文 献 综 述
- 研究背景和意义
随着大规模集成电路技术的发展,中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、(I/O)接口、定时器/计数器和串行口通信接口,以及其他一些计算机外围电路等均可集成在一块芯片上构成的单片机,已发展成具有集成度高、系统结构简单、使用方便、实现模块化等特点。其最明显的优势就是可嵌入到各种仪器仪表、家用电器、医用设备、仪器设备等领域。从此,单片机开始迅速发展,应用范围也在不断扩大。信号发生器也是一种应用广泛的智能仪器,种类繁多性能各异且广泛应用于自动控制和科学实验等领域,它是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。
信号发生器可以产生不同频率的三角波、正弦波、和方波等信号波形,波形输出可以通过键盘输入进行选择,波形的频率可以通过电位器进行调节,同时在LED上显示出来,设计的信号发生器结构简单,不需要调整,具有很高的性价比,频率从几个赫兹到几十兆赫,除了供通信,仪表和自动控制系统测试用外,还可广泛用于其他非电测量领域。
- 单片机及基于单片机的智能信号源简介
2.1 单片机应用系统简介
单片机( Microcontrollers) 是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU,随机存储RAM,只读存储器 ROM,多种 I/O 口和中断系统 ,定时器/计数器等功能( 可能还包括显示驱动电路,脉宽调制电路,模拟多路转换,A/D 转换器等电路) 集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域广泛应用. 从单片机的发展史可以将单片机的发展分为四个阶段。 第一阶段：在 1974 年至 1976 年这个时间段，因为当时的工艺比较落后，所 以这个时期的单片机主要是采用双片形式。 而且其所具备的功能不够全面比较简 单。比如仙童公司所生产的 F8 系列单片机，其中仅仅包含 8 位中央处理器、并 行口和的读写存储器。所以此阶段称为单片机初级阶段。 第二阶段： 在 1976 年至 1978 年期间，这时期的单片机已为一台较为完整的 计算机，但是使用性能较低，资源也不是很丰富，例如英特尔（Intel）公司所 出产的 MCS-48 型号的单片机。此阶段被之称为低性能 MCU 阶段。 第三阶段： 在 1978 年到 1982 年间，这个时间段的单片机已经改进并解决了主要问题。总而言之从上世纪 80 年代,由当时的 4 位,8 位单片机,发展到现在的 300M 的高速单片机。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上.。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了 I/O 设备。 概括的讲：一块芯片就成了一台计算机.它的体积小,质量轻,价格便宜,为学习,应用和开发提供了便利条件. 同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表,实时工控,通讯设备,导航系统,家用电器等。单片机作为一种集成电路芯片,是将中央处理器 CPU,随机存储器 RAM,只读存储器 ROM,显示驱动电路,脉宽调制电路,模拟多路转换器,A/D 转换器等电路集成在一起的微型计算机处理系统, 因此各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效, 常在产品名称前冠以形容词—“ 智能型”。
2.2单片机系统研究现状
单片机是目前工业生产中最常使用的一种集成电路控制系统，在工业生产中有着广泛的使用，我国单片机系统的应用研究相比较国外要晚，但是近几年我国单片机应用系统的研究发展迅速。这必须归功于对于新技术的引入和对新应用的支持，使得国内工业取得极大进步。国内国外在单片机技术这一方面都较为成熟，并将其应用到各个领域取得了巨大的成果。就目前而言， 微型计算机技术的发展主要分成两个分支：其中一个分支是以 单片微型机为主的嵌入式系统； 另一个分支则是以微处理器为中心组成的微机体 系。 单片机是一块可以对数据信号进行处理能力的集成电路技术 ，程序存储 器，随机存储器，中断系统和输入/输出（I/O） ，计数器/定时器功能等的 小体积硅晶芯片。它不但小巧而且功能十分完美。单片机因为具有功能完善、结 构简单便捷、集成度高、性能优良、容易掌握、可靠性很高、价格较为低廉等优 势特点而被人们所喜爱，所以在工业控制领域上应用非常广范。
2.3基于单片机的智能信号源技术简介
波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。基于直接频率合成（DDS）技术实现的波形发生器具有频率分辨率高，频率切换速度快，输出信号噪声低，易于集成等优点，具有较高的实用价值。直接数字频率合成技术（DDS），就是将要产生的波形数据存入波形存储器中，然后在参考脉冲的作用下，对输入的频率数据进行累加并将累加器的输出经过转换后作为读取波形存储器的地址，读出的波形数据经过数模转换后变为电压信号，也就是连续的阶梯信号，再加一级低通滤波电路，过滤掉波形信号里的高频成分，即可得到较为理想的波形信号。 单片机以其体积小，功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面所具有的独特优点，长期以来被广泛的应用在各个领域。作为一种优秀的控制装置，当只要求波形发生装置工作在频率较低的频段时，用单片机取代专用DDS芯片和FPGA，通样可以得到频率精确可调的高质量的波形信号。本系统将波形数据存放在单片机的存储器中，利用软件编程的方法模拟DDS原理，实现直接数字频率合成的功能。
传统的信号函数发生器是不依靠单片机的，而是完全由硬件搭接而成的。采用硬件搭接的方法有很多种，采用振荡器电路就是其中的一种。这种振荡器电路也能产生正弦波、三角波、方波。但是传统的电路控制电路存在着很多的缺点，其中也包括电路控制比较困难、体积较大、输出的波形不稳定、电路复杂。而且由硬件电路组成的低频信号，所要用到的大电阻和大电容，在制作的过程中也比较困难，其次它的参数也不精确。而且这种电路体积较大，易漏电。在需要增加功能时，修改电路的负责程度也是很大的。随着科技的进步，信号源发生器也很大程度上已经有所改变了，如今的函数信号发生能够产生多种信号，而且这些信号用户可以自行定义，而且这些信号具有高精度、高稳定性、重复性好等优点。
