基本信息
- 項目名稱：
- 基于單片機控制的低頻任意信號發(fā)生器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 信號發(fā)生器廣泛應用于信號處理領(lǐng)域中，基于單片機系統(tǒng)的信號發(fā)生器具有靈活性強，便于制作，成本低廉等特點，因此該系統(tǒng)具有很強的實用性。 本作品是以單片機為核心設(shè)計了一個低頻函數(shù)信號發(fā)生器，信號發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù)，通過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)可通過鍵盤任意改變。
- 詳細介紹：
- 本次設(shè)計的主要是學習基于單片機的函數(shù)發(fā)生器的工作原理，制作出一個低頻的函數(shù)信號發(fā)生器。 在科學研究、工程教育及生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制、教學實驗、機械振動試驗、動態(tài)分析、材料試驗、生物醫(yī)學等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號發(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、測控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應用。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際應用的需求。我們長期使用的信號發(fā)生器，大部分是由模擬電路構(gòu)成的，這類儀器作為信號源，頻率可達上百MHz，在高頻范圍內(nèi)其頻率穩(wěn)定性高、可調(diào)性好。但用于低頻信號輸出時，它所需要的RC值很大，參數(shù)準確度難以保證。而且其體積大，損耗也大。前人研制了采用8031單片機及程序存儲器構(gòu)成的最小系統(tǒng)組成的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器，它在低頻范圍內(nèi)性能好，但是體積較大，價格較貴。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。 單片機有很多種類，而且制作函數(shù)發(fā)生器的方案繁多，本次設(shè)計是以STC89C52單片機為核心，選用DAC0832為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，并輔以必要的模擬電路，設(shè)計出了一個基于STC89C52單片機的函數(shù)信號發(fā)生器。其設(shè)計內(nèi)容主要包括單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計、DA轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計、鍵盤控制模塊的設(shè)計及LCD顯示模塊的設(shè)計。其中DA轉(zhuǎn)換模塊包括2塊DAC0832芯片和OP07運放電路，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芯片的輸出來提供；鍵盤控制模塊采用3個按鍵來選擇波形類型及調(diào)節(jié)頻率、幅值；顯示模塊則采用LCD1602來顯示波形類型、頻率及幅值；最終將設(shè)計好的函數(shù)發(fā)生器的輸出接上示波器，在示波器上顯示實際輸出的波形。 本設(shè)計最終能達到預期的效果，能實現(xiàn)電壓步進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，并且可以通過示波器來觀察其輸出的波形。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 信號發(fā)生器廣泛應用于信號處理領(lǐng)域中，基于單片機系統(tǒng)的信號發(fā)生器具有靈活性強，便于制作，成本低廉等特點，因此該系統(tǒng)具有很強的實用性 作品的基本思路是以單片機為核心設(shè)計了一個低頻函數(shù)信號發(fā)生器，信號發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù)，通過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： 1通過硬件電路和軟件程序相結(jié)合，可直接用鍵盤輸出自定義波形，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加減鍵在一定范圍內(nèi)改變。 3輸出的信號發(fā)生器的電壓信號大小可在LED上顯示精確值 技術(shù)指標：輸出頻率幅度范圍，頻譜純度，頻率轉(zhuǎn)換時間，輸出信號頻率的穩(wěn)定性，顯示電壓精度，
科學性、先進性
- 目前常用的信號發(fā)生器絕大部分是由模擬電路構(gòu)成的，當這種模擬信號發(fā)生器用于低頻信號輸出往往需要的RC值很大，這樣不但參數(shù)準確度難以保證，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)的一個突出亮點就是利用單片機STC89C52與DDS芯片DAC0832產(chǎn)生穩(wěn)定的三角波，正弦波，方波等波形，同時通過按鍵控制頻率和幅度大小，再采用DAC0832采集輸出信號幅度大小通過單片機控制在ＬＥＤ數(shù)碼管上顯示出來，本次設(shè)計以單片機為核心，配以一定的外圍電路和軟件，實現(xiàn)智能波的產(chǎn)生和輸出，從總體上來看設(shè)計任務可以分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，這兩者互相結(jié)合，不可分離。從時間上來看，硬件設(shè)計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)計任務貫穿始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計任務。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 獲得2011年哈爾濱工程大學第十七屆“五四杯”大學生科技創(chuàng)新競賽三等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物展示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 在科學研究、工程教育及生產(chǎn)實踐中，常常需要用到低頻信號發(fā)生器。如工業(yè)過程控制、教學實驗、機械振動、生物醫(yī)學等領(lǐng)域。本裝置采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器做成的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器，本作品的特點是價格低、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，市場上常見的波形發(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、電路復雜和體積大等缺點。
