脉冲波形的产生可直接根据波形的特点依次将每点输出数据加/减一数或在上、下限值上交替变换来实现。(3)采用预置和修改上下限来实现波形幅度变化。改变上、下限值输出延时时间可改变矩形波的占空比。2.3设计方案及原理系统的核心采用AT89S51该单片机具有加密性强、超强抗干扰能力超低功耗运行速度快等特点以及在系统可编程等特点该芯片内部集成看门狗电路不用外接看门狗电路因此满足了本系统开发的需要。单片机负责控制信号发生单元的工作状况根据外部键盘的输入改变程序的运行状态使信号发生单元能产生所需的波形。波形数据为一系列的二进制数通过D/A转换和放大输出。当前的波形名称、频率、幅值及占空比通过显示单元显示。图2.1总体设计流程图3硬件的设计3.1硬件接线的设计键盘输入部分主要用于选择波形。键盘共设4个键用于选择三角波、矩形波、锯齿波、正弦波4种不同的波形89C51单片机用来执行某一波形发生程序向D/A转换器的输入端发送数据将其转化成模拟量并通过运算放大器调节波形的幅值经过滤波器的滤波从而在输出端得到所需的波形。图3.1总体电路图3.2总体程序流程图图3.2总体程序流程图3.3各主要模块的功能3.31AT89C511单片机3fi>XTAL1PD.l/ADl