课程设计基于单片机之波形发生器的设计

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1、 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 课题背景 1 1.2 波形发生器的发展现状 1 1.3 波形发生器的发展趋势 2 1.4 本文研究的主要内容 2 2 系统总体方案设计 3 2.1 概述 3 2.2 系统硬件设计方案 4 2.3 系统软件设计方案 5 2.4 单片机的选择 6 3 功能模块电路设计 . 10 3.1 波形产生电路的设计 . 10 3.3 键盘输入电路设计 . 11 3.4 显示电路的设计 . 12 3.5 显示驱动的设计 . 13 3.6 运算放大器的设计 . 14 3.7 系统总原理 . 15 4 程序设计 16 4.1 基于单片机的波形发生器的程序设计 . 16 5 系

2、统仿真与验证 . 20 5.1 系统仿真图与波形图 . 20 结 论 22 致 谢 23 参考文献 24 1 1 绪 论 1.1 课题背景 波形发生器是一种广泛应用于电子电路、 自动控制和科学试验等领域的信号 源。比如电参量的测量、雷达、通信、电子对抗与电子系统、宇航和遥控遥测技 术等等，从某种意义上说高质量信号源更是实现高性能指针的关键，很多现代电 子设备和系统的功能都直接依赖于所用信号源的性能， 因此高质量信号源被人们 喻为众多电子系统的“心脏”。随着通信、雷达、的不断发展，对信号源的频率稳 定度、频谱纯度、频率范围和输出频率的个数以及信号波形的形状提出越来越多 的要求。为了提高信号源输出

3、频率稳定度，可以采用晶体振荡器等方法来解决。 为了满足频率个数多的要求， 可以采用频率合成技术， 即通过对频率进行加、 减、 乘、除的运算，可从一个高稳定度和高准确度的标准频率源，产生大量的具有同 一稳定度和准确度的不同频率。 传统的波形发生器只能产生一些常规的信号如正弦波、方波、脉冲波、三角 波等。随着科学实验研究的需求的不断发展，传统的波形发生器在一些特定的场 合已经不能满足要求，因为在许多应用研究领域中,不但需要一些规则的信号,而 且还需要一些不规则的信号用于系统特性的研究。如电镀电源对于镀层影响、电 子设备的性能指针测试、 及对系统中各种瞬变波形和电子设备中出现的各种干扰 的模拟等研究

4、中， 就需要能提供一些非常规的测试信号以至于任意波形信号的信 号 源 ， 即 能 产 生 现 场 所 需 要 波 形 的 任 意 波 形 发 生 器 (Arbitrarry WaveformGenerator,AWG)。 对任意波形发生器的研制开发我国起步晚，技术大大落后于国外先进技术。 因此，开发高性价比的任意波形发生器是迫在眉睫，对发展我国电子行业有着非 常重大的意义，具有广泛的应用前景，与国外同类产品保持在性价比上的优势， 可打破国外的技术垄断和封锁。 1.2 波形发生器的发展现状 任意波形发生器是在 1975 年开发成功的，从此，信号发生器产品增加了一 个新品种。在任意波形发生器作为测

5、量用信号激励源进入市场之前，为了产生非 正弦波信号，已使用函数发生器提供三角波、斜波、方波等几种特殊波形。声音 和振动分析需要复杂调制的信号源，以便仿真真实的信号，只有借助任意波形发 2 生器，例如医疗仪器测试往往需要心电波形，任意波形发生器很容易产生各种非 标准的振动信号。 早期的任意波形发生器主要着重音频频段， 现在的任意波形发生器已扩展到 射频频段，它与数字示波器（DSO）密切配合，只要数字示波器捕获的信号，任 意波形发生器就能复制出同样的波形。在电路构成上，数字示波器是模拟/数字 转换，任意波形发生器是数字/模拟的逆转换，目前任意波形发生器的带宽达到 2GHz，足够仿真许多移动通信、卫

6、星电视的复杂信号。任意波形发生器在原理 上可仿真任意波形，只要数字示波器或其它记录仪捕捉到的波形，任意波形发生 器都可复制出，特别有用的是仿真单次偶发的信号，例如地震波形、汽车碰撞波 形等等。 1.3 波形发生器的发展趋势 任意波形发生器的发展趋势是更高取样率，更高分辨率和更大存储量，目前 实时带宽超过 1GHz的产品比较少，而且分辨率只有 8 位，不能满足快速发展的 移动通信和高速网络的测量要求。与数字存储示波器相比，任意波形发生器的全 面指标存在明显差距， 前者的取样率达到 20GS/s 和带宽 6GHz， 后者的取样率是 4.8GS/s 和带宽 2GHz。 任意波形发生器首先要赶上数字存储示波器， 然后再往前 发展，因为在电路构成方面，任意波形发生器的核心部件是高速数/模转换器， 它的工艺潜力还很大，显然缺少的是市场需求。 1.4 本文研究的主要内容 波形发生器采用单片机技术，通过软件设计和硬件电路，产生数字式的正弦 波、方波、三角波幅值可调的信号。信号频率，可通过键盘输入，并显示。要求 产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，设计要求：（1）能产生正弦波、 方波、三角波