基于AT89C51的數(shù)字信號(hào)波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)

譚志平 余亮 李超

摘 要：本文利用DAC0832芯片和AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種數(shù)字信號(hào)波形產(chǎn)生器，該信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生鋸齒波、方波、階梯波等多種數(shù)字信號(hào)波形，波形的頻率、幅度和相位等參數(shù)均可通過修改程序進(jìn)行改變，同時(shí)為了便于實(shí)際操作，在單片機(jī)上外加矩陣式鍵盤，可通過鍵盤設(shè)置信號(hào)波形參數(shù)，進(jìn)行波形的選擇與改變，且利用LCD顯示波形參數(shù)。本設(shè)計(jì)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出波形穩(wěn)定，參數(shù)易控制等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字波形發(fā)生器;AT89C51;DAC0832

波形發(fā)生器是一種信號(hào)產(chǎn)生器，它可以產(chǎn)生各種信號(hào)波形如脈沖波、鋸齒波、方波等。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器一般是采用簡(jiǎn)單的分立電子元件設(shè)計(jì)的，能夠產(chǎn)生簡(jiǎn)單的模擬信號(hào)波形，然而在實(shí)際應(yīng)用中模擬信號(hào)波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形誤差比較大，并且幅度、頻率等不能做到精確任意可調(diào)，不能滿足特殊場(chǎng)合應(yīng)用。因此本文利用DAC0832芯片和AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種可以產(chǎn)生任意信號(hào)波形，波形頻率、幅度大小均可隨意改變的數(shù)學(xué)信號(hào)波形發(fā)生器，同時(shí)為了方便實(shí)際操作控制，在單片機(jī)上外加矩陣式鍵盤，通過鍵盤設(shè)置波形參數(shù)，進(jìn)行波形的選擇與改變，且最終利用LCD顯示信號(hào)波形參數(shù)。該設(shè)計(jì)不僅電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)功能強(qiáng)大而且能夠很好的滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

本方案直接采用AT89C51單片機(jī)[1]作為主控器，波形的具體產(chǎn)生是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生。系統(tǒng)主要包括主控器AT89C51，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，幅度、頻率調(diào)節(jié)電路，晶振電路以及外加復(fù)位電路組成。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是數(shù)字信號(hào)波形的產(chǎn)生通過程序控制，因而波形輸出非常穩(wěn)定。修改控制程序可實(shí)現(xiàn)波形參數(shù)的任意改變，同時(shí)波形的選擇以及參數(shù)的修改可利用外接鍵盤進(jìn)行改變。

2 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

按照設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)四種基本波形的產(chǎn)生，因此可利用開關(guān)狀態(tài)指示波形的輸出。利用P2口產(chǎn)生輸出控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)波形參數(shù)的改變。波形輸出是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，可以選用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，通過調(diào)節(jié)DAC0832的參考電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出波形幅度的調(diào)節(jié)[2]，其中 3K的電位器用于參考電壓的設(shè)置。其系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖1所示。

系統(tǒng)選用12MHZ晶振，其中數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片的地址按圖中所示接線為7000H，數(shù)字信號(hào)采樣通道接IN0，三個(gè)通道地址選擇端分別對(duì)應(yīng)ADD的A、 B 和C三個(gè)端口。其中分頻器74ALS74將1MHZ的地址鎖存信號(hào)進(jìn)行四分頻處理，變?yōu)?50KHZ脈沖信號(hào)后，提供給AT89C51作為其工作脈沖。數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832將主控器單片機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量后作為運(yùn)算放大器LM324的輸入信號(hào)，放大器LM324將其變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用按鍵切換波形，因此程序控制采用最簡(jiǎn)單的中斷方式[3]，其編程思想是利用一個(gè)寄存器存儲(chǔ)按鍵次數(shù)，初值設(shè)為0，對(duì)應(yīng)于某種波形，每執(zhí)行一次中斷寄存器中的數(shù)據(jù)加1，以對(duì)應(yīng)另一種波形。因此中斷程序的任務(wù)僅僅是通過改變寄存器中按鍵的數(shù)值來進(jìn)行波形的切換，波形參數(shù)的改變是在主程序中進(jìn)行的，是通過設(shè)置程序中的具體參數(shù)進(jìn)行改變的，因此可獲得任意波形以及波形參數(shù)。

4 仿真結(jié)果

根據(jù)電路設(shè)計(jì)原理圖，導(dǎo)入相應(yīng)的控制程序仿真結(jié)果如圖2所示，仿真結(jié)果基本滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 ?仿真信號(hào)波形

5 結(jié)束語

利用AT89C51和DAC0832以及基本模塊完成了總體電路的設(shè)計(jì)，并用開關(guān)來控制各種波形的發(fā)生及轉(zhuǎn)換，用單片機(jī)輸出后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成波形，最終可以通過示波器觀察。通過仿真測(cè)試運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)仿真，能很好滿足實(shí)際要求。具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱定華，戴汝平，等，單片微機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京交通大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社.

[2]張毅剛，彭喜源，譚曉昀，曲春波.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997：53-61.

[3]江思敏，陳明.Protel電路設(shè)計(jì)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社.