课程设计--单片机波形发生器

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1、 课 程 设 计 课 程 单片机课程设计 题 目 波形发生器设计 院 系 电子工程系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 波形发生器设计 1 目录目录 第 1章 绪论 . 2 1.1 波形发生器的概述 . 2 1.2 本设计任务 . 2 第 2章 总体方案论证与设计 . 2 2.1 总体方案选择与论证 . 3 2.2 系统设计基本原理图与分析 . 4 第 3章 系统硬件电路的设计 . 4 3.1 单片机最小系统的设计 4 3.2 资源分配. 5 3.3 各模块电路的设计. 5 3.4 按键和波形指示灯电路. 7 3.5 电流电压转换电路. 7 第 4章 系统的软件设计 8 4.1 主程序模

2、块. 8 4.2 锯齿波程序模块. 9 4.3 三角波程序模块 10 第 5章 系统调试与测试结果分析 11 5.1 软件仿真 11 5.2 仿真结论分析 12 5.3 硬件测试结果分析 12 结 论 .13 附录 1 程序 .13 附录 2 整体电路原理图 21 附录 3 仿真效果图 22 波形发生器设计 2 第 1 章 绪论 波形发生器也称函数发生器，作为实验信号源，是现今各种电子电路实验设 计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件 的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿波，正弦波，方波，三角波等波形。作 为一种常用的信号源， 广泛地应用于电子电路、 自动控制系

3、统和教学实验等领域。 函数信号发生器是一种能够产生多种波形， 如三角波、 锯齿波、 矩形波 （含方波） 、 正弦波的电路。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换 出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。 1.1 波形发生器的概述 波形发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用 仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都 学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或 设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参 数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可

4、以 产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、 宇航等领域。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波 形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波 形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。 1.2 本设计任务 本设计通过分析比较后采用传统的方法来实现多功能波形发生器。借助高性 能单片机运算速度高,系统集成度强的优势,设计的这种信号发生器,比以前的数 字式信号发生器具有硬件简单,理解及实现起来较容易,该方案的设计思路较为 清晰,且容易对频率和幅值进行控制等优点。 第 2 章 总体方案论证与设计 依据应用场合

5、需要实现的波形种类，波形发生器的具体指标要求会有所不 波形发生器设计 3 同。依据不同的设计要求选取不同的设计方案。通常，波形发生器需要实现的波 形有正弦波、方波、三角波和锯齿波。有些场合可能还需要任意波形的产生。各 种波形共有的指标有：波形的频率、幅度要求，频率稳定度，准确度等。 2.1 总体方案选择与论证 对于不同波形，具体的指标要求也会有所差异，例如，占空比是脉冲波形特 有的指标。波形发生器的设计方案多种多样，大致可以分为几大类：纯硬件设计 法、纯软件设计法和软硬件结合设计法。 2.1.1 方案一： 波形发生器设计的纯硬件法早期，波形发生器的设计主要是采用运算放大器 加分立元件来实现。实

6、现的波形比较单一，主要为正弦波、方波和三角波。工作 原理也相对简单：首先是产生正弦波，然后通过波形变换(正弦波通过比较器产 生方波，方波经过积分器变为三角波)实现方波和三角波。在各种波形后加上一 级放大电路，可以使输出波形的幅度达到要求，通过开关电路实现不同输出波形 的切换，改变电路的具体参数可以实现频率、幅度和占空比的改变。通过对电路 结构的优化及所用元器件的严格选取可以提高电路的频率稳定性和准确度。 通过 调整外部元件的参数实现频率，幅值，占空比的调整，但是由于元件太过分散， 即使使用单片压控函数发生器， 参数与外部条件有关。 因而产生的波形稳定性差， 精度低，抗干扰能力差，价格高，且灵活性差。 2.1.2 方案二： 软硬件结合法软硬件结合的波形发生器设计方法同时兼具软硬件设计的优 势： 既具有纯硬件设计的快速、 高性能， 同时又具有软件控制的灵活性、 智能性。 如以单片机和单片集成函数发生器为核心。辅以键盘控制、液晶显示等电路，设 计出智能型函数波形发生器，采用软硬件结合的方法可以实现功能