数控高精度低频正弦信号发生器.doc

《数控高精度低频正弦信号发生器.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、23/23高精度数控低频正弦信号发生器任务书一、任务设计一款基于AT89C51单片机和锁相技术的高精度数控低频正弦信号发生器。二、设计要求1、基本要求⑴采用DDFS(直接数字频率合成)和锁相技术,实现1Hz～1KHz变化的正弦信号。⑵通过面板键盘控制输出频率，频率最小步进1Hz。⑶输出双极性。⑷用LED数码管实时显示波形的相关参数。⑸写出详细的设计报告，给出全部电路和源程序。2、发挥部分⑴不改变硬件设计，将上限频率扩展到10KHz。⑵不改变硬件设计，扩展实现三角波和方波信号。⑶可通过PC机上的“虚拟键盘”，实现频率等参数的控制。⑷实现对幅度的控制。23/23高精

2、度数控低频正弦信号发生器函数信号发生器作为一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学研究等领域[7]。它是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备，因此是电子测试系统的重要部件，是决定电子测试系统性能的关键设备。它与示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普通、最基本的，也是得到最广泛应用的电子仪器之一。1总体方案论证与设计数字式函数信号发生器的实现方案很多，主要有如下几种：方案一：采用微处理器和数模转换器直接合成的数字式函数信号发生器。这种信号发生器具有价格低，在低频范围内可靠性好，体积小，功耗低，使用方便等特点，它输出的频率是由微处理器

3、向数模转换输出数据的频率和信号在一个周期内的采样点数（N）来决定的，因此受单片机的时钟频率的限制很大，如果单片机的晶振取12MHz，则单片机的工作频率为1MHz，若在一个周期内输出360个数据，则输出信号的频率理论上最高只能达到2777Hz。实际上单片机完成一次数据访问并输出到D/A电路，至少要5个机器周期，因此实际输出信号的频率只有500Hz左右。即使增大晶振频率，减小一个周期内输出数据个数，在稍高的频率下输出的波形频率误差也是很大的，而且计算烦琐，软件编程麻烦，控制不方便。方案二：利用单片机与精密函数发生器构成的程控信号发生器。这种信号发生器能够克服常规信号

4、发生器的缺陷，保证在某个信号的频带内正弦波的失真度小于0.5％。它的输出信号频率调整和幅值调整都由单片机完成。但是，由于数模转换器的非线性误差和函数发生器本身的非线性误差，这种信号发生器输出信号的频率与理论值会有一定的偏差。方案三：利用DSP处理器，根据幅值，频率参数，计算产生高精度的信号所需数据表，经数模转换后输出，形成需要的信号波形。这种信号发生器可实现程控调幅，调频。但这种信号发生器输出频率不能连续可调，计算烦琐，控制也不便。方案四：基于单片机，锁相环，可编程分频、相位累加、存储器波形存储以及D/A转换器等组成的数字式函数信号发生器。输出的频率的大小由锁相

5、环和可编程计数器来控制，最终由地址发生器对存储器中的波形数据硬件扫描，单片机提供要输出的波形数据给存储器。这种方案电路简洁，不受单片机的时钟频率的限制，输出信号精度高，频率“连续”，稳定性好，可靠性高，功耗低，调频，调幅都很方便，而且可简化软件设计，实现模块化设计的要求。综合考虑，方案四各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，而且这些芯片及器件均为通用器件，在市场上较常见，价格也低廉，样品制作成功的可能性比较大，所以本设计采用方案四。其系统组成原理框图如图1所示。23/23图1系统组成原理结构图图1中主要有2大块

6、，即波形发生部分（上半部）和键盘/显示部分。波形发生部分是本设计的核心，主要由可编程基准信号、锁相倍频电路、相位累加地址发生、EPROM存储器、数/模转换和滤波驱动等组成，如图2所示。图2系统波形发生模块键盘输入和显示部分在控制仪器中起着人机交互的作用，这两部分的设计是仪器和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一，并关系到用户使用的满意度。键盘/显示模块设计的常用方法有:①采用8279可编程接口芯片来实现系统的键盘/显示器扩展功能，该芯片40引脚，体积较大，成本不低，编程也不方便。②由单片机AT89C2051控制共阳数码管、按键构成动态显示模块。该方案最多只能扩

7、展16个按键，且数码管需8只三极管驱动。③LCD液晶显示加键盘等，该方案成本不低，接口复杂23/23。考虑到成本及电路的复杂度，本设计采用一款新颖的HD7279专用键盘/显示芯片。HD7279芯片价格低廉，内部含有译码器，并具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。在设计时，外围电路简单，只需一个电阻和一个电容即可解决键盘/显示电路的外围设计，且有成熟的现成程序可借鉴。2频率控制机理及其硬件设计我们把锁相+直接数字频率合成称为PDDFS技术，频率控制是本设计的关键。频率控制模块的主要硬件支持是锁相环CD4046和可编程分频器INTEL8254,锁相环

8、CD4046是本系统工作