【精品】波形发生器论文

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1、2012山东省大学生电子设计竞赛设计报告题目：波形发生器论文编号：06参赛学校：中国海洋大学参赛学生：杨忠健、周志鑫、曾丽萍指导教师：刘滨二O—二年八月波形发生器摘要：木设计给出了以32位单片机ARM(LM3S1138)为核心的波形发生器的基木原理与实现方案。该系统由波形发生、D/A转换、低通滤波、键盘控制和LCD显示五个模块构成,采用数值计算的方法由单片机实现波形发生和波形控制，通过D/A转换和低通滤波电路模块完成波形输出。可通过键盘选择波的类型、控制幅度和频率。本系统町产生输H濒率及幅度可调，频率范围为100Hz

2、〜10kHz的方波、三角波、正弦波及三种波形的线性组合波形，以及由基波及其谐波的线性组合波形，波形信号的频率、波形与幅度值送至LCD进行显示。木系统具有波形信号频率、波形、幅度变化容易，顽件电路简单可靠，成本低，稳定性高等特点。关键词：ARMLM3S1138基波与谐波复合波数值计算D/A转换1方案论证与设计11」波形产生方案11.2幅度调整方案11.3频率调整方案21.4显示部分设计方案21.5滤波电路21.6波形存储方案22统硬件原理分析与设计32.1波形发生原理32.2D/A转换模块器模块62.3低通滤波电路模块

3、73系统软件设计8系统软件介绍8程序流程图84系统测试与误差分析114」测试环境114.2测试仪器114.3测试方法114.4测试数据114.5误差分析125总结13参考文献13附录13波形发生器1方案论证与设计1.1波形产生方案方案一：采用模拟分立元件或单片压控函数发生器MAX038o此方案可产生正弦波、方波、三角波，通过调整外部元件可改变输岀频率。方案二：程控数字锁相环频率合成。这种技术已经很成熟，也已经有各种成品集成电路可供使用，并且可以实现三种基木波形。具体方案如下：首先通过频率合成技术产生所需要频率的方波，

4、通过积分电路就可以得到同频率的三角波，再经过滤波器就可以得到正弦波。方案三：基于计算的数字频率合成。利用函数将组成波的点保存在单片机的RAM屮，根据波形的频率计算出送点的时间间隔，将定时器设为周期定时器，定时时间设为送点的时间间隔，定时时间到了就产生中断，然后送点到D/A进行转换,这样就得到了连续的波形。对以上三种方案进行比较，方案一采用模拟器件，分散性太大，而采用单片压控函数发生器，参数与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，因而成本高、精度低、频率稳定性较差、抗干•扰能力低，而且不能实现任意波形以及波形运算

5、输出等智能化的功能；方案二可达到很高的工作频率和频率分辨率，但使用的滤波器要求通带可变，实现起來困难，而且不能实现任意波形功能；方案三采用数值计算的方法通过单片机产生各种波形，虽然增加了软件难度，但却减小了硬件复杂度，而且成本低、精度高、频率稳定性高、抗干扰能力强。因此采用方案三来实现波形发生。1.2幅度调整方案方案一：用高速模拟乘法器实现。采用AD835模拟乘法器，来实现模拟调制。模拟乘法器AD835的・3dB截止频率为250MHz,能够满足题H的要求。方案二：采用软件实现。在软件中设置一个幅度的参数來改变送往D/

6、A转换的值的大小，从而改变输出波形的幅度大小。对以上方案进行比较，方案一利用模拟乘法器来实现幅度调整，AD835的差分输入范阖仅为±IV,因此必须对多输入信号进行预处理，这样既増加了硬件，又加大了软件设计的难度；而采用方案二，虽然增加了软件的难度，延迟了波形的输出时间，但是可以不用外加硬件拓展，节省了成木。综合考虑，釆用方案二来实现幅度调整。1.3频率调整方案方案一：通过在存储芯片ROM中保存不同频率信号的信号发生点数，在频率切换时调用ROM中所存储的不同点数模块来实现频率的切换。方案二：通过重新设定定时黠的装载值，

7、改变送点的时间间隔，从而改变发生的波形的频率。对以上方案进行比较，方案一占用存储空间较多，实现起来困难；方案二占用存储少，且实现起來简单。因此釆用方案二的设计方法。1・4显示部分设计方案方案一：采用八位共阴极LED数码管进行显示，利用单片机串行口的移位寄存器工作方式，外接MAX7219串行输入共阴极显示驱动器，每片可驱动8个LED数码管。方案二：采用屮文点阵LCD液晶显示，可以显示数字、屮文与阿拉们字母等,随着半导体技术的发展，LCD的液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。比较以上两种方案，数码管显示驱动简单，但显

8、示信息量少，功耗大；利用液晶显示可以工作在低电压、低功耗下，内容丰富、显示界面友好，综合考虑，选用LCD來实现显示功能。1.5滤波电路方案一：利用运放芯片TL082构成的有源二阶巴尔沃基滤波器，它的频率范围可以达到1MHz,远高于最高频率200KHZ,而且可以提高输出电压的稳眾性。方案二：采用駛件构建的有源滤波器，通常这种滤波电路主要采用运放、