多功能智能函数发生器的设计_毕业设计论文(25页).doc
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1、-多功能智能函数发生器的设计_毕业设计论文-第 18 页 毕业设计(论文)题目: 多功能智能函数发生器设计系 别 信息工程系 专业名称 电子信息工程班级学号 088205232学生姓名 熊磊君指导教师 向瑛二一三 年 五 月 毕业设计(论文)任务书I、毕业设计(论文)题目:多功能智能函数发生器的设计II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求:以单片机为核心器件组成一个多功能智能函数发生器。 1、系统能够产矩形波、三角波、正弦波。2、系统可以通过选择开关选择相应的波形输出。 3、系统具有复位功能。 4、系统可用LED显示输出波形的种类和频率。 III、毕 业设计(论文)工作内容
2、及完成时间:第1周-第3周: 开题报告的撰写,翻译英文资料第4周-第11周: 硬、软件设计,调试第12周-第14周: 整体调试第15周-第17周: 撰写论文第18周: 答辩准备及答辩 、主 要参考资料: 1沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现.电子工业出版社,2005.1 2张先庭,向瑛.单片机原理、接口与C51应用程序设计.国防工业出版社,2011.1 3程明等.LED显示原理J.电讯技术,2004,14(3):32-33 4李军.51系列单片机高级实例开发指南北京航空航天大学出版社,2003 58-bit Microcontroller with 2K bytes FlashAt89C2
3、052 Atmel corporation ,2005 6夏路易,石宗义电路原理图与电路板设计北京希望电子出版社,2002.6 信息工程 系 电子信息工程 专业类 0982052 班学生(签名): 填写日期: 2012 年 12 月 25 日指导教师(签名): 助理指导教师(并指出所负责的部分):信息工程 系主任(签名 ) 学士学位论文原创性声明本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式
4、表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期:2013年5月15日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名: 日期:2013年 月 日导师签名: 日期:2013年 月 日多功能智能函数发生器设计学生姓名:熊磊君 班级:0982052指导老师:向 瑛摘要:函数信号发生器是电子设计以及教学、科研中应用最广泛的仪器。如果
5、能用相应简单电路实现稳定优秀和精确度的常用波形,必将能被广泛的运用。本文设计函数发生器采用马克西姆公司MAX038芯片产生函数信号,及其芯片基本特性,运用芯片自身特性及其外围电路控制波形频率,调节占空比,并对频率及占空比的控制做了比较详尽的论述,以51系列单片机和外围电路控制波形种类,通过电路放大后从而通过键盘控制输出不同波形。该函数发生器以软件控制实现一系列有规律的幅度和频率可调的方波、三角波和正弦波,低成本、多功能、高精度。关键词: MAX038 函数信号 单片机 指导老师签字:Multi-functional intelligent function generatorStudent N
6、ame: Xiongleijun Class: 088205232Supervisor: XiangyingAbstract: Function signal generator is the most widely used in electronic design and teaching, scientific research instruments. If can use the corresponding simple circuit excellent stability and accuracy of common waveform, is bound to be widely
7、 used. Designed function generator MAX038 chip by maxim company produce function signal, the basic features and its chip, chip itself characteristic and its peripheral circuit is used to control waveform frequency, adjusting the duty ratio, and control of the frequency and duty ratio) were compared
8、for detailed discussion, with 51 series single chip microcomputer and peripheral circuit control waveform types, enlarged electric circuit to output different waveform by keyboard control. The function generator to software control to realize a series of regular amplitude and frequency adjustable sq
9、uare wave, triangle wave and sine wave, low cost, multi-function, high precision. Key words: MAX038; Function Signal; Single-chip microprocessor Signature of Supervisor: 目 录1.绪论12.系统概述和方案设计22.1 概述22.2 设计指标22.3 方案论证与比较23.系统硬件的设计53.1 系统总体设计5芯片介绍5芯片引脚8频段调节控制9频率、幅值、占空比控制103.4 频率、占空比调节113.5 输出信号的放大处理133.
10、6 电源电路143.7 键盘设计153.8 本章小结154.系统软件设计164.1 主程序流程164.2 子程序流程17致谢19参考文献20附 录211 单片机程序212 系统完整电路图24多功能智能函数发生器设计1 绪 论 函数发生器是实验室常用信号源,也是工业,科研等常用的信号源,也是模拟电路中经典的电路实例,其设计方法有许多种,本次课题选用单片机为核心器件,而单片机所够成的仪器具有可靠性好,高性价比,体积小,集成度高,这也使其在现在电子硬件发展中成为最为广泛应用的器件之一。 基于MAX038的多波形函数信号发生器设计,结合现在正在使用的信号发生器的基本功能,完成一个基本系统的设计全过程。
11、通过MAX038来产生一系列有规律的幅度和频率可调的方波、三角波和正弦波,这样的一个多波形函数信号发生器在控制领域有着相当广泛的应用范围。 本文主要分五大部分:绪论、系统概述和设计方案、硬件部分、软件部分、总结。绪论首先对课题背景和所涉及的技术领域进行介绍;第一章对系统所要完成的功能进行讲解,确定系统的主要参数,第二章对系统的硬件结构和各部分组成进行简要的介绍;第三章软件部分,这部分重点介绍了主程序的流程图及驱动程序。2 系统概述和方案设计2.1 概述 函数发生器在通信,广播,电视系统等方面运用广泛,是常用信号源,也是工业,科研等常用的信号源,也是模拟电路中经典的电路实例,其设计方法有许多种。
12、2.2 设计指标1 系统能够产生递增斜波、递减斜波、方波、三角波、正弦波、及阶梯波。2 系统可以通过选择开关选择相应的波形输出。3 系统具有复位功能。4 系统可用LED显示输出波形的种类和频率。2.3 方案论证与比较方案一 系统主要采用51系列单片机,D/A转换器组成输出,该单片机是波形设计的核心。该信号发生器原理框图如方案一流程 图2.1键盘输入输出AT89C51单片机运放放大UA741D/A转换DAC0832显示 图2.1 系统流程图 总体原理为:利用AT89C51单片机构造低频信号发生器,可产生正弦波,方波,三角波,锯齿波四种波形,方案一流程 图2.1,信号发生器原理框图本方案其主要模块
13、包括复位电路、时钟信号、键盘控制、D/A转化及LED显示。方案二 系统由51系列为单片机控制模块,MAX038信号产生模块,LED显示模块,占空比调节模块,DAC模块,电压放大模块组成,图2.2为系统框图。键盘51系列单片机LED显示信号输出频率微调 放大输入 MAX038信号震荡器波形选择信号产生模块占空比调节频率调整图2.2 系统流程图方案三 系统由51系列为单片机,使用传统的锁相频率合成方法。通过芯片IC145152,压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波,再利用过零比较器转换成方波,积分电路转换成三角波。方案四 采用通用的51系列单片机AT89C52作为主控制器,通过ZLG7
14、289控制键盘及显示器输入频率与幅度并接入DDS ADC9850产生各种波形,通过积分电路与其自身带有的正弦波和方波可以产生三角波等,正弦信号由D/A芯片TLC5615采样。方案讨论方案一:电路简单,但抗干扰能力较弱,不易调节,而其成本底方案二:利用单片集成芯片的函数发生器:能产生多种波形,达到较高的频率,且易于调试。鉴于此,美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038,它克服了方案二中芯片的缺点,可以达到更高的技术指标,是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好,因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上,MAX03
15、8都是优选的器件。 方案三:电路复杂,干扰因素多,不易实现。方案四:产生信号较稳定,且不容易控制。宗上方案研究故采用方案二较适当。3 系统硬件的设计 依据MAX038输出频率的数控调节原理,配合单片机控制,可以实现数控的函数信号发生器。3.1 系统总体设计整机由的四大模块组成,分别是单片机外围控制电路(波形选择电路,按键电路),MAX038外围电路(频率,占空比调节),放大电路,及电源电路。流程图布局如图3.1所示。频率调节按键电路放大电路MAX038AT89C52单片机输出占空比波形选择电路图3.1 总设计原理布局图 3.2 单片机介绍及外围电路芯片介绍AT89C52是51系列单片机的一个型
16、号,是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压,高性能CMOS型8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C52有P
17、DIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。主要功能特性 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次)Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接
18、石英晶体及电容C1, C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1, C2虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性,这里选择使用石英晶体。也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路的情况时,外部时钟脉冲接到XTAL1端,即内部时钟发生器的输入端,XTAL2则悬空。外围电路工作在11.0592MHz频率下,其P2.0引脚和MAX038的A0和A1相连,用于选择输出波形;KEY为单片机的外围44键盘接口,它和单片机的P1.0P1.7连接,P1.0P1.3对应于键盘的行14,P1.4P1.7对应于键盘列的14。 图3.
19、2 单片机外围硬件电路3.3 MAX038芯片介绍MAX038是美国MAXIM公司应市场的需求而研制的单片集成高频精密函数发生器,具有较高的频率特性、频率范围很宽、功能较全、单片集成化、外围电路简单、使用方便灵活等特点。内有主振荡器、波形变换电路、波形选择多路开关、2.5V基准电压源、相位检测器、同步脉冲输出及波形输出驱动电路等。其主要优点有:1)能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波、方波、正弦波信号。2)频率范围从0.1Hz20MHz,最高可达40MHz,各种波形的输出幅度均为2V3)占空比调节范围宽,占空比和频率均可单独调节,二者互不影响,占空比最大调节范围是1090。4)波形失真小,正弦波
20、失真度小于0.75,占空比调节时非线性度低于2。5)采用5V双电源供电,允许有5变化范围,电源电流为80mA,典型功耗400mW,工作温度范围为070。6)低温度漂移:200 PPM。7)低阻抗输出缓冲器:0.1;8)内设2.5V电压基准,可利用该电压设定FADJ、DADJ的电压值,实现频率微调和占空比调节。芯片引脚 图 3.3 MAX038芯片图 表3.1 MAX038引脚说明名 称功 能REF2.50 V带隙基准电压输出端GND地A0波形选择输入端,TTLCMOS兼容A1波形选择输入端,TTLCMOS兼容COSC外部电容连接端GND地DADJ占空比调整输入端FADJ频率调整输入端GND地I
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