joker4224/signal_generator

信号发生器

需求分析

基于51单片机生成正弦波信号。可用按钮调节输出频率，并在屏幕上显示设定值。

要求：

• 波形：正弦波
• 精度：优于1%
• 频率范围：1Hz~100Hz
• 分辨率：1Hz
• 人机接口：按键调整输出频率，1602上显示设定值

模块划分

graph LR
	O[设定频率fo]-->A
    A[频率控制字K] --> B[相位累加器] 
    B --> C[正弦查找表]
    C --> D[DAC]
    D --> F[LPF]
    G[基准频率fc] --> B
    G --> D
	O-->I[屏幕]
	J[按键]-->O

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1. 通过按键设定频率，并显示在屏幕上

2. 参考时钟fc，协调电路的各部分工作；

3. N位相位累加器，寻址波形存储器，频率控制字确定累加步长；

4. 正弦查询表(波形存储器) ，用来存储经量化和离散后的正弦函数 的幅值；

5. D／A转换器，占空比可变的PWM波来表示模拟信号；

6. 低通滤波器，减少量化噪声、消除波形尖峰，得到所需的波形。

硬件电路设计

程序设计

对一个正弦波周期取样，取样周期为Tc，将一个周期等分M=2N份，对应将0-2pi的相位区间等分了M份。相位值依次为：2π/2^N i(i=0∼2^N-1)将这M个点对应的正弦值量化后放到波形存储器即形成正弦查找表（若量化值为8bit，则正弦查找表大小为2^N字节）。依次在表中查找各相位值对应的正弦值并做DA输出滤波后即恢复正弦信号。

若单片机执行一次循环的的时间为Δt，相位累加器的增量为k，则M/K Δt等于周期T，1/T=k/MΔt等于频率F。设y=MΔt，则k=y×F，y可通过实验测得。 Sum是一个32位的整型变量，每次循环累加step，即相位每次向前走2πΔt/T，将该时刻的函数值传送到CCAP0H寄存器使单片机输出对应pwm波。PCA定时器使用SYSclk时钟频率为12MHz，对应的pwm波频率为46.875KHz。 误差ΔF=Δk/y，f用示波器测得211524，k为整数最小值为1，所以ΔF≈0.00000473Hz，达到设计要求。 因为正弦查找表长度只有256，所以sum要取高8位作为正弦查找表的下标。 频率显示部分使用1602，在程序初始化后显示初始频率。之后仅在频率改变时，更新显示的数值。 按键使用外部中断，用延时函数消抖。