【正文】 目 錄 1 緒 論 ................................................... 1 課題背景 .......................................................... 1 波形發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................. 1 波形發(fā)生器的發(fā)展趨勢 .............................................. 2 本文研究的主要內(nèi)容 ................................................ 2 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .......................................... 3 概述 .............................................................. 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 .................................................. 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 .................................................. 5 單 片機(jī)的選擇 ...................................................... 6 3 功能模塊電路設(shè)計(jì) ......................................... 10 波形產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì) ............................................... 10 鍵盤輸入電路設(shè)計(jì) ................................................. 11 顯示電路的設(shè)計(jì) ................................................... 12 顯示驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì) ................................................... 13 運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì) ................................................. 14 系統(tǒng)總原理 ....................................................... 15 4 程序設(shè)計(jì) ................................................ 16 基于單片機(jī)的波形發(fā)生器的程序設(shè)計(jì) ................................. 16 5 系統(tǒng)仿真與驗(yàn)證 .......................................... 20 系統(tǒng)仿真圖與波形圖 ............................................... 20 結(jié) 論 .................................................... 22 致 謝 .................................................... 23 參考文獻(xiàn) .................................................. 24 1 1 緒 論 課題背景 波形發(fā)生器是一種廣泛應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制和科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域的信號源。比如電參量的測量、雷達(dá)、通信、電子對抗與電子系統(tǒng)、宇航和遙控遙測技術(shù)等等，從某種意義上說高質(zhì)量信號源更是實(shí)現(xiàn)高性能指針的關(guān)鍵，很多現(xiàn)代電子設(shè)備和系統(tǒng)的功能都直接依賴于所用信號源的性能，因此高質(zhì)量信 號源被人們喻為眾多電子系統(tǒng)的 “心臟 ”。隨著通信、雷達(dá)、的不斷發(fā)展，對信號源的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出頻率的個(gè)數(shù)以及信號波形的形狀提出越來越多的要求。為了提高信號源輸出頻率穩(wěn)定度，可以采用晶體振蕩器等方法來解決。為了滿足頻率個(gè)數(shù)多的要求，可以采用頻率合成技術(shù)，即通過對頻率進(jìn)行加、減、乘、除的運(yùn)算，可從一個(gè)高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)頻率源，產(chǎn)生大量的具有同一穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的不同頻率。 傳統(tǒng)的波形發(fā)生器只能產(chǎn)生一些常規(guī)的信號如正弦波、方波、脈沖波、三角波等。隨著科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的需求的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的波形發(fā) 生器在一些特定的場合已經(jīng)不能滿足要求，因?yàn)樵谠S多應(yīng)用研究領(lǐng)域中 ,不但需要一些規(guī)則的信號 ,而且還需要一些不規(guī)則的信號用于系統(tǒng)特性的研究。如電鍍電源對于鍍層影響、電子設(shè)備的性能指針測試、及對系統(tǒng)中各種瞬變波形和電子設(shè)備中出現(xiàn)的各種干擾的模擬等研究中，就需要能提供一些非常規(guī)的測試信號以至于任意波形信號的信號 源 ， 即 能 產(chǎn) 生 現(xiàn) 場 所 需 要 波 形 的 任 意 波 形 發(fā) 生 器 (Arbitrarry WaveformGenerator,AWG)。 對任意波形發(fā)生器的研制開發(fā)我國起步晚，技術(shù)大大落后于國外先進(jìn)技術(shù)。因此，開發(fā)高性價(jià)比的任意波形發(fā) 生器是迫在眉睫，對發(fā)展我國電子行業(yè)有著非常重大的意義，具有廣泛的應(yīng)用前景，與國外同類產(chǎn)品保持在性價(jià)比上的優(yōu)勢，可打破國外的技術(shù)壟斷和封鎖。 波形發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀 任意波形發(fā)生器是在 1975 年開發(fā)成功的，從此，信號發(fā)生器產(chǎn)品增加了一個(gè)新品種。在任意波形發(fā)生器作為測量用信號激勵(lì)源進(jìn)入市場之前，為了產(chǎn)生非正弦波信號，已使用函數(shù)發(fā)生器提供三角波、斜波、方波等幾種特殊波形。聲音和振動(dòng)分析需要復(fù)雜調(diào)制的信號源，以便仿真真實(shí)的信號，只有借助任意波形發(fā) 2 生器，例如醫(yī)療儀器測試往往需要心電波形，任意波形發(fā)生器很容易產(chǎn)生 各種非標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)信號。 早期的任意波形發(fā)生器主要著重音頻頻段，現(xiàn)在的任意波形發(fā)生器已擴(kuò)展到射頻頻段，它與數(shù)字示波器（ DSO）密切配合，只要數(shù)字示波器捕獲的信號，任意波形發(fā)生器就能復(fù)制出同樣的波形。在電路構(gòu)成上，數(shù)字示波器是模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換，任意波形發(fā)生器是數(shù)字 /模擬的逆轉(zhuǎn)換，目前任意波形發(fā)生器的帶寬達(dá)到2GHz，足夠仿真許多移動(dòng)通信、衛(wèi)星電視的復(fù)雜信號。 任意波形發(fā)生器在原理上可仿真任意波形，只要數(shù)字示波器或其它記錄儀捕捉到的波形，任意波形發(fā)生器都可復(fù)制出，特別有用的是仿真單次偶發(fā)的信號，例如地震波形、汽車碰 撞波形等等。 波形發(fā)生器的發(fā)展趨勢 任意波形發(fā)生器的發(fā)展趨勢是更高取樣率，更高分辨率和更大存儲量，目前實(shí)時(shí)帶寬超過 1GHz 的產(chǎn)品比較少，而且分辨率只有 8 位，不能滿足快速發(fā)展的移動(dòng)通信和高速網(wǎng)絡(luò)的測量要求。與數(shù)字存儲示波器相比，任意波形發(fā)生器的全面指標(biāo)存在明顯差距，前者的取樣率達(dá)到 20GS/s 和帶寬 6GHz，后者的取樣率是。任意波形發(fā)生器首先要趕上數(shù)字存儲示波器，然后再往前發(fā)展，因?yàn)樵陔娐窐?gòu)成方面，任意波形發(fā)生器的核心部件是高速數(shù) /模轉(zhuǎn)換器，它的工藝潛力還很大，顯然缺少的是 市場需求。 本文研究的主要內(nèi)容 波形發(fā)生器采用單片機(jī)技術(shù)，通過軟件設(shè)計(jì)和硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波幅值可調(diào)的信號。信號頻率，可通過鍵盤輸入，并顯示。要求產(chǎn)生的數(shù)字信號干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高， 設(shè)計(jì)要求：（ 1）能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波 3 種周期性波形。（ 2）用鍵盤輸入可生成正弦波的基波及各次諧波單獨(dú)的波形，也可生成基波和各次諧波線形組合的波形。（ 3）輸出波形的頻率可以通過鍵盤輸入進(jìn)行粗調(diào)。（ 4）輸出波形幅度范圍可通過可變電阻任意調(diào)整。 （ 5）具有顯示輸出波形類型、及其粗調(diào)頻率和幅度的 功能。 3 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 概述 波形發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器 S101 全部采用晶體管 )，也可以采用集成電路 (如單片函數(shù)發(fā)生器模塊 8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由 51 單片機(jī)算與 DAC0832 共同組成的方波 —三角波 —正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。 本文介紹的是利用 AT89C51 單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件 DAC0832 產(chǎn)生所需不同信號的低頻信號 源，其信號幅度和頻率都是可以按要求控制的。文中簡要介紹了 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的