基本信息
- 项目名称：
- 基于单片机控制的低频任意信号发生器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 信号发生器广泛应用于信号处理领域中，基于单片机系统的信号发生器具有灵活性强，便于制作，成本低廉等特点，因此该系统具有很强的实用性。 本作品是以单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器，信号发生器采用数字波形合成技术，通过硬件电路和软件程序相结合，可输出自定义波形，如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的频率和幅度在一定范围内可通过键盘任意改变。
- 详细介绍：
- 本次设计的主要是学习基于单片机的函数发生器的工作原理，制作出一个低频的函数信号发生器。 在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。函数发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。但市面上能看到的此类仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。我们长期使用的信号发生器，大部分是由模拟电路构成的，这类仪器作为信号源，频率可达上百MHz，在高频范围内其频率稳定性高、可调性好。但用于低频信号输出时，它所需要的RC值很大，参数准确度难以保证。而且其体积大，损耗也大。前人研制了采用8031单片机及程序存储器构成的最小系统组成的数字式低频信号发生器，它在低频范围内性能好，但是体积较大，价格较贵。随着大规模集成电路技术的发展，集成度不断提高，使得微型机的速度和性能大为提高，可靠性增加，成本降低。MCS-51就是将具有存储程序、处理数据以及与外设交换信息的功能电路集成在一块芯片中，并符合一定系统结构而构成的单片机。 单片机有很多种类，而且制作函数发生器的方案繁多，本次设计是以STC89C52单片机为核心，选用DAC0832为数模转换芯片，并辅以必要的模拟电路，设计出了一个基于STC89C52单片机的函数信号发生器。其设计内容主要包括单片机最小系统的设计、DA转换模块的设计、键盘控制模块的设计及LCD显示模块的设计。其中DA转换模块包括2块DAC0832芯片和OP07运放电路，第一块DA芯片的输出作为第二块DA芯片的参考电压，而第一块DA芯片的2.5V参考电压由MC1403芯片的输出来提供；键盘控制模块采用3个按键来选择波形类型及调节频率、幅值；显示模块则采用LCD1602来显示波形类型、频率及幅值；最终将设计好的函数发生器的输出接上示波器，在示波器上显示实际输出的波形。 本设计最终能达到预期的效果，能实现电压步进0.1V，方波能够任意调节占空比以及在LCD1602上显示波形类型、电压和频率，并且可以通过示波器来观察其输出的波形。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 信号发生器广泛应用于信号处理领域中，基于单片机系统的信号发生器具有灵活性强，便于制作，成本低廉等特点，因此该系统具有很强的实用性 作品的基本思路是以单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器，信号发生器采用数字波形合成技术，通过硬件电路和软件程序相结合，可输出自定义波形，如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。 创新点： 1通过硬件电路和软件程序相结合，可直接用键盘输出自定义波形，如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。 2 波形的频率和幅度也可通过加减键在一定范围内改变。 3输出的信号发生器的电压信号大小可在LED上显示精确值 技术指标：输出频率幅度范围，频谱纯度，频率转换时间，输出信号频率的稳定性，显示电压精度，
科学性、先进性
- 目前常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的，当这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积大和功耗都很大。本系统采用数字控制方法从一个参考频率源产生多种频率的技术，即直接数字频率合成(DDS)技术产生正弦波及方波，产生的波形分辨率高，低频性能好，波形转换快， 本系统的一个突出亮点就是利用单片机STC89C52与DDS芯片DAC0832产生稳定的三角波，正弦波，方波等波形，同时通过按键控制频率和幅度大小，再采用DAC0832采集输出信号幅度大小通过单片机控制在ＬＥＤ数码管上显示出来，本次设计以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，实现智能波的产生和输出，从总体上来看设计任务可以分为硬件设计和软件设计，这两者互相结合，不可分离。从时间上来看，硬件设计的绝大部分工作量在最初阶段，到后期往往还要作一些修改。软件设计任务贯穿始终，到中后期基本上都是软件设计任务。
获奖情况及鉴定结果
- 获得2011年哈尔滨工程大学第十七届“五四杯”大学生科技创新竞赛三等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 在科学研究、工程教育及生产实践中，常常需要用到低频信号发生器。如工业过程控制、教学实验、机械振动、生物医学等领域。本装置采用数模转换器做成的数字式低频信号发生器，本作品的特点是价格低、性能高，在低频范围稳定性好、操作方便、体积小、耗电少，且且可通过程序任意改变输出波形频率调节精度等。
同类课题研究水平概述
- 目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。如555振荡电路便是产生正弦波、三角波和方波可取的途径之一。但是这种电路存在波形质量差、控制难、可调范围小、电路复杂和体积大等缺点。
