常用信号发生器的设计-本科论文.doc

河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：常用信号发生器的设计学生姓名： 魏体伟所在院系： 机电学院所学专业： 应用电子技术教育导师姓名： 张伟完成时间：2009年5月 20日摘 要本设计充分利用单片机灵活的控制、丰富的外设处理能力，采用DDS技术根据需要方便地实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能，具有良好的实用性。 该设计的硬件系统由单片机作为核心控制单元，通过可编程键盘显示接口芯片连接键盘控制电路和LED数码管显示电路，与单片机相连的还有D/A转换电路、复位电路、电源电路、时钟电路等。任意波形发生器通过单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出，先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值进行编码，得到的数字量存入各个波形表，然后将波形数据存储于存储器中，而后用可程控的时钟信号为存储器提供扫描地址，与每个地址相对应的数据则代表波形在等间隔取样点上的幅度值。数据被送至DAC，从而产生一个正比于其数字编码的电压值，每个电压值保持一个时钟周期，直至新的数据送至DAC,经数模转换后得到所需要的模拟电压波形。执行程序时通过查表方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。关键词： 任意波形发生器；AT89S51；D/A转换器；频率THE DESIGN OF ARBITRARY WAVEFORM GENERATORSAbstractThis article introduced one kind uses the MCS-51 monolithic constitution the generator, its line is simple, the structure is compact, the price is inexpensive. The profile production is carries out some profile through AT89S51 to have the procedure, has the data to the D/A switch input end according to certain rule, thus obtains the corresponding voltage waveform in the D/A switching circuit out-port. Meets 5 in at89S51 P2 mouth to press turns, chooses each kind of profile, the peak-to-peak value voltage and the frequency through the software programming, through the software programming, has the P0 mouth base pin to meet 8279 chips in addition, each kind of profile corresponds a button.The monolithic integrated circuit electric circuit function forms the scanning code, the key value recognition, key processing, the parameter establishment; Produces fixed time interrupts; Forms the profile the digital coding, and outputs the D/A connection electric circuit and the demonstration actuation electric circuit. The profile generator system software design and has each kind of profile subroutine by the master routine, the time delay procedure, the data sheet procedure and so on。 Key words:Arbitrary Waveform Generators； AT89S51； D/A Switching Circuit； Frequency18目 录1.引言11.1 课题的来源与技术背景11.2 研究信号发生器的目的及意义11.3 主要研究内容22. 信号发生器的理论分析与设计方案22.1 常用波形介绍32.1.1 正弦函数32.1.2 方波波形函数32.2 设计方案42.2.1 直接模拟法42.2.2 直接数字法42.3 信号发生器的基本结构框图53. 硬件系统设计63.1单片机的选取63.2 复位电路63.3 时钟电路73.4 可编程键盘/显示器接口芯片73.5 键盘控制电路83.6 数码显示电路93.7 数模转换电路103.8 电源电路114. 系统软件设计114.1 系统程序总体框图114.2波形产生程序各部分流程图134.2.1 正弦波形查表形成流程图144.2.2 三角波、锯齿波的形成154.2.3 方波的形成和实现154.2.4 程序实现的功能165. 总结17谢辞17参考文献18 1.引言1.1 课题的来源与技术背景不论是在生产还是在科研与教学上，信号发生器都是电子工程师仿真实验的最佳工具。随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，信号发生器己成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信号发生器具有重大意义。传统的信号发生器采用专用芯片，成本高，控制方式不灵活。本设计充分利用单片机灵活的控制、丰富的外设处理能力，采用DDS技术，实现频率、幅值可调的函数波形的输出，同时可以根据需要方便地实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能，具有良好的实用性。根据其频率发生方法又可分为谐振法和合成法两种。一般的传统发生器都是采用的谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，来获得所需频率，也可以根据频率合成技术来获得所需频率。利用频率合成技术制成的合成波形发生器，通常被称为频率合成器或频率综合器。频率综合器是指利用频率合成技术合成的频率源，它常常是没有调制的，也没有足够宽的和足够准确的输出电平调节，其工作范围往往也不宽，最小频率间隔也比较大，一般做专用设备使用，或做某一个系统中的一个组成部分。1.2 研究信号发生器的目的及意义波形发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供所需要的己知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它的应用非常广泛。它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。目前我国己经开始研制波形发生器，并取得了可喜的成果。但总的来说，我国波形发生器还没有形成真正的产业。就目前国内的成熟产品来看，多为一些PC仪器插卡，独立的仪器和VXI系统的模块很少，并且我国目前在波形发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。函数波形发生器发展很快近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面： （1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成v=f(t)形式的波形方程的数学表达式产生。从而促进了波形发生器向任意波形发生器的发展，各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起到了推动作用。目前可以利用可视化编程语言(如Visual Basic, Visual C等等)编写任意波形发生器的软面板，这样允许从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。（2）与VXI资源结合。目前，波形发生器由独立的台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新近开发的VXI模块。由于VXI总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用VXI系统测量产生复杂的波形，VXI的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发VXI模块的周期长，而且需要专门的VXI机箱的配套使用，使得波形发生器VXI模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。在民用方面，VXI模块远远不如台式仪器更为方便。（3）随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来。不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。1.3 主要研究内容（1）理论基础分析。了解波形发生器的相关理论，包括几种常用波形，如正弦波、方波等，然后介绍了波形发生器的主要方案及原理。（2）硬件系统设计。主要包括以下几个模块：串口电路；键盘、LED显示电路；单片机系统；DAC芯片和放大电路设计。 （3）软件系统设计。主要有：系统总体流程设计；串口程序设计；单片机程序设计；键盘响应程序设计；LED显示程序设计；DAC控制程序设计。（4）系统仿真调试。通过计算机进行模拟仿真调试。2. 信号发生器的理论分析与设计方案在测试与测量技术过程中，常用到已知波形的数字化生成，它在许多与测量有关的领域有着不可替代的作用。例如，数字化仿真，常被用于算法研究、模型研究、系统辨识或以蒙特卡罗法搜索模型与算法。任意波形发生器出现以后，给人们提供的不仅是一个通用的基础技术平台，而是在人们面前打开了通往无限宽广空间的一扇门，使得人们对于信号波形的掌握与应用再也不必局限于简单的正弦波、方波等几种有限的波形了，它可以按照人们提供的测量序列产生出几乎任意形状的连续波形信号。2.1 常用波形介绍函数波形的一般表达式可以表示为 ，下面来介绍几种常用的函数波形3：2.1.1 正弦函数正弦信号与余弦信号，两者只是在相位上相差2，可以统称为正弦信号。其一般形式为 f (t)=Asin(t+ ) （1）式中，A 为振幅， 是角频率， 为初相位。上述三量是正弦信号的三要素。它的波形见图1。正弦信号是周期信号，其周期T 与频率f 及角频率 之间的关系为： （2）图1 正弦波形 在实际应用中经常遇到单边指数衰减的正弦信号，其波形如图2所示，表达式为： （3）图2 指数衰减的正弦信号波形2.1.2 方波波形函数 方波函数是一种常用的波形函数，其表达式为： （4）方波的波形如图2-3所示：图3 方波波形2.2 设计方案目前信号发生的主要实现方法由直接模拟法、直接数字法两种。2.2.1 直接模拟法图4 直接模拟法框图这是传统函数发生器的简化基本结构，一般都是由自由振荡器产生原始波形，然后经过转换电路将原始波形转换成其他波形，在上图中三角波是由振荡器产生的，方波是三角波通过比较器转变而成的，正弦波是三角波通过一个波形整形电路（正弦波整形器）演变而来的，所需要波形经过放大和衰减输出，显然这种方式产生的波形种类有限，每增加一种波形，都要增加相应的转换电路，整个电路变得很复杂，最重要的是要产生用户所需要的任意波形复杂的波形几乎不可能5。2.2.2 直接数字法直接数字法是采用直接数字合成（Direct Digital Synthesis）的方法实现信号产生。该技术具有频率转换速度快、频率分辨率高、易于控制的突出特点。直接数字合成技术近年来发展得很快，而要产生任意波形就必须采用直接数字很成技术。随着DDS技术的发展，出现了各种各样的直接数字合成的结构，但基本上可以发成两种：（1）基于地址计数器的数字频率合成法；（2）基于相位累加器的数字频率合成法。由于直接数字法在设计上的的优点，本课题设计采用的是基于地址计数器的直接数字合成法。2.3 信号发生器的基本结构框图AT89S51单片机复位电路时钟电路电源电路模块键盘控制电路（五个按钮）八位数码管LED显示模块D/A转换器（数模转换器和运算放大器）可编程键盘显示器芯片调频调幅控制图5 电路结构框图信号发生器采用的是直接数字合成的方法，上图是信号产生电路的结构框图，该系统由单片机作为核心控制单元，通过可编程键盘显示接口芯片连接键盘控制电路和LED数码管显示电路，外围电路有DAC转换电路、复位电路、电源电路、时钟电路等。单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值进行编码，得到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。假如N个点构成波形的一个周期，则0832输出N个样值点后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。重复输出N个点，成为第二个周期。利用单片机的晶振控制输出周期的速度，也就是控制了输出的波形的频率，这样就控制了输出的波形及其幅值和频率。将波形数据存储于存储器中，而后用可程控的时钟信号为存储器提供扫描地址，与每个地址相对应的数据则代表波形在等间隔取样点上的幅度值。数据被送至DAC，从而产生一个正比于其数字编码的电压值，每个电压值保持一个时钟周期，直至新的数据送至DAC,经数模转换后得到所需要的模拟电压波形。3. 硬件系统设计硬件系统主要分为以下几个模块：单片机功能模块、显示接口电路，波形变换DAC转换模块、时钟电路、复位电路和电源电路等。波形的产生是通过AT89S51 执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。在AT89S51的P2口接5个按扭,通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率，另有P0口管脚接8279芯片，以驱动数码管显示电压幅值和频率，每种波形对应一个按钮。波形的产生是通过单片机系统执行波形发生程序，在其数据线上送出一系列按一定规律变化的数据信息，通过D/A转换器和运算放大器转化为电压信号。3.1单片机的选取根据系统对控制芯片的要求，单片机功能模块选取AT89S51芯片，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。该单片机的功能是形成扫描码，键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；产生定时中断；形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路和显示驱动电路。 AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。AT89S51的P2口作为功能按钮和TEC6122的接口，P1口做为D/A转换芯片0832的接口。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。3.2 复位电路复位电路如图6所示，控制引脚RST，引脚9，复位输入信号，振荡器工作时，该引脚上2个机器周期的高电平可以实现复位操作。本文采用上电复位，上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。图中电容C13和电阻R10对+5V的电源来说构成微分电路，使在刚启动电源时向RST引脚输入高电平信号，完成系统的复位操作。图6 复位电路3.3 时钟电路时钟引脚XTAL1和XTAL2：XTAL1，引脚18，内部振荡器外接晶振的一个输入端，XTAL2，引脚19，内部振荡器外接晶振的另一个输入端。AT89S51内部有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1和XTAL2引脚外接石晶振子、微调电容构成振荡器，该振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。图7 时钟电路本设计中Y1为石英振子，当选用石英振子时，电容通常选择30PF，振荡频率范围为112MHz，该设计选用12MHz。3.4 可编程键盘/显示器接口芯片8279是Intel公司生产的通用可编程键盘/显示器接口芯片。8279可实现对键盘/显示器的自动扫描，并识别键盘上闭合键的键号。这样不仅可节省CPU对键盘/显示器的操作时间，而且显示稳定，程序简单，不会出现误动作。8279可按其功能分为:键盘功能块;显示功能块;控制功能块;与CPU接口功能块控制功能块包括控制和定时寄存器,定时和控制,扫描计数器三部分,它主要用来控制键盘和显示功能块工作.图8 8279芯片的键盘显示电路8279能自动完成键盘输入和显示控制两种功能。键盘控制部分提供一种扫描工作方式，可与64个按键的矩阵键盘连接，能对键盘进行自动扫描、自动消抖、自动识别出按下的键并给出编码，能同时按下双键或键实行保护，其接收键盘上的输入信息存入内部FIFO缓冲器，并可在有键输入时向CPU请求中断。8279提供了按扫描方式工作的显示接口，其内部有一个168的显示缓冲器，能对8位或16位LED自动进行扫描，将显示缓冲器的内容在LED上显示出来。8279通过74LS 138译码器扩展44键盘、6位显示器。由3-8译码器对SL0SL2译出键扫描线，由另一3-8译码器译出显示器的位扫描线，并采用了编码扫描方式。为了防止出现重键现象，扫描输出线高位SL3不参加键扫描译码。CPU对8279的监视采用了查询方式，故8279的中断请求信号IRQ悬空未用，整个电路结构见图。3.5 键盘控制电路矩阵式键盘也称为行列式键盘。行线通过上拉电阻接到VCC电源上，列线上逐列给低电平，如果有键按下，相应的行线就能够接收到低电平，据此就可以判断出相应的键值。单片机中所需按键较少,多采用独立式键盘。此种键盘结构简单,每只按键接单片机的一条I/O线,通过查询即可示别出每只按键的状态来。但由于本系统按键较多,在这里采用矩阵式排列键盘,如图所示。图9 键盘控制电路矩阵式键盘可以合理应用硬件资源,把16只按键排列成4*4矩阵形式,用一个8位I/O口控制,把键盘上的行和列分别接在IOA0IOA3和IOA4IOA7先置IOA0IOA3为带数据缓存器的高电平输出,置IOA4IOA7为带下拉电阻的输管脚,此时若有键按下,取IOA4IOA7的数据将得到一个值,把此值保存下来,再置IOA4IOA7为带数据反相器的高电平输出,置IOA0IOA3为带下拉电阻的输入管脚,此时若键仍没弹起,取IOA0IOA3的数据将得到另一个值,把这两个值组合就可得知是哪个键按下了,再通过查表得到键值。3.6 数码显示电路电路中74LS164的A、B联在一起，接收由单片机串口送来的信号，它的Q7输出端又与下一个164的A、B端联在一起，以此类推，实际组成了N8位的移位寄存器，与数码管联接，可同时显示多位数字。在设计中为了节省芯片资源，采用了汇编语言实现了日期和时间分屏，仅采用六个74164驱动六位的数码管，显示由于数码管实际上是由多个正常工作电压为3V的发光二极管组成的，系统没有必要单独为数码管提供电源，而是直接从主电源上引出一路为数码管供电，在实际应用中，可以在数码管电源与系统主电源之间加上三个二极管来降压，刚好使其端电压为3V左右，符合数码管长时间工作的要求。数码管显示电路的具体联接方式图10所示。图10 4位数码显示电路3.7 数模转换电路与单片机相连的是D/A转换电路将波形样值的编码转换成模拟值，完成双极性的波形输出。D/A转换电路是由一片DAC0832数模转换器和一块运算放大器uA741组成。DAC0832是一个具有两个输入数据寄存器的8位DAC。目前生产的DAC芯片分为两类，一类芯片内部设置有数据寄存器，不需要外加电路就可以直接与微型计算机接口。另一类芯片内部没有数据寄存器，输出信号随数据输入线的状态变化而变化，因此不能直接与微型计算机接口，必须通过并行接口与微型计算机接口。DAC0832是具有20条引线的双列直插式CMOS器件，它内部具有两级数据寄存器，完成8位电流D/A转换，故不需要外加电路。0832是电流输出型，示波器上显示波形，通常需要电压信号，电流信号到电压信号的转换可以由运算放大器实现，可以实现双极性输出。图11 D/A转换器的连接电路D/A转换器采用DAC0832芯片，它由8位输入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A转换电路组成。输入寄存器和DAC寄存器作为双缓冲，因为在CPU数据线直接接到DAC0832的输入端时，数据在输入端保持的时间仅仅是在CPU执行输出指令的瞬间内，输入寄存器可用于保存此瞬间出现的数据。有时，微机控制系统要求同时输出多个模拟量参数，此时对应于每一种参数需要一片DAC0832，每片DAC0832的转换时间相同，就可采用DAC寄存器对CPU分时输入到输入寄存器的各参数在同一时刻开始锁存，进而同时产生各模拟信号。转换的8位数字量由芯片的8位数据输入线D0D7输入，经DAC0832转换后，通过2个电流输出端IOUT1和IOUT2输出，IOUT1是逻辑电平为1的各位输出电流之和，IOUT2是逻辑电平为0的各位输出电流之和。另外，ILE、和是控制转换的控制信号。8位D/A转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位），有一个模拟输出端。输入可有28-256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是256个可能值。 3.8 电源电路电源电路如图13所示，采用220V供电，220交流电经过变压器T1降压、二极管D1D4整流、电容C5滤波后产生12V直流电，可以作为控制继电器的驱动电压。12V电压经过稳压器7805稳压后产生5V电压，作为控制电路的主电源。电容C2作为高频旁路电容，将各种高频干扰信号旁路接地。在设计的过程中，滤波电容C1要尽量选择的大，因为在单片机向EEPROM中写数据的过程中，持续时间很长，典型时间为8ms，这里选用的是2200uF。所以只有选用较大容量的电容，才能在系统突然断电的情况下保证单片机有足够的时间将RAM中的数据写入EEPROM中。图12 电源电路图4. 系统软件设计4.1 系统程序总体框图软件设计程序由主程序和子程序组成，两者都存放在AT89S51单片机中。 主程序的功能是：开机以后负责查键，即做键盘扫描及显示工作，然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理，主程序框图如图1所示。 子程序的功能有：幅值输入处理、频率输入处理、正弦波输出、锯齿波输出、方波输出、显示等。波形的产生是通过AT89S51 执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。在AT89S51的P2口接5个按扭,通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率，另有3个P2口管脚接TEC6122芯片，以驱动数码管显示电压幅值和频率，每种波形对应一个按钮。此方案的有点是电路原理比较简单，实现起来比较容易。缺点是，采样频率由单片机内部产生故使整个系统的频率降低。其波形发生器技术指标与操作设计如下：图13 整体流程图（1）波形：方波、正弦波、锯齿波； （2）幅值电压：1V、2V、3V、4V、5V； （3）频率：10HZ、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ；（4）上电后，系统初始化，数码显示6个，等待输入设置命令。 （5）按钮分别控制“幅值”、“频率”、“方波”、“正弦波”、“锯齿波”。 （6）“幅值“键初始值是1V，随后再次按下依次增长1V，到达5V后在按就回到1V。 （7）“频率“键初始值是10HZ，随后在按下依次为20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1000HZ循环。图14 按键控制流程图 根据上面的要求,程序分为主程序和子程序两部分.其中主程序的主要功能为,开机后利用查表法,通过程序结合键盘控制,进行键盘扫描和显示工作,根据按下的按钮转入相应的子程序中去,子程序分为六部分程序,分别为: 幅值输入处理程序、频率输入处理程序、正弦波输出程序、锯齿波输出程序、方波输出程序、显示程序。按照程序的要求,五个按钮分别控制波形的幅值,波形的频率,另外三个按钮分别控制相对应的方波,正弦波,锯齿波。4.2波形产生程序各部分流程图使用AT89S51单片机使外围电路变得异常简单,整个波形发生器的主体任务落到了程序编写上。整个系统的软件设计方案如图,采用外部中断二来中断所显示波形,以便进入下一波形的编辑和输出,在波形输出的同时利用外部中断一来实现同步的频率调节。扫描的过程中,先置IOA0IOA3为带数据缓存器的高电平输出,IOA4IOA7为带下拉电阻的输入管脚,此时若有键按下,取IOA4IOA7的数据将得到一个值,把此值保存下来,再置IOA4IOA7为带数据反相器的高电平输出,置IOA0IOA3为带下拉电阻的输入管脚,此时若键仍没弹起,取IOA0IOA3的数据将得到另一个值,把这两个值组合就可得知是哪个键按下了,再通过查表得到键值,跳转至相应程序段,执行输出相应波形或者编辑波形,从而达到控制波形的目的。整体按键过程如图14所示。4.2.1 正弦波形查表形成流程图设计之初,我一直都在尝试使用函数来计算输出波形,使用这种方法,在示波器上得到了很好的波形,但是在CPU时钟频率没调至最高的情况下,所得到的频率只是多少毫赫兹到几十赫兹之间,基本上没有实用价值。要达到更高的频率,就得另辟蹊径了。分析一下为什么频率上不去,主要原因在于,使用单片机进行正弦函数的运算时占去了不少时间,如果去掉这一计算过程波形的频率应该大有提高,另外就是CPU时钟频率没有调至最高,以及DAC转换过程需要时间。为了达到更高的频率,首先就要免去单片机的计算负担,我使用的解决方法是人为计算出要输出的点,然后建一个表通过查表来进行输出,这样主要工作任务就落到了建表的过程中。这样做的好处在于,查表所耗费的时钟周期相同,这样输出的点与点之间的距离就相等了,输出的波形行将更趋于完美,当然更让我们感到的高兴的是它输出波形的频率将近达到了100K赫兹,能够满足我们设计的扩展要求了。为了实现频率的调整,我在一个正弦波周期里建了两百个点,如果我们隔一个取点的话,且在CPU时钟频率不改变的情形下,正弦波频率将相对于前面的频率提高将近一倍。这样我们就得到了解决频率调整的方法,首先进行CPU时钟频率选择,再调整一个正弦函数一个周期输出的点数,幅度的调节是通过初始幅度设置再通过外部放大电路来调节,设计程序流程图如图15所示。图15 正弦波形查表形成流程图在另外,由于函数产生波形及其方便,单片机又提供了大量函数库,在设计过程中我在低频部分依然采用函数设计,因为这更有利于数字幅度和频率的调节。4.2.2 三角波、锯齿波的形成三角波、锯齿波形成的原理同正弦波形成的原理大致相同,在这里将不做作详细介绍,其流程图如图16所示。4.2.3 方波的形成和实现方波是我们最常用的一种波形,并且常常作为一种标准信号应用在各个领域,凌阳SPCE061A提供了一种很好的方波发生机制,就是APWM调制,通过写入P_TimerA_Ctrl($700BH)单元的第69位,可选择设置APWM输出波形的脉宽占空比;同理,写入P_TimerB_Ctrl($700DH)单元的第69位,便可选择设置BPWM输出波形的脉宽占空比。我们可以将IOB8设置成同相输出端口,通过设置P_TimerA_Ctrl(写)($700BH)的第05位来选择TimerA的时钟源(时钟源A、B)。设置该单元的第69位（如图所示）,TimerA将输出不同频率的脉宽调制信号,即对脉宽占空比输出APWM进行控制。这里为了得到最标准的波形采用这种方式来实现标准方波。在某些应用领域由于各种干扰和响应的存在,实际电路往往存在各种信号缺陷和瞬变信号,为了满足各种需要我们还设计了有频率突变的方波,如图11所示。具体设计方案是采用不停的输出和停止输出某一幅度的值,在一个序列周期我们总共提供八位可变数值,因为在数据传输过程中一般是八位为一帧进行传输。通过键盘的编辑可以达到我们的需求。按键控制的第6到第12个按键,都是用来改变和编辑波形参数的,这就为整个系统能输出各种波形提供了可能性,以及增加了它的实用性。另外还用外部中断一来进行同步调试,我们可在中断里写入各种参数,就可达到我们所要求的波形及其实现参数变化的目的。图16 三角波查表形成流程图 4.2.4 程序实现的功能（1）能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波几种周期性波形,并且可通过调节变形成其它相关波形。 （2）用键盘输入编辑可生成正弦波由基波及其谐波线性组合的波形,以及各次谐波单独的波形。 （3）输出波形的频率范围为100mHz100kHz;可以通过键盘输入粗调频率,通过外部中断一可同步调节频率,具有在低频部分调节步进小,在高频部分大的特点。 （4）输出波形幅度范围为05V（峰-峰值）,可通过可变电阻任意调整调整。（5）具有显示输出波形的类型、及其粗调频率和幅度的功能。（6）具备粗调频率的功能。整个系统其性能指标均达到了要求,还增添了其它特色。5. 总结本文在提出总体设计方案的基础上，完成了系统的硬件和软件设计、应用程序的编写及调试，经实际运行验证，取得了满意的效果。就目前的测试结果而言，结合远程监控的优势，具有较强的实用性。谢辞这次毕业设计是由我在指导老师的精心指导和耐心鼓励下完成的。从课题选定到方案确定，从理论指导到实际操作指导老师为我作出了认真的分析和耐心的讲解，给我提供了极大的帮助。同时指导老师严谨的治学态度，丰富的实践经验，在治学及做人方面使我受益匪浅。也让我在学习知识和解决问题时感到无比的轻松和愉快，才使我的毕业设计能够顺利的进行下去。至此论文定稿之际，向指导老师表示衷心的感谢。在这里我还要感谢我的同学对我的鼎力帮助，他们给我的毕业设计提出了不少建议，使设计更实用和完美。在这里向他们表示感谢！最后，再次向各位领导、各位老师致以崇高的敬意和最衷心的感谢！参考文献1 黄继昌.传感器工作原理及应用实例M.北京:人民邮电出版社，1998 2 卿太全.热释电人体红外传感器原理及应用J.电子世界1996（10）：25 263 冯克成.红外线光学系统M.北京：兵器工业出版社，20054 顾文郁.光电测技术M.上海：上海科学技术出版社，20045 虞光楣.功率放大器的应用M.北京：北京工业出版社，20046 守车生.移位寄存器J.无线电，2000（11）：5225237 荀殿栋.数字电路设计实用手册M.电子工业出版社，20058 福安.电子电路设计与实践M.山东科学技术出版社，20049 刘守义.数字电子技术M.西安电子科技大学出版，200110 电子电路手则，第二册数电集成部分的由石英晶体震荡器获得脉冲信号，200011 李学芝.LED数码管的使用方法J.无线电，1999（10）：232412 洪亚阔.电子检测仪准确率的研究.用电器科技.2006（3）：373913 David Ethetidge.Information Networks M. 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