波形发生器.doc

文档介绍：波形发生器
一、方案选择
方案一:采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片,它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形,会寄生一些高次谐波分量,采用其他的措施虽可滤除一些,但不能完全滤除掉。
方案二:采用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器生成波形,由于是软件滤波,所以不会有寄生的高次谐波分量,生成的波形比较纯净。它的特点是价格低、性能高,在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。
经比较,方案二既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势,电路简单,易控制,性价比高,所以采用该方案。
二、电路设计
1、本设计采用键盘操作控制输出方波、正弦波、三角波,可用键盘方便地控制频率和幅值的变化,并将幅值和频率用六位十进制数通过LED数码管显示出来,硬件原理方框图如图所示。
单
片
机
键盘电路
显示电路
数模转换电路
放大电路
波形输出
电源电路
硬件原理方框图
波形发生器的技术指标:
(1)波形:方波、正弦波、三角波;
(2)幅值电压:1V、2V、3V、4V、5V;
(3)频率:10Hz、20Hz、50Hz、100Hz、200Hz、500Hz、1000Hz;
(4)输出极性:双极;
2、设计中主要采用ATMEL公司的AT89C51型单片机,它具有如下优点:(1)拥有完善的外部扩展总线,通过这些总线可方便地扩展外围单元、外围接口等。(2)该单片机内部拥有4K字节的FLASH ROM程序存储器空间和256字节的RAM数据存储空间,完全可以满足程序的要求。由于该芯片可电擦写,故可重复使用。如果更改程序内容,可将芯片拿下重新烧写。(3)该单片机与工业标准的MCS-51型机的指令集和输出引脚兼容。
3、设计中采用的是DAC0832型芯片。其优点是功耗低,泄漏电流误差小,温度低。它是一种使用较多的8位D/A转换器,其转换时间为1us,工作电压为+5V到+15V,基准电压为-10V到+10V。由于其内部有两个8位寄存器和一个8位D/A转换器,故可进行两极缓冲操作,使操作有很大的灵活性(本设计采用的是单缓冲方式)。硬件连接电路是将两极寄存器的控制信号并接输入数据,在控制信号作用下直接送入DAC寄存器中,硬件连接图如图所示。
DAC0832的双极性输出
DAC0832的双极性输出,DAC转换器的输出电压U0与输入的数字量D之间的关系为 U0=(Vref/2n)*D,输出电压的极性完全取决于基准电压Vref的极性。当Vref的极性不变时,只能获得单极性的模拟电压输出。
DAC0832在Vref=+5V时,单极性输出为0到-5V。在单极性电路的基础上再接一个反相比例加法器电路,可实现双极性输出
U0=-(15/)*U1-(15/15)*Vref
=-(2*U1+5)
当U1=0~-5V时,U0=-5~+5V。由于实际输出范围比单极性时扩大一倍,因此双极性输出时灵敏度下降为单极性时的一半。
单极性输出时
1LSB=5/28V
双极性输出时
1LSB=2*5/28=5/27
在双极性输出时,输入的二进制数00000000~01111111表示负数,对应输出电压为负值;10000000~11111111表示正数,对应输出电压为正值。