PAGE一1設計意義及現狀分析信號發生器用于產生被測電路所需特定參數的電測試信號。在計算機控制技術與電子技術飛速發展的今天，信號發生器的應用越來越廣。在測試、研究或調整電子電路及設備時，為測定電路的一些電參量，要求提供符合所定技術條件的電信號。在自動控制系統和教學實驗及生產實踐中，如工業過程控制、機械振動試驗、動態分析、材料試驗、生物醫學等領域，常常需要用到低頻信號發生器。而在我們日常生活中，以及一些科學研究中，正弦波、三角波和方波信號是常用的基本信號。譬如在示波器、電視機等儀器中，為了使電子按照一定規律運動，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產生器作為時基電路。函數發生器作為一種通用的電子儀器，在生產、科研、測控、通訊等領域都得到了廣泛的應用。傳統的函數信號發生器統信號發生器只能產生正弦波、方波、三角波等基本波形。目前購買的信號發生器價格昂貴，功能強大。在科學研究和生產實踐中，如工業過程控制，生物醫學，地震模擬機械振動等領域常用到低頻信號源。而完全由硬件電路構成的低頻信號其性能難以讓人滿意，而且由于低頻信號源所需的RC很大，大電阻，大電容在制造上有困難，參數的精度亦難以保證。體積大，漏電，損耗顯著更是其致命弱點。另外，低頻信號發生器可用于校驗頻率繼電器，同步繼電器等，也可作為低頻變頻電源使用。本次設計的低頻信號發生器不僅能產生這些基本波形，還可輸出任意波形且價格低廉。該設計基于AT89C51單片機的發生器可產生正弦波、三角波、方波、鋸齒波、梯形波等五種波形，波形的頻率可以用程序改變，幅度四檔調節。它具有線路簡單、結構緊湊，使用方便等優點。2方案的確定2.1傳統信號發生器方案一為傳統的函數信號發生器。常見的555定時器構成的函數信號發生器電路圖如圖1所示。圖1傳統函數信號發生器傳統的信號發生器其功能完全靠硬件實現,功能單一而且用戶的購置、維護費用高。更重要的是,對于傳統的信號發生器,其功能一旦確定便不能更改,用戶要想使用新的功能則必須重新購買新的儀器,傳統信號發生器的不足顯而易見。傳統信號發生器通過調節硬件的參數改變頻率。2.2基于單片機的信號發生器第二種方案是基于單片機，其系統結構如下圖2所示。數碼管顯示器數碼管顯示器晶振電路運算放大器模數轉換芯片單片機晶振電路運算放大器模數轉換芯片單片機復位電路復位電路按鍵按鍵圖2低頻信號發生器方框圖該設計采用軟硬件結合方法，能產生正弦波、方波、三角波、鋸齒波和梯形波等五種波形。其中梯形波是一般信號發生器所不能產生的。同時其頻率小范圍內可調，幅度分為四檔調節。運算放大器輸出接至示波器觀察波形。另外，可以根據需要，通過修改程序來產生其它波形，AT89S52芯片具有在線編程功能。它具有線路簡單、結構緊湊，使用方便等優點。2.3方案的選擇對于第一種方案，整個系統為硬件系統，不包括任何軟件部分，且維護費用高。而方案二，軟硬件相結合，同時，具有線路簡單、結構緊湊，使用方便等優點。綜合兩方案的優缺點，最終選擇方案二，即采用基于單片機的信號發生器。3設計思路本系統由單片機、顯示接口電路，波形轉換（D/A）電路，按鍵等部分構成。最終波形可用示波器觀察。選用常見的8051單片機作為控制器，型號為AT89S52。采用DAC0832作為D/A轉換器。傳統的低頻函數信號發生器頻率一般在20Hz～200kHz。本次低頻信號發生器的要求頻率為0.5～50Hz，是怎樣達到這種超低頻的呢？在對模擬信號轉換為數字信號過程中，常常需要把波形的一個周期均等地分成N段。為了使輸出信號盡量減少失真，輸出波形比較光滑，要盡量使N較大。圖3所示為正弦波的離散化處理。圖3正弦信號離散處理本設計波形的一個周期由256個采樣點構成。DAC0832采用CMOS工藝，轉換時間1μs.AT89C51單片機的定時器選有四種工作方式。工作方式0為13位定時器，方式1為16位，方式2,3均為8位。這里選用方式工作方式1才能滿足頻率要求。采用振蕩頻率為12MHz的單片機，則機器周期為1μs，能定時的最大值為2^16=65536μs。fmin=1/（256*65536*10^(-6))=0.0596Hz<0.5Hzfmax=1/(256*10^(-6))=3906.25Hz>50Hz若考慮到留有余量，也能達到要求。本次設計采用軟件方式即編寫程序來輸出波形。軟件設計的總體思想是將各個波形的數據表存儲在程序存儲器中，間隔一段時間輸出一個點，一個周期（256個點）過后再循環輸出。4調試方法本次設計采用采用Proteus軟件進行仿真。Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus軟件是世界上著名的EDA工具，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。在KEIL軟件中編寫好程序后，編譯生成HEX文件。只需在Proteus軟件中畫好電路原理圖，將HEX文件下載到電路原理圖的單片機中便可進行仿真調試。另外Proteus軟件還支持和KEIL軟件聯調的方式，更加容易看出程序中的問題。所以需要熟練使用Proteus軟件和KEIL軟件。5預期目標該題目設計要求能輸出正弦波、三角波、方波等波形可通過按鍵選擇要輸出的波形、調整輸出頻率、幅值大小并通過數碼管顯示。輸出信號的頻率可以在0.5～50Hz范圍內調整。設計內容：1、信號源生成方案；2、硬件裝置的設計與制作；3、調試并運行成功；6可能遇到的問題本設計為信號發生器的設計，可能會遇到如下的問題：波形失真。這個跟模數轉換芯片，運放，焊接質量的好壞等都有關系。頻率的調節。要做到頻率可以比較連續地調節可能會比較困難。軟件編程。以前很少接觸到這種包括多個模塊應用系統，程序代碼可能比較多。7進度安排表1畢業設計進度安排表序號起止日期各階段任務12011.3.18—2011.4.9資料收集，開題報告，開題答辯22011.4.10—2011.4.26方案論證與設計，控制程序編制32011.4.27—2011.5.3裝置安裝，調試42011.5.4—2011.5.25模擬仿真軟件的編制與聯機調試52011.5.26—2011.6.4使用說明書，設計說明書撰寫62011.6.5—2011.6.10畢業設計成果交老師審閱與評閱72011.6.11—2011.6.14畢業設計修改，為答辯做準備82011.6.15—2011.6.18畢業設計答辯參考文獻[1]李萍.AT89S51單片機原理、開發與應用實例.中國電力出版社,2008[2]李榮正等.PIC單片機原理及應用（第三版）.北京航空航天大學出版社，2006[3]林伸茂.8051單片機徹底研究實習篇.中國電力出版社，2007[4]李建忠.單片機原理及應用.西安電子科技大學出版社，2008[5]徐陽，鐘寶榮.基于單片機的低頻信號發生器設計.長江大學學報，2008[6]王瑋.51單片機與PC機串行通信接口的設計.硅谷，2009（6）[7]余仲銘,劉華東.采用protel99se設計89C51單片機應用系統.電子制作,2005(12)[8]朱清慧.Proteus：電子技術虛擬實驗室.中國水利水電出版社，2010[9]樓然苗,胡佳文,李光飛.單片機實驗與課程設計:Proteus仿真版.浙江大學出版社,2010[10]周潤景,張麗娜,劉映群.PROTEUS入門實用教程.機械工業出版社，2007[11]祁偉,楊亭.單片機C51程序設計教程與實驗