微机课程设计--参数可调波形发生器

微机实验及课程设计

课程设计报告

题目： 参数可调波形发生器

院（系）： 自动化 专 业： 自动化 姓 名： 学 号：

实验地点： 计算机516室 起讫时间： 2012.09.19—2012.10.17 同组人员： 储海辉 评定成绩： 评阅教师：

一、目的意义

通过课程设计，充分理解微型计算机接口技术课程知识，并具备一定接口编程能力。 1．基本要求：

编制一个参数在线可调的波形发生程序，由D／A 输出，构成参数在线可调的波形发生器，并用示波器观察波形。

（1）函数波形可选f(t)=asin(bt)，其中a、ｂ参数在线可调（亦可自己选择，但要求至少2

个参数可调且调节很明显）；

（2）参数调节采用如下两种方式之一：两个可调电位器输出通过A／D 转换后作为可调参数、

参数通过实验系统上的键盘实时修改；

（3）精确时间，开关选择标准信号输出（a=2V, b=100πRAD/s,即50Hz 正弦波），精度0.1ms

以上。

2．进一步设计要求：

（1）分别采用两种参数调节方式在线调节参数； （2）产生周期性三次可调函数f(t)=at+bt+ct+d。

3

2

二、软硬件平台

1. 硬件环境：

微型计算机（Intel x86系列CPU）一台，清华科教仪器厂TPC—2003A微机接口试验系统一台，模拟示波器一台。 2. 软件环境：

1） Windows XP操作系统，编辑、汇编、链接和调试程序； 2） TPC—2003A集成开发环境软件一套及实验系统电子版资料。

三、方案分析

1.函数分析

波形函数f(t)=asin(bt)为正弦函数，a表示幅值，b表示角频率。变换a、b实际上是基础函数fo(t)=sin（t）做纵向和横向伸缩变换。同时，正弦函数是连续函数。 2.硬件需求分析 首先，微机处理、输出、输入的是数字信号，本实验中需要我们输出连续波形为模拟量，故需要设计数模转换电路。实验中查用DAC0823进行8位数模转换。

其次，在输入设计中需要采用电位器输出，电位器输出为模拟电压信号，计算机处理前需进行模数转换。实验中采用ADC0809进行8位模数转换。 3.DAC0832电路分析

根据实验平台接线电路分析，DAC0832双极性输出公式：

Ub?2?5?Ni?5 （v） （1） 256其中Ni取值范围[0,1,2,…,255]。当Ni=255时Ub=5v，当Ni=128时Ub=0v，当Ni=0时Ub=-5v。最大输出电压为5v，最小输出电压为-5v。

根据以上分析，我们利用matlab软件生成正弦函数表[128,…,255,…,128,…,0,…，128]，以此作为基础函数模型。注意到，这样输出的基础函数模型实际上为fo(t)=5sin(t)V。

而5v是电压输出最大值，故在设计中我们对赋值A进行的变幅设计可只考虑缩幅变换简化问题。 4.变幅设计

结合DAC0832硬件要求和ADC0809数据转换要求A的输入采集计算机变化值区间为[00h,01h,02h,…,0ffh]。设计缩幅变换，在计算机运算处理是做A/255运算产生[0,1]区间缩幅参数，完成变换。这样输出函数为：

Uout?其中：

A?5?sin(bt) （v） （2） 255a?A?5 （3） 2555.变频设计

同样ADC0809数据转换使得B的输入采集计算机变化值区间为[00h,01h,02h,…,0ffh]。为消除数学运算pi值的无理数对计算机运算的影响，我们设计：

b?B? （4）

由此，输出函数为：

Uout?周期：

A?5?sin(B?t) （v） （5） 2552?2? （s） （6） B?BT?四、实现过程

1.幅值编程算法解决

注意到，正弦波输出为采集正弦表数据进行DAC0832转换输出。设Ni表示正弦表数组中i号数据。如果采用：

A?Ni （7） 255计算，实际上正弦数据表相当于采取了整体压缩，输出会产生正弦零点漂移现象，现象表现如下图所示：

图表 1 零点漂移示意

为解决零点漂移我们需要加入误差修正函数：

e(A)?(128?128A?A)?(128?) （8） 2552在编程是我们实际进行运算为：

out?AA?Ni?(128?) （9） 2552该值out由计算机输出给DAC0832。

这样经过零点漂移修正后理想输出示意为：

图表 2 零点漂移修正

编程是为了避免计算机计算溢出，在除法运算前先做乘法运算。 2.周期编程算法解决

由于正弦表总共包含116个采样数据点，这样：

T?得到：

2?116??t （s） （10） B2 （s） （11）

116?B?t? 我们设计思想基于设计基准延时delay程序块，对于不同频率，计算周期，与基准延时比较，修改调用基准延时模块次数。

调用次数为整数，我们必须寻找最小延时间隔，代入式（11）B=255，可得最小周期为T=0.07ms。这样我们设计基准延时为0.01ms，便可满足要求。 调用基准延时模块次数计算式：

Num?3.程序流程设计

21800?100000? （12）

116?BB

4.基于块的程序设计

按照上述算法和程序流程，我设计了keyboard（键盘修改块）、disp（显示块）、potentiometer（电位器修改块）、delay（基准延时块）、pdisp（电位器显示块）。具体程序见附录。

五、最终结果

1.实验现象

A、参数a，b在线可调，效果明显。

B、参数对应值波形输出满足精度要求。

C、参数可以采用两种方法：键盘、电位器调节。

D、选择输出标准波形（a=2V，b=100pi RAD/s），精度满足0.1ms以上。 E、提示信息充足，人机交互性能良好 2.实验不足

在输出最大幅值波形（a=5V）时，波形在最高点断缺，对于最低点，多次亮点。

根据分析，该现象产生原因是由于在Ni=255是进行式（9）运算计算机溢出。可以过减一方式消除。

六、收获体会

通过本次课程设计，我对系统中断响应技术、数模模数转换技术有了更加深入的了解。面对不同实际问题，需要配合计算机数字运算特点，相应的变换算法策略以寻求最优解决方

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