基于单片机的正弦波信号发生器设计毕业论文

基于单片机的正弦波信号发生器设计毕业论文内容摘要：

536 时， CPU只使用定时器 TO；当计算出 C65 536 时， CPU河南机电高等专科学校毕业设计 10 将 把定时器 0 和计数器 T1 两者结合起来使用，将 C 开平方后的值给 0、 T1作为初值。 8 位的 DAC0832 单位周期输出最多含有 256 个点，系统的晶振频率 fo：25MHz f 0 是 4 位数字组合成的频率值； P 为频率小数点对应的值，两者相除就是实际频率值； K(K=1， 2， 3， 4)是分辨率的调整，根据波形频率值，调整一个周期内输出波形的点数。 T0/T1 被调用后，开始计数。 当定时器 0 计数溢出时，产生中断信号，给 写一个脉冲信号， T1 用于记数该脉冲信号，当 T1 产生中断后，总定时时间到，输出一个点。 反复循环 ，从而可在一个周期内输出完整波形。 低通滤波电路 低通滤波器是直接数字频率合成器的重要组成部分，其性能的优劣直接影响整个直接数字合成器的特性。 在整个 DDS 实现过程中，低通滤波器除了滤掉高频信号之外，还有除去杂散的作用。 DDS 的杂散主要来源以下三个方面： (1)ROM 幅度量化误差：相位转化为幅度，是通过寻址 ROM 实现的，然而 ROM地址中存有的波形幅度值字长是有限的， ROM 存储能力有限而引起的舍位误差就是幅度量化误差； (2)相位截断误差：为了提高 DDS 的精度， DDS 的相位累加器位数都取得非 常大，但 ROM 的容量是有限的，因此只利用相位累加器的高 M 位 ROM 寻址，其低 (NM)位被截断。 由此引入的截断误差是 DDS 杂散的主要来源 ； (3)DAC的转换误差，即 DAC中非线性引起的转换误差： DAC有限的分辨率、非线性特性以及转换过程中出现的尖峰脉冲均会导致频谱质量变坏。 因此，低通滤波器的使用是非常必要的，其性能的优劣直接关系到整个 DDS的技术指标。 低通滤波器可以分为巴特沃什滤波、切比雪夫滤波、贝赛尔滤波和椭圆滤波等。 巴特沃什低通滤波器通带和阻带都是平坦的，但是其过渡带太过平缓；切比雪夫低通滤波 器的通带是等波纹抖动的，阻带是平坦的，过渡带比巴特沃什稍陡；贝赛尔低通滤波器和切比雪夫低通刚好相反，通带平坦，阻带是等波纹抖动的；椭圆低通滤波器的通带和阻带都是抖动的。 但是其过渡带下降迅速，过渡带很窄。 在该系统中，为了使输出信号频率最高 10 MHz时能够最低程度地降低 AD9835外部系统时钟 30 MHz的干扰，采用具有较窄过渡带特性的椭圆滤波器，并采用 7阶椭圆低通滤波。 根据系统要求，输出信号的频率可达 10 MHz，设定其通带为 10 MHz，且 7阶滤波具有下降速度更快的过渡带，可以有效地滤除 10 MHz以上的 高频干扰。 考虑到实际的椭圆滤波器设计与理论分析是有所不同的，在此使用 Multisim 9经 过仿真后得出椭圆滤波器的具体参数。 椭圆低通滤波器的电路图如 下图所示： 河南机电高等专科学校毕业设计 11 C 25 . 6 p FC 42 2 p FC 53 3 p FC 62 2 p FC 72 2 p FL 1L 2L 34 7 0 n H 3 0 0 n H 3 0 0 n HL P F I N P U TC 11 p FC 34 . 7 p FL P F O U T P U T 图 24 低通滤波电路 D∕ A 转换及幅度控制电路 本模块首先介绍 D/A 转换的基本原理，并对选用的 D/A 转换芯片 TLC7524，转换电路及幅度控制电路进行介绍。 D/A转换器的基本功能是将一个用二进制表示的数字量转换成相应的模拟量。 实现这种操作的基本方法是对应于二进制的每一位， 产生一个相应的电压（电流），而这个电压（电流）的大小正比于相应的位权。 目前，常用的 D/A 转换器是由 T型电阻解码网络构成的。 T 型电阻解码网络 D/A 转换器有电压相加型和电流相加型两种。 集成 D/A 转换器中广泛使用的电流相加型的电路结构网络中只有 R 和 2R 两种电阻，各节点电阻都接成 T 型，故称为 T 型电阻解码。 各位开关由各位二进制代码控制，当代码ai为 1 时，开关 Si上合，接运算放大器求和点 (虚地点 )；当代码 ai为 0 时，开关Si下合，接地。 因此，不论开关是上合还是下合，网络中各支路的电流是不变的。 从电阻网络各节点向右看和 向下看的等效电阻都是 2R, 经节点享有和向下流的电流相等，向下每经过一个节点就进行一次对等分流。 因此，网络实际上是一个按二进制规律分流的分流器。 整个网络的等效输入电阻为 R，基准电压 VR供出的总电流为： I=VR/R 经 2R 电阻流向开关的各分流为： I1=I/21 I2=I/22 … In1=I/2n1 河南机电高等专科学校毕业设计 12 In=I/2n 这些电流是流向求和点还是流向地，取决于开关是上合还是下合，也就是取决于数字量各位的代码是 1 还是 0。 因此，流向求和点的电流 IΣ 由下式确定： IΣ=a1I1+a2I2+anIn=（ a1/21+a2/22+…+a n/2n） I=D/2nI 若 Rf=R,则输出电压为： Uout=﹣ IfRf=﹣ IΣRf=﹣ D/2nV R 从上式可见，转换器的输出电压 Uout 正比于数字量 D， 负号表示输出电压的极性与基准电压 VR相反。 D/A 转换器的主要性能指标：。 这个参数表明 D/A 转换器对模拟值的分辨能力，它是最低有效位（ LSB）所对应的模拟值。 它确定了能由 D/A 转换器产生的最小模拟量的变化。 分辨率通常用数字量的位数表示，一般为 8位， 10 位， 12 位， 16位等。 若分辨率为10位，则表明它的最小输出变化量为满量程的 1/210。 如二进制， BCD 码等。 通常给出在一定温度下的最大非线性度，一般为 ﹪ ~﹪。 （建立时间）。 转换时间是描述 D/A 转换速度的一个参数，具体是从输入数字量变化到输出终值误差177。 1/2LSB（最低有效位）时所需的时间。 通常为几十纳秒至几微妙。 绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任意输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。 相对精度是最大误差相对于满刻度的百分比。 绝对精度应小于 1LSB. 由于 AD9835最后输出的是 数字量电流，为了实现对其进行的控制，需将其转换成模拟量，由单片机控制模拟量进而控制波形实现正弦波的频率和幅度调节。 这里我们介绍一种 D/A转换器 TLC7524。 AD9835输出信号经滤波放大，送入 D/A转换器 TLC7524，单片机控制 TLC7524实现幅值调节。 其中， TLC7524采用直通方式，8位数字量一旦达到 D7~D0输入端，便进行 D/A转换，从而实现 256级幅值调节。 TLC7524采用电流工作模式，外接一片运算放大器 AD829将电流电压变换为模拟电压输出。 河南机电高等专科学校毕业设计 13 D B 0D B 1D B 2D B 3D B 4D B 5D B 6D B 7W RC SR E FR F BO U T 1O U T 2V D DT L C 7 5 2 4 图 25 TLC7524封装图 信号放大电路 放大器的作用：能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。 用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。 其原理是高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。 按 其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。 运算放大器原理：运算放大器（ Operational Amplifier,简称 OP、 OPA、 OPAMP）是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（ Differentialin, singleended output）的高增益（ gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。 一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。 最基本的运算放大器。 一个运算放大器模组一般包括一个正输入端 (OP_P)、一个负输入端 (OP_N)和一个输出端 (OP_O)。 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（ inverting input node）连接，形成一负反馈（ negative feedback）组态。 原因是运算放大器的电压增益非河南机电高等专科学校毕业设计 14 常大， 范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。 但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈（ positive feedback），相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。 将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况，此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。 闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点，又可分为反相（ inverting）放大器与非反相（ noninverting）放大器两种。 由于 D∕A 转换器输出信号幅值小于 5V，需多级放大器，因此选用 AD829 放大器 ,AD829 是一款低噪、高性能高速运算放大器。 压摆率 230V∕μs,宽带 750MHz。 177。 15V 供电，输出电压最大幅值可达 28VPP 满足系统设计需要。 下图为电压放大模块电路，采用反比例放大，其增益为 R1/R2，手动调节 R1 调整电压输出幅值，C1 电容有效滤除杂波。 R 1R 2C 1+812345673 3 0 Ω1 5 p FC a p0 . 1 μ FC a p0 . 1 μ F4 7 ΩA D 8 2 9 图 26 信号放大电路 显示电路 显示电路可以有 LED 数码管显示和 LCD 液晶显示两种，由于液晶屏价格相对较贵，驱动程序编写较复杂，因 此选用廉价而且容易控制的数码管作为显示器件。 LED 显示器显示方式有两种：静态显示和动态显示。 静态显示就是每一个 LED显示器都必须接一个带锁存的 8位 I/O接口，用来锁存待显示的字形笔画段的代码。 当显示位数较多时，静态显示方式需要的 I/O 口数量较多，使用这种方式就不合适。 这种方式的优点是占用单片机 CPU的时间少，显示稳定；缺点是硬件电路比较复杂，占用 I/O 接口多，成本较高。 动态扫描显示是单片机应用系统中使用最为广泛河南机电高等专科学校毕业设计 15 的显示方式。 其接口电路是把所有 LED 显示器的 8 个笔画段 a~h 同名端连在一起，共用一个接口（一般称 作段输出口），而每一个显示器的公共极各自独立地受其他I/O 线（一般称作位输出口）控制。 CPU向段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于公共端 COM 的状态，而这一端是由 I/O 口线控制的，所以就可以决定显示哪一位了。 而所谓动态扫描就是指采用分时的方法，轮流控制各个显示器的 COM 端，使各个显示器轮流点亮。 在轮流点亮显示器的扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1~2ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但是只要 扫描的频率足够高（一般扫描间隔不超过 20ms），给人的印象就是多位显示器在同时稳定地显示字符，感觉不出闪烁。 单片机动态扫描驱动 LED 七段数码管是根据显示数码位数的需要把时间分成若干等分，某一时刻仅驱动一位或几位数码管，选择一定的扫描频率，使得人看起来没有闪烁的感觉即可。 根据驱动方法的不同，可以分为七段码直接输出扫描驱动、 8421 码输出译码扫描驱动、移位输出驱动显示等。 七段码直接输出扫描驱动。 单片机将要显示的数据通过程序译成七段码，根据时间的不同选择某一位数据的七段码经单片机 I/O1:1 直接驱动 LED 数 码管。 单片机 8421 码输出译码扫描驱动。 单片机将要显示的数据从 RB0～ RB3 输出，七段码由外部 CD4511 译码完成，如果需要点亮小数点，则小数点从 RB4 输出，位选择信号从 RB5～ RB7 输出，经 CD4028 高电平输出译码器分别驱动每位数码管，用 8 位 I/O 口可以驱动 8 位带小数点的数码管，程序流程与七段码直接输出扫描驱动的相似。 移位输出驱动。 静态驱动的方法所占用的 I/O 口 I:1 都较多，很难驱动多位数码管，前两种扫描输出驱动的方法所占的 I/O 口也很多，且当要求显示的数码位数较多时，亮度很难达到要求。 本人在 应用中设计出一种仅用 2 位。