王凱
摘要:本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、性價(jià)比高,可用于多種需要低頻信號(hào)源的場(chǎng)所,具有一定的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī);信號(hào)發(fā)生器;方案選擇
一、波形發(fā)生器發(fā)展現(xiàn)狀
波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶定義信號(hào),并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換和頻率穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn),不僅可以模擬各種復(fù)雜信號(hào),還可對(duì)頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)的控制,并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊,組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),因此被廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、震動(dòng)激勵(lì)、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。
當(dāng)今是科學(xué)技術(shù)及儀器設(shè)備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會(huì),電子技術(shù)的進(jìn)步,給人們帶來(lái)了根本性的轉(zhuǎn)變,在現(xiàn)代電子領(lǐng)域中,單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入,這必將帶來(lái)一場(chǎng)儀器設(shè)備高度智能化的全面革命。
隨著集成電路的迅速發(fā)展,用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號(hào)波形發(fā)生器,而用集成電路實(shí)現(xiàn)的信號(hào)波形發(fā)生器與其它信號(hào)波形發(fā)生器相比,其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo),都有了很大的提高,特別是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟,導(dǎo)致傳統(tǒng)控制與檢測(cè)技術(shù)的快速革新。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價(jià)格比,在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域中得以極為廣泛的應(yīng)用,特別是在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測(cè)控制、測(cè)量?jī)x器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域處處可以看見(jiàn)它的應(yīng)用。
一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī),在某些應(yīng)用領(lǐng)域中,它能夠承擔(dān)大中型計(jì)算機(jī)和通用微型計(jì)算機(jī)無(wú)法完成的一些工作。單片機(jī)之所以能夠在各個(gè)領(lǐng)域中都得到如此迅猛的發(fā)展,主要是因?yàn)樗哂泻芏囡@著的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn),歸納起來(lái)有以下幾方面:
1. 具有優(yōu)異的性能價(jià)格比:?jiǎn)纹瑱C(jī)盡可能地把應(yīng)用所需的存儲(chǔ)器,各種功能的I/O 接口集成在一塊芯片內(nèi),因而其性能很高,而價(jià)格卻相對(duì)較低廉,即性能價(jià)格比很高。
2. 集成度高、體積小、可靠性高:?jiǎn)纹瑱C(jī)把各種功能部件集成在一塊芯片上,因而集成度高,均為大規(guī)?;虺笠?guī)模集成電路。又內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu),減少了芯片之間的連線,這大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。同時(shí),其體積小,對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施,適合于在惡劣環(huán)境下工作。
3. 控制功能強(qiáng):?jiǎn)纹瑱C(jī)體積雖小,但“五臟俱全”,它非常適用于專門(mén)的控制用途。為了滿足工業(yè)控制要求,一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉(zhuǎn)移指令,I/O口的邏輯操作指令以及位操作指令。其邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。
4. 低電壓、低功耗:?jiǎn)纹瑱C(jī)大量用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費(fèi)類產(chǎn)品,低電壓和低功耗尤為重要。目前,許多單片機(jī)已可在2.2V電壓下運(yùn)行,有的已能在1.2V或0.9V下工作,功耗降至μA級(jí),一粒鈕扣電池就可長(zhǎng)期使用。
二、設(shè)計(jì)思路
利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來(lái)產(chǎn)生低頻信號(hào),其下限頻率很低。具有線路相對(duì)簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)緊湊,價(jià)格低廉,頻率穩(wěn)定度高,抗干擾能力強(qiáng),用途廣泛等優(yōu)點(diǎn),并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整,改良波形,使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對(duì)電路稍加修改,調(diào)整程序,即可完成功能升級(jí)。
三、總體方案設(shè)計(jì)
1、設(shè)計(jì)的目的
通過(guò)綜合設(shè)計(jì),讓學(xué)生熟悉單片機(jī)以及微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、研制的過(guò)程,軟硬件設(shè)計(jì)的工作方法、工作內(nèi)容、工作步驟。對(duì)學(xué)生進(jìn)行基本技能訓(xùn)練,例如:組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試、查閱資料、焊接電路板等。使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際,提高動(dòng)手能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
2、方案論述
2.1系統(tǒng)方案的選擇
方案一:
采用分立元件實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的多諧振振蕩器,然后根據(jù)需要加入積分電路等構(gòu)成正弦、矩形、三角等波形發(fā)生器。這種信號(hào)發(fā)生器輸出頻率范圍窄,而且電路參數(shù)設(shè)定較繁瑣,其頻率大小的測(cè)量往往需要通過(guò)硬件電路的切換來(lái)實(shí)現(xiàn),操作不方便。
方案二:
采用DDS即直接數(shù)字頻率合成技術(shù)設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器是一種要運(yùn)用數(shù)字技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生信號(hào)的方法。由于運(yùn)用了全數(shù)字大規(guī)模集成技術(shù),具有體積小、頻率分辨率高、信號(hào)純度高等特點(diǎn),但是DDS芯片價(jià)格較為昂貴,且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。
方案三:
采用單片機(jī)和DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成波形,由于是軟件濾波,所以不會(huì)有寄生的高次諧波分量,生成的波形比較純凈。它的特點(diǎn)是價(jià)格低、性能比高,在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少。
方案選擇:
方案三較方案一而言,具有頻率高,工作穩(wěn)定,容易調(diào)試等特性;較方案二而言,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低等特性。因此方案三既可滿足畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求,又能充分發(fā)揮其電路簡(jiǎn)單、易控制、性價(jià)比較高的優(yōu)勢(shì),經(jīng)比較采用方案三。
2.2 控制芯片的選擇
方案一:
STC89C51單片機(jī)是一種高性能8位單片微型計(jì)算機(jī)。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、寄存器、I/O接口制作在一塊集成電路芯片中,從而構(gòu)成較為完整的微型計(jì)算機(jī)。
方案二:
C8051F005單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片,具有與AT80S52兼容的微控制器的內(nèi)核,與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn)AT80S52的數(shù)字外設(shè)部件之外,片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。
方案選擇:
方案二中C8051F005芯片系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易控制,芯片成本高,對(duì)于本系統(tǒng)利用率低,STC89C51芯片比較常用,簡(jiǎn)單易控制,成本低,性能穩(wěn)定,故采用方案一。
2.3總體方案選擇
經(jīng)過(guò)系統(tǒng)方案和控制芯片的選擇以及結(jié)合所學(xué)的知識(shí),筆者最終選擇了以At89c51單片機(jī)為核心部件通過(guò)DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成波形,通過(guò)按鍵控制波形切換,最后用LCD1602液晶顯示器顯示輸出波形。此種方法從可行度和經(jīng)濟(jì)層面上較為理想,并且能實(shí)現(xiàn)預(yù)期要求。4E9C2EE4-BAA7-41B0-B7BA-5D8904D03D60