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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于單片機(jī)控制的低頻任意信號(hào)發(fā)生器
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 信號(hào)發(fā)生器廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理領(lǐng)域中，基于單片機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器具有靈活性強(qiáng)，便于制作，成本低廉等特點(diǎn)，因此該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。 本作品是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù)，通過(guò)硬件電路和軟件程序相結(jié)合，可輸出自定義波形，如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可通過(guò)鍵盤(pán)任意改變。
- 詳細(xì)介紹：
- 本次設(shè)計(jì)的主要是學(xué)習(xí)基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器的工作原理，制作出一個(gè)低頻的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。 在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過(guò)程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)分析、材料試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測(cè)控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。但市面上能看到的此類儀器在頻率精度、帶寬、波形種類及程控方面都已不能滿足許多方面實(shí)際應(yīng)用的需求。我們長(zhǎng)期使用的信號(hào)發(fā)生器，大部分是由模擬電路構(gòu)成的，這類儀器作為信號(hào)源，頻率可達(dá)上百M(fèi)Hz，在高頻范圍內(nèi)其頻率穩(wěn)定性高、可調(diào)性好。但用于低頻信號(hào)輸出時(shí)，它所需要的RC值很大，參數(shù)準(zhǔn)確度難以保證。而且其體積大，損耗也大。前人研制了采用8031單片機(jī)及程序存儲(chǔ)器構(gòu)成的最小系統(tǒng)組成的數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器，它在低頻范圍內(nèi)性能好，但是體積較大，價(jià)格較貴。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，集成度不斷提高，使得微型機(jī)的速度和性能大為提高，可靠性增加，成本降低。MCS-51就是將具有存儲(chǔ)程序、處理數(shù)據(jù)以及與外設(shè)交換信息的功能電路集成在一塊芯片中，并符合一定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的單片機(jī)。 單片機(jī)有很多種類，而且制作函數(shù)發(fā)生器的方案繁多，本次設(shè)計(jì)是以STC89C52單片機(jī)為核心，選用DAC0832為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，并輔以必要的模擬電路，設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于STC89C52單片機(jī)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、DA轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)、鍵盤(pán)控制模塊的設(shè)計(jì)及LCD顯示模塊的設(shè)計(jì)。其中DA轉(zhuǎn)換模塊包括2塊DAC0832芯片和OP07運(yùn)放電路，第一塊DA芯片的輸出作為第二塊DA芯片的參考電壓，而第一塊DA芯片的2.5V參考電壓由MC1403芯片的輸出來(lái)提供；鍵盤(pán)控制模塊采用3個(gè)按鍵來(lái)選擇波形類型及調(diào)節(jié)頻率、幅值；顯示模塊則采用LCD1602來(lái)顯示波形類型、頻率及幅值；最終將設(shè)計(jì)好的函數(shù)發(fā)生器的輸出接上示波器，在示波器上顯示實(shí)際輸出的波形。 本設(shè)計(jì)最終能達(dá)到預(yù)期的效果，能實(shí)現(xiàn)電壓步進(jìn)0.1V，方波能夠任意調(diào)節(jié)占空比以及在LCD1602上顯示波形類型、電壓和頻率，并且可以通過(guò)示波器來(lái)觀察其輸出的波形。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 信號(hào)發(fā)生器廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理領(lǐng)域中，基于單片機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器具有靈活性強(qiáng)，便于制作，成本低廉等特點(diǎn)，因此該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性 作品的基本思路是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù)，通過(guò)硬件電路和軟件程序相結(jié)合，可輸出自定義波形，如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可任意改變。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1通過(guò)硬件電路和軟件程序相結(jié)合，可直接用鍵盤(pán)輸出自定義波形，如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。 2 波形的頻率和幅度也可通過(guò)加減鍵在一定范圍內(nèi)改變。 3輸出的信號(hào)發(fā)生器的電壓信號(hào)大小可在LED上顯示精確值 技術(shù)指標(biāo)：輸出頻率幅度范圍，頻譜純度，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間，輸出信號(hào)頻率的穩(wěn)定性，顯示電壓精度，
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前常用的信號(hào)發(fā)生器絕大部分是由模擬電路構(gòu)成的，當(dāng)這種模擬信號(hào)發(fā)生器用于低頻信號(hào)輸出往往需要的RC值很大，這樣不但參數(shù)準(zhǔn)確度難以保證，而且體積大和功耗都很大。本系統(tǒng)采用數(shù)字控制方法從一個(gè)參考頻率源產(chǎn)生多種頻率的技術(shù)，即直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)產(chǎn)生正弦波及方波，產(chǎn)生的波形分辨率高，低頻性能好，波形轉(zhuǎn)換快， 本系統(tǒng)的一個(gè)突出亮點(diǎn)就是利用單片機(jī)STC89C52與DDS芯片DAC0832產(chǎn)生穩(wěn)定的三角波，正弦波，方波等波形，同時(shí)通過(guò)按鍵控制頻率和幅度大小，再采用DAC0832采集輸出信號(hào)幅度大小通過(guò)單片機(jī)控制在ＬＥＤ數(shù)碼管上顯示出來(lái)，本次設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，配以一定的外圍電路和軟件，實(shí)現(xiàn)智能波的產(chǎn)生和輸出，從總體上來(lái)看設(shè)計(jì)任務(wù)可以分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，這兩者互相結(jié)合，不可分離。從時(shí)間上來(lái)看，硬件設(shè)計(jì)的絕大部分工作量在最初階段，到后期往往還要作一些修改。軟件設(shè)計(jì)任務(wù)貫穿始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計(jì)任務(wù)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 獲得2011年哈爾濱工程大學(xué)第十七屆“五四杯”大學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽三等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物展示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，常常需要用到低頻信號(hào)發(fā)生器。如工業(yè)過(guò)程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動(dòng)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。本裝置采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器做成的數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器，本作品的特點(diǎn)是價(jià)格低、性能高，在低頻范圍穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少，且且可通過(guò)程序任意改變輸出波形頻率調(diào)節(jié)精度等。
同類課題研究水平概述
- 目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的波形發(fā)生器多為純硬件搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。如555振蕩電路便是產(chǎn)生正弦波、三角波和方波可取的途徑之一。但是這種電路存在波形質(zhì)量差、控制難、可調(diào)范圍小、電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。
