脈沖信號(hào)發(fā)生器原理以及方案設(shè)計(jì)案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u62421.1脈沖信號(hào)原理簡(jiǎn)介 1266041.2整體方案設(shè)計(jì) 330701.3整體方案設(shè)計(jì) 4128391.3.1單片機(jī)模塊方案設(shè)計(jì) 4269381.3.2脈沖發(fā)生方案設(shè)計(jì) 5259251.3.3顯示模塊方案設(shè)計(jì) 6295781.1.4按鍵方案設(shè)計(jì)與選擇 71.1脈沖信號(hào)原理簡(jiǎn)介（1）正弦波正弦信號(hào)可以用如下列形式來(lái)表示： f(t)=Asin(ωt+θ) (2-1)周期的正弦函數(shù)信號(hào)如下圖2-1所示。圖2-1正弦波正弦波在常用波形里運(yùn)用最為廣泛，其波形也較為好產(chǎn)生。正弦波的一個(gè)周期為兩個(gè)波峰之間的距離，幅值為最高點(diǎn)。正弦波信號(hào)常用在電路中，在高頻電路中作為基礎(chǔ)分析電路也能使用在震蕩電路里。（2）方波方波函數(shù)是平時(shí)慣用且所熟悉了解的簡(jiǎn)單波形函數(shù)，列如做開(kāi)關(guān)電源的控制脈沖等，其形式如下所示： f(t)=λ(0≤t≤方波波形如圖2-2所示。圖2-2方波方波信號(hào)的產(chǎn)生可以通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器定時(shí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，將高電平維持一段時(shí)間經(jīng)過(guò)單片機(jī)定時(shí)器中斷，躍變到低電平維持一段時(shí)間依次循環(huán)，時(shí)間常數(shù)決定方波高低電平的時(shí)間可以通過(guò)頻率來(lái)調(diào)節(jié)。（3）三角波三角波函數(shù)其形式如下所示： f(t)=A+AT/2三角波波形如圖2-3所示。圖2-3三角波（4）鋸齒波鋸齒波函數(shù)其形式如下所示： ft=A鋸齒波波形如圖2-4所示。圖2-4鋸齒波三角波和鋸齒波的波形都能通過(guò)方波不斷的積分疊加形成只要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間，當(dāng)波形上升時(shí)對(duì)應(yīng)的為方波維持高電平的時(shí)間，下降就對(duì)應(yīng)方波的低電平維持時(shí)間。鋸齒波就沒(méi)有下降過(guò)程是直接躍變到最低點(diǎn)再?gòu)男麻_(kāi)始上升。1.2整體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的多脈沖信號(hào)發(fā)生器，其主要功能是完成利用單片機(jī)的可編程控制實(shí)現(xiàn)不同脈沖信號(hào)的輸出，單片機(jī)屬于數(shù)字芯片，輸出的信號(hào)位數(shù)字信號(hào)，而對(duì)于不同的脈沖信號(hào)，需要設(shè)計(jì)調(diào)理電路，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的輸出，因此本設(shè)計(jì)的主要的調(diào)理電路是DAC然后外加輔助放大電路實(shí)現(xiàn)正弦波、三角波的輸出，實(shí)現(xiàn)按鍵對(duì)波形進(jìn)行切換以及輸出脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行的改變。其主要由單片機(jī)、顯示模塊、按鍵模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊以及信號(hào)放大模塊，根據(jù)各個(gè)模塊的組成，本設(shè)計(jì)整體方案設(shè)計(jì)圖如圖2-5所示。圖2-5整體方案圖1.3整體方案設(shè)計(jì)1.3.1單片機(jī)模塊方案設(shè)計(jì)方案一：選擇STM32作為主控制器STM32是32位的單片機(jī)，處理速度迅速，并且外圍集成了很多的外設(shè)，比如ADC轉(zhuǎn)換、多個(gè)USB串口、多達(dá)14個(gè)定時(shí)器、PWM等功能，是做嵌入式系統(tǒng)的一款高端芯片，應(yīng)用在很多大型嵌入式系統(tǒng)，相對(duì)成本價(jià)格比較高。圖2-7STM32芯片方案二：采用51單片機(jī)控制51單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，從微小型控制系統(tǒng)到大型控制系統(tǒng)都可以完成特定功能控制。因此也有不同的型號(hào)的單片機(jī)在市場(chǎng)流通，用戶(hù)可以根據(jù)項(xiàng)目需求以及實(shí)際完成的功能，從經(jīng)濟(jì)、能效、場(chǎng)景以及功能等各個(gè)方面選用適合自己的型號(hào)，并且51單片機(jī)的成本相對(duì)STM32而言，比較低廉。圖2-8STC89S51單片機(jī)本設(shè)計(jì)主要完成是不同信號(hào)的輸出，51單片機(jī)可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，因此選用51單片機(jī)。1.3.2脈沖發(fā)生方案設(shè)計(jì)方案一：選用一般的單片機(jī)函數(shù)發(fā)生器，比如ICL8038就能輕易實(shí)現(xiàn)波形的輸出。這種波形發(fā)生器可以應(yīng)用在許多方面，再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)電流或電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以通過(guò)數(shù)字調(diào)控來(lái)改變對(duì)信號(hào)的頻率以及占空比，但這種方法會(huì)造成波形的失真和頻率的不穩(wěn)定。圖2-9ICL8038引腳功能圖方案二：可以使用PLL頻率合成器。通過(guò)改變電路的直流電壓來(lái)獲得所需的頻率。這種方案較前面的方法性能上好，但是得到的頻率的大小不能滿(mǎn)足需求。而且PLL頻率合成器外圍電路相比更復(fù)雜。圖2-10PLL頻率合成器原理圖方案三：可以利用51單片機(jī)作為主控制器通過(guò)軟件的設(shè)計(jì)改變信號(hào)的輸出。以AT89C52當(dāng)做控制芯片，通過(guò)程序改變輸出信號(hào)的幅值和頻率，用DAC0832將單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)調(diào)理電路的調(diào)節(jié)增加電壓，連接到示波器上顯示輸出波形。由于方案一的頻率頻率工作范圍波動(dòng)大，方案二需要大量的元器件來(lái)調(diào)節(jié)頻率且電路復(fù)雜，方案三是最好的選擇，最后選定方案三作為脈沖發(fā)生的設(shè)計(jì)方法。方案三通過(guò)軟件設(shè)計(jì)的結(jié)合使硬件電路易于控制和執(zhí)行更容易得到所需的波形。此外，第三個(gè)方案的的元器件很容易獲得，而且價(jià)格相對(duì)便宜，所以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠也是一方面優(yōu)勢(shì)。1.3.3顯示模塊方案設(shè)計(jì)方案一：采用數(shù)碼管數(shù)碼管可以顯示數(shù)字，并且可以應(yīng)用在環(huán)境比較復(fù)雜的地方，使用壽命長(zhǎng)，并且功耗比較低，能滿(mǎn)足對(duì)顯示數(shù)據(jù)不是很多的系統(tǒng)中，因?yàn)槠涿恳晃灰淮沃荒茱@示一個(gè)數(shù)據(jù)，所以顯示多個(gè)數(shù)據(jù)有幾位就需要幾位的數(shù)碼管。圖2-11數(shù)碼管方案二：采用LCD1602顯示LCD1602是字符型顯示器，可以?xún)尚酗@示十六位字符，可以顯示字母以及數(shù)字，對(duì)于顯示要求高一點(diǎn)的地方可以使用，并且其可以使用清屏功能是實(shí)現(xiàn)菜單切換，并且有的帶有背光，可以在夜間使用。圖2-12LCD1602本設(shè)計(jì)需要波形的頻率，都是數(shù)字，但是需要通過(guò)區(qū)分，為了更加直觀的顯示，因此本設(shè)計(jì)采用的是LCD1602顯示。1.1.4按鍵方案設(shè)計(jì)與選擇方案一：采用矩陣鍵盤(pán)根據(jù)單片機(jī)的輸入輸出I/O口，按鍵以4X4矩陣完成，按鍵的控制是經(jīng)過(guò)行掃描和列掃描完成的，舉證鍵盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是占用I/O口資源相對(duì)于獨(dú)立按鍵資源少，可以節(jié)省單片機(jī)的I/O口，同時(shí)也能完成更多鍵值的定義，一般應(yīng)用在需要人機(jī)交互多的情況下，包括數(shù)字輸入等功能場(chǎng)景。方案二：采用獨(dú)立按鍵獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)的方式