毕业设计（论文）-基于状态机的信号发生器

1、目 录摘要 .1英文摘要 .11 引言 .21.1 信号发生器发展现状概述 .21.2 设计指标.21.2.1 设计任务.31.3 状态机概念阐述31.3.1 系统主要组成部分.41.3.2 各部分性能与参数要求.51.3.3 系统方案论证.52 系统硬件设计 .62.1 单片机电路设计72.2 数/模转换电路.72.3 键盘控制电路.82.4 显示电路.93 系统软件件设计.103.1 主程序流程图.113.2 中断服务流程图.113.3 按键控制流程图.113.4 液晶显示流程图124 系统测试与结果.124.1 测试方法.134.2 测试结果134.3 误差分析145 结束语.166 参考文献.177 附录.18 附录1.Protel 99See原理图.18 附录2.Proteus7.5仿真图.19 附录3.作品实物图.20 附录4.程序清单.21 附录5.元件清单.38 基于状态机的信号发生器 基于状态机的信号发生器职业技术教育学院 应用电子技术教育专业 摘要：波形发生器是电子设计以及教学、科研中应用最广泛的仪器之一。如果能用相对简单的方式和较少的成本产生具有优秀稳定度和精确度

2、的常用波形，无疑将在这些领域中得到广泛的应用。本次作品设计是基于状态机概念的功能特性来实现占空比可调的矩形波、锯齿波信号发生器。它主要是通过现软件设计来实现波形选择、占空比可调、频率可按步进可调、输出幅度可调等功能。本设计只要辅以简单的外围电路，就能实现一个低成本、多功能、高精度、输出频率步进可调的波形发生器，本文并对状态机的运用以及它的软件延伸作了比较详细的论述。本次设计主要由89C51、DAC0832、1602、LM324芯片完成任务书所要求的指标。关键词：状态机；程序；单片机The Signal Generator Based On State MachineVocational Technical Education College Application of Electronic Technology Education Professional DONG Xian- Huai(07440106)Director: ZHU Wei -Ling(Lecture)Abstract：Waveform generator is one of the most widely used

3、 instruments in electronic design and teaching, scientific research. Waveform generator having a good stability and precision of common waveform by using relatively simple realization ways and less cost, will be widely applied in these areas undoubtedly. This design is based on state machine concepts to realize the functional characteristics of adjustable rectangle wave, sawtooth wave signal. Software writing is the main work of the design which has functions of waveform selection, occupies duty

4、 modulation, frequency stepping modulation, and output amplitude can be modulated. This design can achieve a low cost, multi-function, high-precision, output frequency stepping adjustable waveform generator for state machine by adapted complementary with simple peripheral circuitry. This paper discussion the use of the software and its extends. This design consists mainly of 89C51, DAC0832, 1602and LM324 chips.Key Words: state machine; programme; SCM1 引言 随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生

5、器种类增多，性能提高。尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在，许多信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向发展。 1.1 信号发生器发展现状概述 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，常常需要用到占空比可调的信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。信号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。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都迫使我们研制一种占空比可调能产生多种波形并具有程控等低频的

6、信号发生器。 平时常用信号源产生正弦波，方波，三角波等常见波形作为待测系统的输入，测试系统的性能。但在某些场合，我们需要特殊波形对系统进行测试，这是传统的模拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。利用单片机的强大功能，设计合适的人机交互界面，使用户能够通过手动的设定，设置所需波形的各项参数是很有必要的。该作品的研究和制作需要对占空比可调信号发生系统有一个全面的了解。整个系统由单片机、显示电路、键盘控制等组成，显示和各模块的连接通信等各个部分要熟练连接调试，能够正确的了解常规芯片的使用方法、掌握简单信号发生器应用系统软硬件的设计方法，进一步锻炼了我们在信号处理方面的实际工作能力。 1.2 设计指标 1.2.1 设计任务 设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生占空比可调的矩形波、锯齿波。 1)、具有产生占空比可调的矩形波、锯齿波两种周期性波形的功能。 2)、输出为矩形波时，输出电压峰值为0-5V可调，可按步进0.1V(峰-峰值)调 整。输出信号频率为100Hz-20kHz可调，正脉冲占主比为30-70可调； 输出为锯齿波时，输出电压峰值为0-5V可调，可按步进0.1V(峰-峰值)调整。

7、输出信号频率为200Hz-20kHz可调。上升时间与周期之比为30-70可调。 3)、频率步进间隔100Hz。4)、具有显示输出波形的类型、重复频率(周期)和幅度的功能。以上这些任务我们可以用如下这个示意图来表示： 占空比可调（30-70可调） 矩形波 幅度可调（0-5V可调） 频率可调（200Hz-20kHz可调）产生 （输出电压步进0.1V可调，频率步进可调间隔100Hz。） 占空比可调（30-70可调） 锯齿波 幅度可调（0-5V可调） 频率可调（200Hz-20kHz可调） 1.3 状态机概念阐述本次作品设计是基于状态机的功能特性来实现占空比可调的矩形波、锯齿波信号发生器。何谓状态机呢？关于状态机的一个极度确切的描述是它是一个有向图形，由一组节点和一组相应的转移函数组成。状态机通过响应一系列事件而“运行”，每个事件都在属于“当前”节点的转移函数的控制范围内，其中函数的范围是节点的一个子集，函数返回“下一个”（也许是同一个）节点，这些节点中至少有一个必须是终态，当到达终态，状态机停止。状态机是软件编程中的一个重要概念，比这个概念更重要的是对它的灵活应用。在一个思路清晰而且高效的程序中，基本上都会运用到状态机的概念。比如说一个按键命令解析程序，就可以被看做状态机：本来在A状态下，触发一个按键后切换到了B状态；再触发另一个键后切换到C状态，或者返回到A状态，这就是最简单的按键状态机例子。实际的按键解析程序会比这更复杂些，但这不影响我们对状态机的认识。本次作品就是依赖状态机的这个概念来设计的。状态机简写为FSM(Finite State Machine),主要分为2大类：第一类，若输出只和状态有关而与输入无关，则称为Moore状态机：第二类，输出不仅和状态有关而且和输入有关系，则称为Melay状态机。要特别注意的是，因为Mel

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