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MCS-51單片機(jī)信號(hào)發(fā)生器開(kāi)題報(bào)告
1.引言
信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)踐和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域．目前常見(jiàn)的信號(hào)發(fā)生器有三種。第一種是由分立元件（或集成電路）構(gòu)成,采用振蕩電路實(shí)現(xiàn)。第二種是采用專用波形集成芯片（如ICL8038），通過(guò)改變外圍參數(shù)實(shí)現(xiàn)．第三種是采用微處理器、FPGA、DDS 芯片等，用現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)．由分立元件構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生器由于元器件的分散性及環(huán)境條件的改變等因素，致使波形頻率產(chǎn)生偏差．由現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的波形發(fā)器主要有“單片機(jī)+ 低速D/A 轉(zhuǎn)換”和“FPGA+高級(jí)D/A 轉(zhuǎn)換或采用DDS 數(shù)字合成”兩種，前者用于低頻，價(jià)位低，后者主要用于高頻或高精度場(chǎng)。51單片機(jī)是單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。單片機(jī)是在20 世紀(jì)70 年代中期發(fā)展起來(lái)的一種大規(guī)模集成電路芯片，是由中央處理器（CPU）芯片、ROM 芯片、RAM 芯片和I/O 接口以及其他外圍電路等通過(guò)印刷電路板上總線連接成一體的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。具有成本低、體積小、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。信號(hào)發(fā)生器是一種在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中都有著廣泛應(yīng)用的一種信號(hào)源。傳統(tǒng)的正弦信號(hào)源根據(jù)實(shí)際需要一般價(jià)格昂貴，低頻輸出時(shí)性能不好且不便于自動(dòng)調(diào)節(jié)， 工程實(shí)用性較差�，F(xiàn)利用單片機(jī)的優(yōu)越特性制作一種體積小，使用方便的低頻信號(hào)發(fā)生器。以AT89C51
單片機(jī)為核心結(jié)合低速D/A，通過(guò)設(shè)計(jì)與編程實(shí)現(xiàn)了鋸齒波、方波、正弦波的產(chǎn)生及其自由切換以及實(shí)現(xiàn)頻率、相位的可調(diào)與多相波的同時(shí)輸出。當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)新技術(shù)層出不窮的時(shí)代，在電子領(lǐng)域尤其是自動(dòng)化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，正以前所未有的速度被單片機(jī)智能化控制所取代。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可以說(shuō)智能化控制與自動(dòng)控制的核心就是單片機(jī)。本設(shè)計(jì)是 以STC89C52RC芯片的電路為基礎(chǔ)，外部加上輸入設(shè)備和顯示設(shè)備，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器的硬件電路，通過(guò)軟件程序來(lái)控制單片機(jī)實(shí)現(xiàn)波形的輸出。對(duì)于不同型號(hào)的單片機(jī)只需要相應(yīng)的改變一下地址即可。該軟、硬件系統(tǒng)具有很好的通用性，很高的實(shí)際使用價(jià)值，為廣大的單片機(jī)愛(ài)好者提供了很好的借鑒。目前任意波形發(fā)生器的基礎(chǔ)就是直接數(shù)字合成技術(shù)，用存儲(chǔ)器做查詢表通過(guò)數(shù)字形式存入的波形，由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生所需要的任意波形。近幾年來(lái)，國(guó)際上任意波形發(fā)生器技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1).過(guò)去由于頻率很低應(yīng)用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高使得任意波形發(fā)生器能應(yīng)用于越來(lái)越廣的領(lǐng)域。任意波形發(fā)生器軟件的開(kāi)發(fā)正使任意波形的輸入變得更加方便和容易。任意波形發(fā)生器通常允許用一系列的點(diǎn)、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。同時(shí)可以利用一種非常強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)方程輸入方式，復(fù)雜的波形可以由幾個(gè)比較簡(jiǎn)單的公式復(fù)合成v＝f(t)形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生。各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的飛速發(fā)展也推動(dòng)了任意波形發(fā)生器軟件技術(shù)的發(fā)展。目前可以利用可視化編程語(yǔ)言(如Visual Basic,Visual等等)編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許徒手從計(jì)算機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來(lái)實(shí)現(xiàn)波形的輸入。
(2).與VXI資源結(jié)合。目前，任意波形發(fā)生器由獨(dú)立的臺(tái)式儀器和適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的插卡以及新近開(kāi)發(fā)的VXI模塊。由于VXI總線的逐漸成熟和對(duì)測(cè)量?jī)x器的高要求，在很多領(lǐng)域需要使用VXI系統(tǒng)測(cè)量和產(chǎn)生復(fù)雜的波形，VXI的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性，但由于開(kāi)發(fā)VXI模塊的周期長(zhǎng)，而且需要專門的VXI機(jī)箱的配套使用，使得任意波形發(fā)生器VXI模塊僅限于航空、軍事及國(guó)防等大型領(lǐng)域。在民用方面VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺(tái)式儀器更為方便。
(3).隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺(tái)式儀器在走了一段下坡路之后，有在繁榮起來(lái)。不過(guò)現(xiàn)在的新的臺(tái)式儀器的形態(tài)，和幾年前的已有很大的不同。這些新一代臺(tái)式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。而且外形尺寸與價(jià)格，都比過(guò)去的類似產(chǎn)品減少了一半。硬件設(shè)計(jì)與原理以STC89C52RC單片機(jī)為核心，起著控制作用。系統(tǒng)包括D/A轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、按鍵電路。設(shè)計(jì)思路分為五個(gè)模塊：復(fù)位電路、晶振電路模塊、STC89C52RC、D/A轉(zhuǎn)換電路、按鍵電路這五個(gè)模塊。
2、基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案如下，首先，單片機(jī)對(duì)矩陣鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)偵測(cè)到某個(gè)按鍵按下后，則進(jìn)入該按鍵對(duì)應(yīng)的子程序; 在按鍵子程序中，將電壓信號(hào)設(shè)計(jì)成隨時(shí)間周期變化的數(shù)字量序列，并將這些數(shù)字量序列發(fā)送給P< 芯片; P< 芯片采用 P<M"=$!，工作在直通方式，從而直接將單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成隨時(shí)間周期性變化的模擬電壓信號(hào)"再將該模擬電壓信號(hào)輸送到通用示波器的一個(gè)輸入端，并使示波器工作在波形觀測(cè)模式下"此時(shí)該信號(hào)將被加載到示波器內(nèi)的垂直偏轉(zhuǎn)板上，再調(diào)整示波器的掃描信號(hào)頻率，使之與單片機(jī)所產(chǎn)生的電壓信號(hào)頻率匹配，則熒光屏上可觀察到該信號(hào)的曲線圖形"。
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