直流小信號源的設計與實現

張招勇，朱兆優

（東華理工大學 電子工程系，江西 撫州344000）

直流小信號源是一種常用的信號源，它廣泛地應用在電子技術實驗中。以前，由于各種條件限制，常用的小信號源一般電壓可調性不夠好，難以滿足各種實驗需要。近年來，由于計算機，A/D轉換器，D/A轉換器以及各種高級語言的發展，為直流小信號源的產生和測量研究提供了重要依據。

1 直流小信號源設計方案

1.1 基本設計思路

單片機嵌入式可編程直流小信號源以輸出功能為主，基本設計思路為:以嵌入式單片機AT89C51為開發內核，利用單片機I/O口和DAC7512D/A芯片相連，設計模擬輸出電路，使D/A模擬輸出電壓范圍為0V～5V，經過OP27運算放大電路，使直流小信號源的輸出電壓范圍為0～10V。通過MCP3202A/D轉換電路轉換成數字信號輸出到微處理器，單片機通過軟件編程，將轉換成的數字信號輸出到LED數碼管顯示電路，顯示出要顯示的測量數據。

1.2 基本實現方法

利用單片機控制原理和支持軟件及D/A，運算放大電路，A/D等外設電路構成產生直流小信號源，采用編程的方法來實現輸出電壓可調。AT89C51是整個電路中的核心部件，在程序里設置初始值，由軟件通過編程在P0.2引腳產生高低電平，經過D/A轉換，理論上輸出0～5V的模擬電壓，可以利用獨立按鍵進行微調控制.再經過運算放大電路處理后，作為該直流小信號源的輸出.輸出電壓范圍主要與參考電壓和運算放大有關。本系統理論輸出電壓范圍為0～10V。本系統為了完整性，還采用了A/D與單片機引腳連接，輸出的直流小信號源經過A/D轉換，通過單片機引腳P2.4輸入高低電平，讀回模數轉換后的數據，然后通過編程處理送入到數碼管顯示電路進行顯示。

2 硬件電路設計

2.1 硬件原理圖

構成直流小信號源的元件主要由AT89C51單片機芯片、DAC7512數模轉換芯片、OP27運算放大芯片、MCP3202 A/D模數轉換芯片、獨立控制按鍵，靜態數碼管顯示及部分電阻組成。具體電路原理圖如圖1所示。

圖1 直流小信號源電路原理圖

2.2 人機接口電路

電路包括獨立功能按鍵電路和數碼管顯示電路，主要功能是通過獨立功能按鍵控制初始值的變化，從而控制模擬電壓輸出大小，對輸出的模擬電壓進行微調控制。顯示單元由一組74LS164芯片和LED數碼管組成靜態顯示電路，由于74LS164的移位功能，因此每次顯示都送一組數據進行同時顯示，這樣顯示就不會出亂，具有一起顯示的功效。數碼管的筆形碼為:0x09，0x7d，0x07，0x15，0x71。

3 軟件電路的設計

軟件開發主要采用單片機C語言程序，包括獨立功能按鍵控制程序，12位D/A轉換子程序，通過功能鍵盤編程設定輸出值，利用12位D/A(DAC7512)轉換子程序輸出模擬電壓，經運算放大電路放大，再用12位A/D(MCP3202)轉換子程序對輸出電壓回采，最后用AT89C51單片機的P2口進行數據讀取，在定時中斷程序里利用數碼管對讀取的數據進行顯示。

4 結語

本系統的直流小信號源的設計是以8051單片機為核心，外圍電路以 DAC7512，OP27，MCP3202作信號輸入/輸出處理，構建的直流小信號源可以使輸出電壓在一定范圍內進行調節。本設計采用硬件和軟件相結合，電路結構簡單且操作方便，具有一定的應用和參考價值。

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