数字信号发生器课程设计.pdf

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数字信号发生器的设计
摘要
信号发生器也叫做振荡器或是信号源,在现在的科技生产实践中有着广泛而重要的应用。
现在的特殊波形发生器在价格上不够经济,有些昂贵。而基于AT89C51单片机的函数信号发生
器可以满足此要求。根据傅里叶变换,各种波形均可以用三角函数的相关式子表示出来。函数
信号发生器能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波、方波和正弦波。
本文通过在单片机的外围加上键盘,控制波形的种类和输出频率的大小,加上LED显示出
相应信息。单片机输出为数字信号,于是在输出端用DAC0832进行D/A转换,再通过两级运
放对波形进行调整。最终在示波器上显示出来。
关键词:信号发生器,AT89C51,D/A转换,波形调整
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目录
1绪论.................................................................................................................................1
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2系统设计.........................................................................................................................3
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3软件设计.......................................................................................................................16
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4系统仿真及调试...........................................................................................................19
..........................................................................................................19
..............................................................................................................20
总结...............................................................................................................................22
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致谢...............................................................................................................................23
参考文献...........................................................................................................................24
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1绪论

随着经济与科技不断发展,相应的测试仪器与手段也有了许多改善与提高,但是对之要求
也不断提高。波形发生器的信号已知,使用者然后根据具体的要求,将其作为激励源,测得感
兴趣的参数。信号源仿真各种测试信号,给待测电路,从而满足现实需求。信号发生器在仿真
实验占有重要地位,对于测试仪器来说也同样不可缺少。因此对相关信号发生器的研究开发有
着一定的意义。
传统的信号发生器电路复杂,控制灵活度不够,成本也相对较高。虽然我国所研制的波形
发生器在一定程度上已有了一些成果,但与国外技术确实还存在一定差距,因此很有必要提高
相关方面的研究。
利用单片机的控制灵活性,外设处理能力强等特点,实现频率与幅度可调的多种波形,这
就克服了传统的缺点,具有良好的实用性。同时根据程序的易控制性,可以容易实现各种较复
杂的调频调幅功能。

正弦波,正弦信号可用如下形式表示
f(t)=Asin(ωt+θ)(1)
其中,A为振幅,ω是角频率,θ为初相位。正弦函数为一周期信号如下图1所示:
图1正弦波
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·方波
方波函数是我们常用且所熟知的简单波形函数,做脉冲等,其表示形式如下:
T
(0t)
f(t)2(2)
T
(tT)
2
方波波形如图2。
图2图形
当方波下半段幅值为0时,就为矩形波,一个原理,所以不再赘述矩形波。
锯齿波,锯齿波如图3所示。
图3锯齿波图形
三角波,三角波波形如下图4所示。
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图4三角波
2系统设计

方案一:利用单片的函数发生器的传统方式,比如8038就行。它可很容易地产生正弦波和
方波等波形,而后用数/模转换器对电压进行调制,也可以用数字调控对频率实现改变,但这种
方法产生频率不稳定。
方案二:采用频率合成器,锁相环式的。对于所选择的频率,用VCO(压控振荡器)加以
选定。这种方法较第一种性能上好,但是对于频率的输出范围难以达到。而且有一个特点,即
电路较为复杂。
方案三:可以利用单片机编程的方法来实现波形的输出。可选用AT89C51作为控制器,输
出相应波形的数字信号,再用D/A转换器输出相应波形的模拟信号。用DAC0832作为D/A转
换器,再经过两级放大后输出,最终在示波器上显示。可以使用按键扫描来实现波形的变化[3]。
由于方案一的输出信号的频率不稳定还有二方案的电路较为复杂,频率可调范围难以达标
等缺点,所以决定采用方案三的设计方法。方案三的设计用软件可以很方便的实现对硬件的控
制,输出需要的波形。而且方案三中涉及的器件都是容易得到而且价格较为便宜的,所以价格
上也有优势。