电子信息工程毕业论文范文(2)

方案二 单片机信号发生器[5]

使用单片机编程实现正弦波的产生简单易行.可以在外围电路不变的情况下通过程序来改变输出电压的幅值和频率.由于输出的是数字信号,可以做得很高,产生的信号精度及其性价比比较高,集成度也高并且需求电压低,功耗低.

方案三 DDS信号发生器[6]

利用直接合成DDS芯片的函数发生器,能产生任意波形并能达到很高的频率并且频率的稳定性比较好.但成本较高,主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益与灵敏度等.按不同的性能与用途分为低频信号发生器、高频信号发生器、频率合成式信号发生器等.

方案四 MAX038信号发生器

MAX038是MAXIM公司生产的一个只需要很少外部元件的精密高频波形产生器，他能产生准确的高频正弦波、三角波、方波。输出频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别地控制.MAX038引脚排列如图2所示.

图2 MAX038引脚排列

所需的输出波形可由地址A0和A1的输入数据进行设置，如表1所示。波形切换可通过程序控制在任意时刻进行，而不必考虑输出信号当时的相位.其中X表示任意状态，1为高电平,0为低电平.

表1 输出波形控制

采用MAX038单片压控函数信号发生器产生正弦波,改变外接电阻或电容值就可改变输出频率的值,其频率范围从0.1Hz到20MHz,最高可达40MHz,输出频率稳定.各种波形的输出幅度均为2V,幅值经过一个放大器就可以调节.占空比的调节范围宽,占空比和频率均可进行单独调节,互不影响.占空比最大调节范围10％～90％.波形失真小.正弦波失真度小于0.75％.因为不用编程可以节省较多的时间.本设计采用此方案.

3.2.3显示模块

方案一 采用LED数码管显示.数码管显示具有亮度高、夜视效果好等优点,但显示信息量小,且自身功耗较大.

方案二 LCD液晶显示器[7]可轻松实现字母、汉字的显示,控制简单,能耗小,可以中文输出便于人际交流显示内容丰富.所以本设计采用此方案.

4 硬件电路

4.1稳压电源模块

图3 稳压电源

4.2正弦信号发生器

该电路的核心器件为MAX038,具有输出频率范围宽、波形稳定、失真小、使用方便等特点.

图4正弦信号发生器

4.3采样电路

ICL7650是斩波稳零式高精度运算放大器[8],它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点.

ICL7650采用14脚双列直插式和8脚金属壳两种封装形式,图1所示是最常用的14脚双列直插式封装的引脚排列图

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图5 ICL7650引脚排列图

ICL7650的工作原理如图6所示

图6 ICL7650的工作原理

如图7所示,高精度的正弦波信号流过串联的标准电阻和待测元件,待测元件一端接地.仪器通过继电器转换分别从标准电阻的两端测量电压.由于AD637的输入电阻较低,为了降低其分压产生的误差,被测的交流电压先通过精密运算放大器ICL7650构成的电压跟随器,然后才通过高精度交流/有效值转换芯片AD637[9]转换成有效值,进过ADC转换成数字信号,在单片机中完成比例运算,得到电容电感数值.测量不同数值电感电容时,可以选择相应的标准电阻和改变MAX038输出信号的频率来分压,这通过单片机控制继电器切换电路和编程来实现.

图7采样电路

4.3液晶显示模块

本设计采用常用的2行16个字的1602液晶显示器来显示电阻电感电容值.图8是1602液晶模块与51单片机的连接图

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图8 1602液晶模块与51单片机的连接图

单片机的P1口与1602液晶模块的数据口连接传输数据,P2口分别控制RS、RW和使能端E.RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器,低电平时选择指令寄存器.RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作.当RW和RS同时为低时,可以写入指令或显示地址;当RS为低,RW为高时,可以读忙信号;当RS为高RW为低时,可以写入数据.E端为使能端,当E端有高电平跳变到低电平时,液晶模块执行命令.D0-D7为8位双向数据线.V0为液晶显示器对比度调节端,接正电源时对比度弱,接地是对比度高,使用时要通过一个10KΩ的电位器调整对比度.

5系统软件设计

5.1控制测量程序模块

单片机控制测量程序不仅担负着量程的识别与转换,而且还负责数据的修正和传输;因此主控制器的工作状态直接决定着整个测量系统能否正常工作,所以控制测量程序对整个测量来说至关重要.控制测量流程图如图9所示

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图9 控制测量程序流程图

5.2 按键处理程序模块

按键处理程序的主要功能是设置测量的类型和测量的档位,当有按键被按下时就执行相应的按键功能,流程如图10所示.

图10 按键处理程序流程图

5.3电阻电感电容计算程序

单片机根据A/D 转换得到的电压值计算出电阻、电感或者电容值

,该程序流程图如图11所示.

图11电阻电感电容计算程序流程图

5.4液晶显示程序模块

该程序模块只有一个功能,就是对测量结果清晰正确的显示出来,并能够保持稳定.程序流程图如图

12所示.

图12液晶显示程序模块流程图

6 系统测试与结果分析

测试仪器:双踪示波器和数字万用表.

6.1对正弦信号源的测试

我们使用示波器对信号源进行测试,发现波形和频率显示平稳,并得到了一些数据.由测量数据经我们分析计算得出此信号发生器输出电压幅值大于等于5∨,并且大小可以调节.自制信号源的测试结果如表2所示.

表2 自制信号源测试结果

6.2对电阻电容电感的测量

我们对于各种性质的元件(电阻电容电感)分别找了足够量的元件;用高精度数字万用表测量出其阻值(容值或感值）取多个相同电阻的平均值作为参考量;然后用我们自制的仪表进行测量,测量多个阻值不同的电阻,算出其误差,最后求平均误差.电容和电感

的测量同理.

表3 电阻测试结果

表4 电容测试结果

表5 电感测试结果

6.3误差分析

本测量仪的测量范围较宽,并且达到了很好的精度,

信号源测试结果分析:由于示波器精度所限,频率低于10Hz示波器无法识别信号.经计算自制信号源最大相对误差为0.4%,我们的信号源范围更宽.

电阻测试结果分析:测量电阻阻值误差较小,最大误差为2%,用16位AD采样直流分压信号极为精确.

电容测试结果分析:电容测试最大误差为3%.

电感测试结果分析:电感测试最大误差小于4%.

在实际测量中,由于测试环境,测试仪器,测试方法等都对测试值有一定的影响,都会导致测量结果或多或少地偏离被测量的真值,为了减小本设计中误差的大小,主要利用修正[15]的方法来减小本测试仪的测量误差.所谓修正的方法就是在测量前或测量过程中,求取某类系统误差的修正值.在测量的数据处理过程中选取合适的修正值很关键,修正值的获得有三种途径.第一种途径是从相关资料中查取;第二种途径是通过理论推导求取;第三种途径是通过实验求取.本测试修正值选取主要通过实验求取,对影响测量读

数的各种影响因素,如温度,电源电压等变化引起的系统误差.通过对相同被测参数的多次测量结果和不同被测参数的多次测量选取平均值,最后确定被测参数公式的常数K值,从而达到减小本设计系统误差的目的.由于振荡电路外围器件由电容电阻分立元件搭接而成,所以由振荡电路产生的被测参数对应的频率有一定的误差,所以只能通过多次实验测量,选取合适的修正值来尽可能的减少本测试系统的误差.

7 总结