单项信号发生器.doc
厚德博学
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善思致用
作品名称：低频三相函数信号发生器
系别：合肥学院电子系10级（3）班
队员姓名：都平
舒强红
_葛如成
摘要
本设计设计制作的是低频三相函数信号发生器，本系统以STC89C52高档8位单片机为核心处理器，主要控制输出频率在20—200Hz之间变换，最后通过LCD12864来显示数据。在简易数控直流电源中，通过矩阵键盘来预置输入频率和控制频率步进增减，单片机将不同频率的方波送到芯片AD4046和计数器CD4518上，实现频率一倍，十倍，一百倍放大，再通过可编程低通滤波器S3528BC滤除方波傅立叶分解的高频信号，然后用放大器OP07组成的减法器将得到的正弦波移幅，接着用放大器OP07实现幅值放大，最后用有效值转化芯片AD637转化有效值。本设计中通过自制直流电源+15V、-15V和+5V，+9V，-9V来对电路进行供电。
关键字：STC89C52锁相环傅立叶分解Cd4046
1、作品要求
任务
设计并制作一台低频三相函数信号发生器，电路组成框图如图所示。
要求
基本要求
（1）制作完成一路正弦波信号输出，频率范围20Hz～20kHz；
（2）具有频率设置和频率步进功能，频率步进10Hz；
（3）输出信号频率稳定度优于10-5，用示波器观察时无明显失真；
（4）输出电压幅度：在10kΩ负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥20V；
（5）数字显示正弦波的电压有效值、频率等，电压有效值精度5%，频率精度0.1%。
（6）其它。
2、系统方案的设计结构
方案一：采用新型数字式频率合成(简称DDS)
DDS是直接数字式频率合成器（DirectDigitalSynthesizer）,虽然DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。但此方案过于简单，无法达到学习与锻炼基础的要求。系统框图如图2.2所示。
矩阵键盘
矩阵键盘
LCD显示模块
电压比较器
方波输出
单片机
放大器
正弦波输出
缓冲级
DDS模块
图1基于DDS控制的系统方框图
方案二：以STC89C52高档8位单片机为核心处理器，主要控制输出频率在20—200Hz之间变换，最后通过LCD12864来显示数据。在简易数控直流电源中，通过矩阵键盘来预置输入频率和控制频率步进增减，单片机将不同频率的方波送到芯片AD4046和计数器CD4518上，实现频率一倍，十倍，一百倍放大，再通过可编程低通滤波器S3528BC滤除方波傅立叶分解的高频信号，然后用放大器OP07组成的减法器将得到的正弦波移幅，接着用放大器OP07实现幅值放大，最后用有效值转化芯片AD637转化有效值。虽然本设计比起DDS比较复杂，对基本功要求要求比较高，正因为如此，很好的锻炼的我们对基础知识的掌握，达到了培训的目的，所以我们决定采用这种方案。总体电路结构如下图所示：
STC
STC89C52
矩阵
键盘
AD
4046
S3528BC滤波
CD
4518
LCD12864显示
OP07
放大
OP07
移幅
AD637有效值转化
图2低频三相函数信号发生器系统方框图
3.1自制稳压电源
方案一：采用可调三端稳压电源构成直流可调电源的电路如图2所示。利用LM117，LM137芯片调节输出电压的大小。虽然电压可调，但是所调电压的稳定度不高。
图3可调稳压电源
方案二：采用可调三端稳压电源构成直流可调电源的电路如图2所示。利用LM7815、MC7915、MC7805芯片分别输出+15V、-15V和+5V的电压，且输出电压稳定。如下图所示：
图4直流稳压电源
分析：由于我们在设计过程中需要+15V、-15V和+5V的电压给电路供电，虽然以上两个电路都能满足条件，但方案二通过LM7815、MC7915和C7805芯片输出的电压比较稳定，因此综合以上分析和实际情况，我们决定采用方案二，即利用LM7815、MC7915、MC7805芯片的可调三端稳压电源构成直流可调电源。
3.2控制键盘方案
本设计的基本要求是由“＋”、“－”两键分别控制输出频率步进增减，但发挥部分要求输出电压可预置在20Hz～20kHz之间的任意一个值，因此我们利用矩阵键盘来代替按键来控制输入信号。如下图所示：
图5控制矩阵键盘
单片机的选择
单片机STC89C52是本设计中的控制核心，是一个40管脚的集成芯片，管脚图如下。引脚部分：单片机接脚基本电路部分与普通设计无异，40脚接Vcc+5V，20脚接地。X1，X2两脚接12MHZ的晶振，可得