毕业设计-便携式函数信号发生器-信号生成功能设计.doc
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1、西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计(论文)题目:便携式函数信号发生器信号生成功能设计系 别: 电子信息系 专 业: 通信工程 班 级: B090310 学 生: 黄增才 学 号: B09031006 指导教师: 张 峰 2013年06月Abstract毕业设计(论文)任务书系别 电子信息系 专业 通信工程 班级 B090310 姓名 黄增才 学号 B9031006 1.毕业设计(论文)题目: 便携式函数信号发生器信号生成功能设计 2.题目背景和意义:信号发生器是电子测量、电子产品及设备开发调试及电子工程相关课程实验必备的仪器设备之一,除供通信、仪表和信号采集处理、自动控制系统测试用外,还
2、广泛用于其他非电测量领域。随着电子仪器设备的数字化、智能化,ARM处理器越来越多的应用到实验仪器设备中,不仅提高了设备的效率,而且增强了功能、减小了体积。本课题将结合函数信号发生芯片和ARM处理器设计一个可产生多种波形、频率范围宽,信号幅度可调、且便于携带及使用的多功能信号源,可应用于各种需要信号生成的场合。 3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标):本课题需要完成便携式函数信号发生器的信号生成功能的软硬件设计与开发,课题的研究将以ARM处理器LPC2103及信号产生芯片MAX038为核心,结合DA芯片、电子开关芯片、集成运放及ADS1.2开发环境进行,具体内容如下: (1)熟悉 Eas
3、yARM2103开发板及课题实现相关芯片使用; (2)完成设计方案分析及确定; (3)完成信号生成功能的硬件原理设计及PCB设计; (4)完成信号生成功能的控制程序设计及调试; (5)协作完成整个便携式函数信号发生器的联调。 主要技术指标: (1)信号发生器可产生多种波形,包括正弦波、三角波和方波 (2)产生的信号频率为2-10MHz,幅度为5V(p-p) (3)信号频率在每个频段内可连续调节; (4)信号发生器要求体积小、功能强、操作方便且具有便携性; (5)信号生成功能要求对产生的信号的波形、频段、频率均可进行方便控制; 4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点):本设计要求完成
4、整个便携式函数信号发生器信号生成功能的软、硬件设计,并进行功能调试。设计工作要求严格按照学校计划安排和各项规范进行,保质保量完成任务书中各项工作,技术指标满足要求并认真撰写学位论文。 毕业设计工作的进度安排如下: 第1周第2周:查找资料,做前期的准备工作,学习相关的芯片资料及开发环境使用; 第3周第4周:方案设计分析确定,撰写开题报告,准备开题答辩; II摘要第5周第8周:进行信号生成功能的硬件原理的设计; 第9周第10周:完成信号生成功能的控制软件的设计; 第11周第12周:完成信号信号生成功能测试并协作进行整个信号发生器的联调; 第13周第15周:撰写毕业论文,进行毕业答辩。 5.毕业设计
5、(论文)的工作量要求 实验(时数)*或实习(天数): 300学时 图纸(幅面和张数)*: A4,1张 其他要求:提供完整的信号生成功能控制程序一套,并完成与课题相关的3000字左右的英文文献资料翻译。 指导教师签名: 年 月 日 学生签名: 年 月 日 系(教研室)主任审批: 年 月 日II便携式函数信号发生器信号生成功能设计摘 要信号发生器是一种常用的电子设备,在日常生活、工业控制以及科研等领域有十分重要的作用。本课题针对信号发生器的广泛应用,从而以ARM处理器、MAX038为核心,设计了一种便携式信号发生器,能够产生2Hz10MHz之间的频率多种函数波形,可用于各种需要进行波形控制的场合。
6、论文主要完成整个便携式信号发生器生成功能的设计与实现。论文首先介绍了信号发生器生成功能的设计方案,然后针对课题所需要的相关技术及芯片进行了详细的介绍和分析,包括32位ARM处理器LPC2103、信号发生器技术及ADS1.2开发环境等。在此基础上进行了信号生成功能的软硬件设计。在硬件设计方面,在对信号发生器产生多种波形的原理进行分析的基础上,利用LPC2103处理器对MAX038波形种类进行控制,分别采用八选一电子开关CD4051和频段选择DAC0832芯片。软件设计基于集成开发环境ADS1.2,用C语言编写波形控制程序,用来实现多种波形的输出以及频段和频率的控制,进而控制信号波形的输出状态。信
7、号生成单元主要以EASYARM2103开发板为基础进行了测试,运行正常,功能符合设计指标要求。课题的设计与实现表明,利用MAX038与LPC2103相结合设计产生的信号发生器,具有低功耗、性能高、易于控制、体积小、便于携带等优点。关键词:信号发生器;信号生成; MAX038; ARM;LPC2103;ADS1.2目录Portable Function Signal Generator(Signal Generating Function Design)AbstractThe signal generator is a commonly used electronic equipment, pl
8、aying a very important role in the daily life, including industrial control and scientific research and other fields. The subject aims at the wide range of applications of the signal generator, ARM processor, MAX038 as a core of the whole, we can design a portable signal generator which can generate
9、 a variety of 2Hz10MHz waveform. It can be used for various occasion.The paper is mainly to complete the design and realize the entire function of signal generator. At first, The paper mainly describes the design of the signal generator; then makes a detailed description and analysis of the issues w
10、hich is related to technology and chip, including a 32-bit ARM processor LPC2103, signal generator technology and ADS1.2 development environment; we design hardware and software based on the signal generation. In terms of hardware, we analysis the principle of signal generator, and we can use LPC210
11、3 processor to control the MAX038 waveform types. Selecting eight election electronic switch and DAC0832 chip. The software design is based on the integrated ADS1.2 development environment, waveform control program is written in C language, achieving a variety of waveforms of output as well as the b
12、and and frequency control, then control the output state of the signal waveform.Signal generator is based on EASYARM2103 development to test, normal operation, And Its function meets design requirements. Design and Implementation of the topics indicate that make use of MAX038 and LPC2103 generate a
13、signal generator which consume low power, high performance. It is easy to control and its size is small and so on.Key Words: Signal Generator; MAX038; ARM; LPC2103; ADS1.2IV目 录1绪论11.1 前言11.2 课题研究的意义11.3 相关技术现状21.3.1信号产生技术发展现状21.3.2 ARM技术21.3.3 EDA技术31.4 课题的主要研究内容41.5 课题研究的重难点51.5.1 课题研究的重点51.5.2 课题研
14、究的难点51.6 论文的结构安排52系统设计方案72.1 系统功能概述及技术指标要求72.2 系统整体设计方案论证72.3 设计方案及工作原理82.4 相关技术选择92.4.1 处理器的选择92.4.2 信号发生模块的选择102.4.3 频段选择功能的实现102.4.4 频率控制功能的实现102.4.3 软件开发环境选择113相关技术介绍123.1 ARM 技术介绍123.2 ARM 处理器LPC2103123.3 ADS1.2开发环境的介绍143.4 LM117简介153.5 DAC0832简介153.6 CD4051简介163.7 MAX038简介173.8 LM324简介194系统硬件原
15、理设计204.1 硬件功能概述及模块划分204.2 处理器电路的设计204.2.1 处理器214.2.2 去耦合电路224.2.3 晶振电路224.2.4 复位电路234.3 电源电路的设计244.3.1 5V3.3V转换电路254.3.2 5V1.8V转换电路254.3.3 +5V5V转换电路254.4 LED电源指示灯电路264.5 信号发生电路264.6 频段选择电路274.7 频率范围控制电路274.8 信号放大电路284.9 总体原理图285信号控制软件设计305.1 软件功能概述305.2 软件开发环境介绍305.3 程序设计思路及流程图315.4 软件代码编写316系统调试366
16、.1 系统硬件调试366.2 系统软硬件结合调试367结论387.1 设计结论387.2 设计收获和体会387.3 设计不足和改进39参考文献40致谢41附录1 EASYARM2103开发板实物图44附录2整体硬件原理图45附录3源程序及代码46 1 绪论1 绪论1.1前言信号发生器是一种常用的电子设备,广泛应用于电子电路、自动控制、科学实验等领域,根据所需参数的来设计电测试信号的仪器,能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的仪器称为函数信号发生器。论文的名称是便携式函数信号发生器信号生成功能设计,主要针对信号生成功能的软硬件设计与开发,以ARM处理器LPC2103及信号
17、产生芯片MAX038为核心,结合DA芯片、电子开关芯片、集成运放及ADS1.2开发环境进行,设计了一种可产生多种波形、频率范围宽,信号幅度可调、且便于携带及使用的多功能信号源1。 1.2课题研究的意义信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中,都需要射频(高频)发射,这里的射频波就是载波,把音频(低频)、视频信号或脉冲信号运载出去,就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物
18、医学等领域内,如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等,都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。早期的函数信号发生器集成电路。如L8038,BA205,XR2207/2209,它们的功能,精度不高,频率上限只有3000kHz,无法产生更高频率的信号,套接方式也不够灵活,频率和占空比不能独立调节,二者相互影响。目前市场上的的波形发生器多为纯硬件的搭接而成,通常是单函数发生器而且频率不高,其工作不很稳定,不易调试,且许多功能都用不上。因此有必要研制一种价格低廉且切合实际需要的函数信号发生器,这样既能节约成本又能顺利完成自己的工作要求,对学校及各个科研单位的实验室建设具有重要意义。根据
19、当前的现状,在函数信号发生器的基础上,利用ARM处理器的工作原理,和其具有功耗低、体积小、速度快、精度高等优点,结合MAX038设计出一种可以产生多种波形、频率范围宽、信号幅度可调且可通过PC机软件进行操作与控制的多功能信号源,可用于多种信号生成的场合,具有较好的实际意义。1西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)1.3相关技术现状在本课题的研究及设计过程中综合运用了信号产生技术、ARM技术、串口通信技术和EDA技术现对课题实现的相关技术现状做简要的介绍。1.3.1 信号产生技术发展现状传统的函数信号发生器只能产生频率范围小,波形单一等基本波形。而且购买的信号发生器价格昂贵,功能少。在科学
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