信號發(fā)生器設(shè)計

1、<p>　　波形發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學(xué)實驗等領(lǐng)域。本次課程設(shè)計使用的AT89S51 單片機構(gòu)成的發(fā)生器可產(chǎn)生鋸齒波、三角波、正弦波等多種波形，波形的周期可以用程序改變，并可根據(jù)需要選擇單極性輸出或雙極性輸出，具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。在本設(shè)計的基礎(chǔ)上，加上按鈕控制和LED顯示器，則可通過按鈕設(shè)定所需要的波形頻率，并在LED上顯示頻率、幅值電壓，波形可用示波器顯示。 </p&

2、gt;<p><b>　　二、系統(tǒng)設(shè)計 </b></p><p>　　波形發(fā)生器原理方框圖如下所示。波形的產(chǎn)生是通過AT89S51 執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。在AT89S51的P2口接5個按扭,通過軟件編程來選擇各種波形、幅值電壓和頻率，另有3個P2口管腳接TEC6122芯片，以驅(qū)動數(shù)碼管顯

3、示電壓幅值和頻率，每種波形對應(yīng)一個按鈕。此方案的有點是電路原理比較簡單，實現(xiàn)起來比較容易。缺點是，采樣頻率由單片機內(nèi)部產(chǎn)生故使整個系統(tǒng)的頻率降低。 </p><p>　　1、波形發(fā)生器技術(shù)指標 </p><p>　　1）波形：方波、正弦波、鋸齒波； </p><p>　　2）幅值電壓：1V、2V、3V、4V、5V； </p><p>　　3）

4、頻率：10HZ、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ； </p><p><b>　　2、操作設(shè)計 </b></p><p>　　1）上電后，系統(tǒng)初始化，數(shù)碼顯示6個‘－’，等待輸入設(shè)置命令。 </p><p>　　2）按鈕分別控制“幅值”、“頻率”、“方波”、“正弦波”、“鋸齒波”。 </p><

5、;p>　　3）“幅值“鍵初始值是1V，隨后再次按下依次增長1V，到達5V后在按就回到1V。 </p><p>　　4）“頻率“鍵初始值是10HZ，隨后在按下依次為20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1000HZ循環(huán)。 </p><p><b>　　三、硬件設(shè)計 </b></p><p>　　本系統(tǒng)由單片機、顯示接口電路

6、，波形轉(zhuǎn)換（D/A）電路和電源等四部分構(gòu)成。電路圖2附在后 </p><p><b>　　1、單片機電路 </b></p><p>　　功能：形成掃描碼，鍵值識別、鍵處理、參數(shù)設(shè)置；形成顯示段碼；產(chǎn)生定時中斷；形成波形的數(shù)字編碼，并輸出到D/A接口電路和顯示驅(qū)動電路。 </p><p>　　AT89S51外接12M晶振作為時鐘頻率。并采用電源復(fù)

7、位設(shè)計。復(fù)位電路采用上電復(fù)位，它的工作原理是，通電時，電容兩端相當于短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過對電容充電。RST端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機開始工作。 </p><p>　　AT89S51的P2口作為功能按鈕和TEC6122的接口。P1口做為D/A轉(zhuǎn)換芯片0832的接口。用定時/計數(shù)器作為中斷源。不同的頻率值對應(yīng)不同的定時初值，允許定時器溢出中斷。定時器中斷的特殊功能寄存器設(shè)

8、置如下： </p><p>　　定時控制寄存器TCON＝20H； </p><p>　　工作方式選擇寄存器TMOD=01H； </p><p>　　中斷允許控制寄存器IE=82H。 </p><p><b>　　2、顯示電路 </b></p><p>　　功能：驅(qū)動6位數(shù)碼管顯示，掃描按鈕。 &l

9、t;/p><p>　　由集成驅(qū)動芯片TEC6122、6位共陰極數(shù)碼管和5個按鈕組成。當某一按鈕按下時，掃描程序掃描到之后，通過P2口將數(shù)字信號發(fā)送到 TEC6122芯片。TEC6122是一款數(shù)字集成芯片。它的外接電壓也是+5V，并且由于數(shù)碼管的載壓較小，為了保護數(shù)碼管，必須在兩者間接電阻，大約是560歐。 </p><p>　　掃描利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)，當某一按鍵按下時，掃描程序立即檢測到，隨后調(diào)

10、用子程序，執(zhí)行相應(yīng)的功能。 </p><p><b>　　3、D/A電路 </b></p><p>　　功能：將波形樣值的編碼轉(zhuǎn)換成模擬值，完成雙極性的波形輸出。 </p><p>　　由一片0832和兩塊LM358運放組成。DAC0832是一個具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC。目前生產(chǎn)的DAC芯片分為兩類，一類芯片內(nèi)部設(shè)置有數(shù)據(jù)寄存器，不需

11、要外加電路就可以直接與微型計算機接口。另一類芯片內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)寄存器，輸出信號隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化而變化，因此不能直接與微型計算機接口，必須通過并行接口與微型計算機接口。DAC0832是具有20條引線的雙列直插式CMOS器件，它內(nèi)部具有兩級數(shù)據(jù)寄存器，完成8位電流D/A轉(zhuǎn)換，故不需要外加電路。0832是電流輸出型，示波器上顯示波形，通常需要電壓信號，電流信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換可以由運算放大器LM358實現(xiàn)，用兩片LM358可以實現(xiàn)雙極性輸

12、出。 </p><p>　　單片機向0832發(fā)送數(shù)字編碼，產(chǎn)生不同的輸出。先利用采樣定理對各波形進行抽樣，然后把各采樣值進行編碼，的到的數(shù)字量存入各個波形表，執(zhí)行程序時通過查表方法依次取出，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后輸出就可以得到波形。假如N個點構(gòu)成波形的一個周期，則0832輸出N個樣值點后，樣值點形成運動軌跡，即一個周期。重復(fù)輸出N個點，成為第二個周期。利用單片機的晶振控制輸出周期的速度，也就是控制了輸出的波形的頻率。這

13、樣就控制了輸出的波形及其幅值和頻率。 </p><p><b>　　四、 軟件設(shè)計 </b></p><p>　　主程序和子程序都存放在AT89S51單片機中。 </p><p>　　主程序的功能是：開機以后負責(zé)查鍵，即做鍵盤掃描及顯示工作，然后根據(jù)用戶所按的鍵轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序進行處理，主程序框圖如圖1所示。 </p><p

14、>　　子程序的功能有：幅值輸入處理、頻率輸入處理、正弦波輸出、鋸齒波輸出、方波輸出、顯示等。 </p><p><b>　　下面是程序 </b></p><p>　　include <reg51.h> </p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#

15、define uint unsigned int </p><p>　　sbit LCP=P2^2; </p><p>　　sbit SCP=P2^1; </p><p>　　sbit SI=P2^0; </p><p>　　sbit S1=P2^3; </p><p>　　sbit S2=P2^4; </p&g

16、t;<p>　　sbit S3=P2^5; </p><p>　　sbit S4=P2^6; </p><p>　　sbit S5=P2^7; </p><p>　　sbit DA0832=P3^3; </p><p>　　sbit DA0832_ON=P3^2; </p><p>　　uchar fun

17、=0,b=0,c=0,d=0,tl,th; </p><p>　　uchar code tab[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; </p><p>　　uchar code tosin[256]={0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0x

18、a2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5 </p><p>　　,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5 </p>&

19、lt;p>　　,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd </p><p>　　,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,

20、0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda </p><p>　　,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99 </p><p>

21、　　,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51 </p><p>　　,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x2

22、9,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16 </p><p>　　,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 </p><p>　　,0x00,

23、0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02 ,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15 </p><p>　　,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,

24、0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e </p><p>　　,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66 ,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80 }; </p><p>　　void display(unsigned char command) </p>&

25、lt;p><b>　　{ </b></p><p>　　unsigned char i; </p><p><b>　　LCP=0; </b></p><p>　　for(i=8;i>0;i--) </p><p><b>　　{ </b></p>&

26、lt;p><b>　　SCP=0; </b></p><p>　　if((command & 0x80)==0) </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　SI=0; </b></p><p><b>　　} </b&

27、gt;</p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　SI=1; </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　command<

28、<=1; </p><p><b>　　SCP=1; </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　LCP=1; </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　voi

29、d key1(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　fun++; </b></p><p>　　if(fun==4) </p><p>　　fun=0x00; </p><p><b>　　} </b><

30、;/p><p>　　void key2(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　tl++; </b></p><p>　　if(tl==0x1f) </p><p><b>　　th++; </b></p&g

31、t;<p><b>　　} </b></p><p>　　void key3(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　tl--; </b></p><p>　　if(tl==0x00) </p><p

32、><b>　　th--; </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void key4(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　double t; </p><p><b>

33、;　　int f; </b></p><p><b>　　TR0=0; </b></p><p>　　t=(65535-th*256-tl)*0.4; </p><p>　　f=(int)(1000/t); </p><p>　　S3=tab[f%10]; </p><p><b

34、>　　f=f/10; </b></p><p>　　S2=tab[f%10]; </p><p><b>　　f=f/10; </b></p><p><b>　　if(f==0) </b></p><p><b>　　S1=0; </b></p>

35、<p><b>　　else </b></p><p>　　S1=tab[f]; </p><p><b>　　TR0=1; </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void key5(void) </p><p

36、><b>　　{ </b></p><p><b>　　tl--; </b></p><p>　　if(tl==0x00) </p><p><b>　　th++; </b></p><p><b>　　} </b></p><p

37、>　　void judge(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uchar line,row,de1,de2,keym; </p><p><b>　　P1=0x0f; </b></p><p><b>　　keym=P1; </b>

38、;</p><p>　　if(keym==0x0f)return; </p><p>　　for(de1=0;de1<200;de1++) </p><p>　　for(de2=0;de2<125;de2++){;} </p><p><b>　　P1=0x0f; </b></p><p&

39、gt;<b>　　keym=P1; </b></p><p>　　if(keym==0x0f)return; </p><p><b>　　P1=0x0f; </b></p><p><b>　　line=P1; </b></p><p><b>　　P1=0xf0;

40、 </b></p><p><b>　　row=P1; </b></p><p>　　line=line+row; /*存放特征鍵值*/ </p><p>　　if(line==0xde)key1(); </p><p>　　if(line==0x7e)key2(); </p><p>

41、;　　if(line==0xbd)key3(); </p><p>　　if(line==0x7d)key4(); </p><p><b>　　} </b></p><p>　　void time0_int(void) interrupt 1 //中斷服務(wù)程序 </p><p><b>　　{ </b&

42、gt;</p><p><b>　　TR0=0; </b></p><p>　　if(fun==1) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　DA0832=tosin[b]; //正弦波 </p><p><b>　　b++; </b&

43、gt;</p><p><b>　　} </b></p><p>　　else if(fun==2) //鋸齒波 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(c<128) </p><p>　　DA0832=c; </p><

44、;p><b>　　else </b></p><p>　　DA0832=255-c; </p><p><b>　　c++; </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　else if(fun==3) // 方波 </p><

45、;p><b>　　{ </b></p><p><b>　　d++; </b></p><p>　　if(d<=128) </p><p>　　DA0832=0x00; </p><p><b>　　else </b></p><p>　　D

46、A0832=0xff; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　TH0=th; </b></p><p><b>　　TL0=tl; </b></p><p><b>　　TR0=1; </b></p><

47、;p><b>　　} </b></p><p>　　void main(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TMOD=0X01; </p><p><b>　　TR0=1; </b></p><p><

48、b>　　th=0xff; </b></p><p><b>　　tl=0xd0; </b></p><p><b>　　TH0=th; </b></p><p><b>　　TL0=tl; </b></p><p><b>　　ET0=1; <

49、/b></p><p><b>　　EA=1; </b></p><p><b>　　while(1) </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　display(); </p><p><b>　　judge

50、(); </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　五、心得體會 </b></p><p>　　開始的時候由于沒有經(jīng)驗，不知如何下手，所以就去圖書管找了一些書看，盡管有許多的設(shè)計方案，可是

51、總感覺自己還是有許多的東西弄不太清楚，于是就請教同學(xué)。他常做一些設(shè)計，有一些經(jīng)驗。經(jīng)過他的解釋分析各方案之后，決定用查表的方法來做。這樣可以降低一些硬件設(shè)計的難度，初次設(shè)計應(yīng)切合自己的水平。用8031需要擴展ROM，這樣還要進行存儲器擴展。而且現(xiàn)在8031實際中已經(jīng)基本上不再使用，實際用的AT89S51芯片有ROM，這樣把經(jīng)過采樣得到的數(shù)值制成表，利用查表來做就簡單了。我認為程序應(yīng)該不大，片內(nèi)ROM應(yīng)該夠用的。用LED顯示頻率和幅值，現(xiàn)

52、有集成的接口驅(qū)動芯片，波形可通過示波器進行顯示，單片機接上D/A轉(zhuǎn)換芯片即可，這樣硬件很快就搭好了。 </p><p>　　我以為這些做好了，構(gòu)思也有了，寫程序應(yīng)該是相對容易的。誰知道，寫起程序來，才想到功能鍵要有掃描程序才行呀，我真的感到很難。那時真的有點想放棄？于是就去請教了老師，老師幫忙分析了一下，自己又查閱了一些資料，終于明白了掃描程序怎么寫。 </p><p>　　于是在自己的努

53、力下，程序很快就寫好了。這次是我的第一個設(shè)計器件，盡管經(jīng)歷了不少的艱辛，但給我積累了一點設(shè)計的經(jīng)驗，最后也有點小小的成就感。后面的路還很長，我還的努力！ </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)〔M〕.北京:高等教育出版社，2003.345-362 </p><p>　　[2